Операционные системы, среды и оболочки

УДК 002.56(075.32)
ББК 32.973я723
П57
Р е ц е н з е н т ы :
доцент кафедры «Проектирование автоматизированных
информационных систем» РЭА им. Г. В. Плеханова, кандидат
физико-математических наук Б. В. Евтеев;
директор Института компьютерных технологий МЭСИ, заведующий
кафедрой «Общая теория систем и системного анализа»,
доктор экономических наук, профессор А. А. Емельянов;
председатели предметных (цикловых) комиссий Математического
колледжа В. П. Агальцов, В. А. Макунин
Партыка Т. Л., Попов И. И.
П57
Операционные системы, среды и оболочки : учебное пособие /
Т. Л. Партыка, И. И. Попов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М. :
ФОРУМ, 2010. — 544 с. : ил. — (Профессиональное образование).
ISBN 978-5-91134-429-0
Рассматриваются общие принципы организации, состав, структура операционных систем и их оболочек, а также ряд конкретных систем. Значительное внимание уделяется проблемам управления информацией, процессами в ЭВМ и связи с оператором в рамках различных интерфейсов.
В качестве примеров конкретных систем рассматриваются как ОС персональных компьютеров — MS DOS, Windows 3.x, 95/98/ME, NT/2000/XP/
Vista/W7, так и ОС для многопользовательских ЭВМ — OS 360/370/375,
RSX, Unix, Linux. Рассмотрен ряд оболочек, расширяющих возможности
ОС ЭВМ как с текстовым, так и с графическим интерфейсом.
Для учащихся техникумов, колледжей, а также студентов вузов.
УДК 002.56(075.32)
ББК 32.973я723
ISBN 978-5-91134-429-0
© Т. Л. Партыка, И. И. Попов, 2003, 2007, 2010
© Издательство «ФОРУМ», 2003, 2007, 2010

Предисловие
Функционирование современных ЭВМ обеспечивается на паритетных началах аппаратными и программными средствами.
Программное обеспечение выполняет функцию посредника между
пользователями и ЭВМ, расширяет возможности аппаратуры вычислительной машины, являясь логическим ее продолжением.
Использование развитого программного обеспечения позволяет
увеличить производительность вычислительных систем, автоматизировать многочисленные рутинные информационные процессы в различных областях человеческой деятельности, повысить
производительность труда разработчиков различных систем автоматизированной переработки информации, сократить общие сроки разработок и т. д.
Программное обеспечение можно разделить на системное и
прикладное. Системное программное обеспечение представляет собой комплекс управляющих и обрабатывающих программ, описаний и инструкций, обеспечивающих функционирование вычислительной системы, а также разработку и исполнение программ
пользователей. Состав системного программного обеспечения
практически не зависит от характера решаемых задач пользователей.
Программы системного программного обеспечения различаются по функциональному назначению и характеру исполнения.
Они делятся на испытательные программы, системы программирования (СП) и операционные системы (ОС).
В состав системного программного обеспечения входят также с е р в и с н ы е
п р о г р а м м ы, которые предназначены для
проверки исправности блоков ЭВМ, обнаружения и локализации отказов устройств и устранения их влияния на работу системы в целом.
На базе операционных систем строятся программные средства, расширяющие функции ОС, и пакеты общего назначения
для решения различных научных, технических, экономических и

Предисловие
других задач. Такие пакеты не входят в ОС и поставляются отдельно.
Прикладное программное обеспечение представляет собой совокупность программ решения конкретных задач из различных
сфер применения ЭВМ. Специализированные комплексы программ решения конкретных задач вместе с сопровождающей документацией называют пакетами прикладных программ (ППП)
или приложениями [1, 3].
Объем программного обеспечения современных вычислительных систем непрерывно возрастает, несмотря на то, что его
стоимость остается довольно высокой даже при использовании
промышленных методов разработки.
Особенно велика роль системного программного обеспечения, так как на его базе разрабатывается специальное программное обеспечение. Нередко доля стоимости системного программного обеспечения от общей стоимости вычислительной системы
достигает 70 % и выше.
В исторической последовательности развития программных
средств первыми появились узко ориентированные приложения
(«программа, предназначенная для вычисления числа 
 c точностью
до 200-го знака», «программа, предназначенная для расчета и печати платежной ведомости» и пр.), затем СП (ранние их версии
назывались системами автоматизации программирования) и ОС.
Ранние ЭВМ не предусматривали ОС, поэтому процедуры запуска/остановки программ, присоединения внешних носителей
осуществлялись вручную или командами из прикладных программ. В середине 1960-х гг. ряд ведущих фирм-производителей
ЭВМ, таких как IBM (Internatiоnal Business Machines — США),
ICL (International Computer Limited — Великобритания), CII
(Compagne Internationale pour Informatique — Франция), практически одновременно приступили к выпуску моделей машин (соответственно — IBM 360, System 4, Iris 80), оснащенных операционными системами (operating system).
Как показало время, наиболее совершенной и конкурентоспособной оказалась система OS/360 (IBM), в которой были заложены практически все основные черты ОС, позволяющие превратить ЭВМ в «автоматизированную фабрику» обработки информации при минимальном участии человека. OS/360 и другие
современные ей системы были ориентированы на обработку потока заданий (или пакетную обработку — batch processing), при
которой пользователь не мог вмешиваться в ход выполняемой за

Предисловие
5
дачи, оперативно просмотреть промежуточные данные, т. е. был
оторван от машины.
Появление и широкое распространение видеотерминалов создали возможность предоставить пользователю активный диалоговый доступ к вычислительному процессу, которым он занимается. В OS/360 фирмой и пользователями были внесены дополнения — появились системы TSO (Time Sharing Option — Система с
разделением
времени),
CICS
(Customer
Information
Control
System — Система управления потреблением информации). Известен
ряд
удачных
отечественных
разработок
—
PRIMUS,
FOCUS. Появившиеся в последующий период ОС ориентировались преимущественно на интерактивную работу пользователей — RSX, VMS, Unix и пр.
По-видимому, в настоящее время наиболее распространенной является интерактивная ОС Unix, версии которой разработаны практически для всех моделей ЭВМ. Для IBM PC-совместимых ЭВМ (ПЭВМ) в свое время была создана Unix-подобная
система MS DOS (фирма MicroSoft). Следует согласиться с остроумным замечанием Питера Нортона о том, что «MS DOS —
это Unix для дошкольников, Unix — это MS DOS для пользователей с высшим образованием».
ОС является первичной программной оболочкой для всякой
ЭВМ — без ОС машина оказывается неодушевленным предметом. При включении электропитания ЭВМ автоматически осуществляется считывание с магнитного носителя, запись в оперативную память и запуск резидентных программ ОС или загрузка
ОС (loading). В некоторых системах процесс загрузки прерывается для запроса у оператора адреса (номера), внешнего устройства, на котором размещаются программы ОС (резидентного устройства). При включении ПЭВМ поиск устройства с ОС осуществляется автоматически.
Резидентное устройство (как правило, НМД или CD) часто
называют b o o t a b l e, а процесс загрузки — b o o t («обувать»),
что хорошо иллюстрирует, во-первых «голый» (или «необутый»)
статус компьютера без ОС, во-вторых — возможность «одеть»
компьютер в разные ОС, при этом «образ машины» может измениться до неузнаваемости. Это давно и хорошо известно профессиональным пользователям больших ЭВМ, а сейчас стало и
«достоянием широких масс» в связи с тем, что современные модели настольных ПК прекрасно работают с различными ОС —
MS DOS, OS/2, Windows 95/98/ME/NT/2000/ХР, Unix и пр.

Предисловие
ОС выполняет следующие основные (тесно взаимосвязанные)
функции:

 управление данными;

 управление задачами;

 связь с внешней средой.
Структурно операционная система представляет собой совокупность программ, управляющих ходом работы вычислительной машины, идентифицирующих прикладные программы и
данные и осуществляющих связь между машиной и оператором.
В настоящем учебном пособии рассматриваются общие принципы организации, состав, структура операционных систем и их
оболочек, а также ряд конкретных систем.
В первой главе рассматриваются основные принципы организации и функционирования операционных систем, их состав и
структура.
Рассматриваются
функции
управления
данными,
включая планирование размещения данных и оперативное управление их прохождением через систему в процессе решения задач.
С данной функцией тесно взаимосвязано управление заданиями
(процессами, задачами), дисциплины обслуживания процессов и
подпроцессов, управление очередями, оптимизация использования памяти для размещения задач. Функция связи с оператором
реализует совокупность интерфейсов как предназначенных для
текущего
управления
вычислительным
процессом
(оператор
ЭВМ), так и для конфигурирования и установки ОС и ее компонент (системный администратор) и для передачи данных в прикладную программу и их вывода из нее (прикладной пользователь).
Во второй главе рассматриваются операционные системы
персональных
компьютеров
(однопользовательские,
однопрограммные) как получившие наибольшее распространение (сотни
миллионов экземпляров). Это прежде всего операционная система MS DOS (на примере версии 6.22), затем графические программные оболочки Windows 3.x, операционные системы OS/2,
Windows
95/98/ME,
системы
Windows
NT/2000/ХР/Vista/W7.
Возможно, сюда следовало бы отнести также ОС Linux и версии
Unix для ПЭВМ (AIX, Xenix), однако авторы поместили эти вопросы в следующую главу. Это связано, скорее, с историческими
и генеалогическими соображениями — рассматриваемые во второй главе системы, во-первых, являются продукцией Microsoft
(в основном), а, во-вторых, их возможности развивались вместе
с аппаратной платформой, на которую они ориентировались, —

Предисловие
7
Intel — 8086-80286-386-486-Pentium и т. д. И хотя Windows NT/
2000, как уверяют специалисты, ненамного уступает по сетевым
и многопользовательским свойствам таким ОС, как Unix/Linux,
следует не забывать, что Unix/Linux пришли на ПЭВМ c больших вычислительных систем (mainframes, hosts), а не наоборот.
В третьей главе рассматриваются многопользовательские многозадачные операционные системы в той исторической последовательности, в которой они были разработаны. Прежде всего, это
ряд систем OS/360/370/375, классический прототип всех последующих разработок, затем операционные системы RSX (ОС РВ)
и наиболее популярные сегодня среди системных администраторов мощных машин системы Unix и Linux. Основной чертой данных ОС является обеспечение работы систем в одном из следующих режимов:

 системы с разделением времени, в которых каждый участник
«как бы монопольно» (виртуально) пользуется ресурсами
ЭВМ, а основной задачей администраторов и разработчиков является защита данных от несанкционированного доступа и взаимная изоляция участников;

 системы обеспечения групповых решений (СОГР) — Computer
Supported Cooperative Work, groupware — ориентированные
на прямо противоположную задачу — обеспечить взаимодействие пользователей в процессе принятия решений.
СОГР сочетают коммуникационную, вычислительную технологии и процедуры принятия решений для облегчения
формулирования и решения неструктурированных проблем
группой лиц.
В четвертой главе рассматриваются среды и оболочки операционных систем. Прежде всего, дается краткое описание программ расширения возможностей пакетных ОС (OS/360/370/
375) — диалоговые мониторы ЕС ЭВМ, затем в исторической
последовательности появления на сцене — монитор PCTOOLS
для ПЭВМ, оболочка Norton Commander (NC), Norton Commander-подобные оболочки для Windows (в том числе NC для
Windows, Windows Commander, Far Manager), программная оболочка Dosshell. Конечно, если строго придерживаться типизации
оболочек на т е к с т о в ы е и г р а ф и ч е с к и е, то средства NC
для Windows и Windows Commander следовало бы рассматривать
в одном ряду с Windows 3.x как графические, однако они помещены в 4-ю главу как прямые потомки NC, функционально
сходные с Far Manager, который является принципиально тек

Предисловие
стовой оболочкой. Здесь также рассмотрен Konqueror — функциональный аналог Far для ОС Linux, а также ряд других приложений, расширяющих возможности пользователей ОС.
Учебное пособие базируется на материалах, накопленных авторами в процессе практической, исследовательской, а также
преподавательской (МИФИ, РГГУ, РЭА им. Г. В. Плеханова)
деятельности. Авторы выражают благодарность коллегам, принявшим
участие
в
обсуждении
материала:
А. Г. Романенко
(РГГУ), К. И. Курбакову (РЭА им. Г. В. Плеханова), П. Б. Храмцову (РНИЦ «Курчатовский институт»), рецензентам, а также
студентам РГГУ и РЭА им. Г. В. Плеханова за предоставленные
иллюстративные материалы.

Глава 1
ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ЭВМ.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ПОНЯТИЯ
Операционная система — это совокупность программ, обеспечивающий организацию вычислительного процесса на ЭВМ.
Основные задачи ОС следующие:

 увеличение пропускной способности ЭВМ (за счет организации непрерывной обработки потока задач с автоматическим переходом от одной задачи к другой и эффективного
распределения ресурсов ЭВМ по нескольким задачам);

 уменьшение времени реакции системы на запросы пользователей пользователями ответов от ЭВМ;

 упрощение работы разработчиков программных средств и
сотрудников
обслуживающего
персонала
ЭВМ
(за
счет
предоставления им значительного количества языков программирования и разнообразных сервисных программ).
1.1. Классы, функции и состав операционных систем
Функции ОС
Операционные системы могут классифицироваться по следующим показателям:

 количеству
пользователей:
однопользовательские
ОС
(MS DOS, Windows) и многопользовательские ОС (VM,
Unix);

 доступу: пакетные (OS/360), интерактивные (Windows, Unix),
системы реального времени (QNX, Neutrino, RSX);

 количеству решаемых задач: однозадачные ОС (MS DOS) и
многозадачные ОС (Windows, Unix).

Глава 1. Операционные системы ЭВМ. Основные принципы...
Операционная система предназначена для выполнения следующих основных (тесно взаимосвязанных) функций (рис. 1.1):

 управление данными;

 управление задачами (заданиями, процессами);

 связь с человеком-оператором.
Рис. 1.1. Основные функции операционных систем (ОС)
В различных ОС эти функции реализуются в различных масштабах и с помощью разных технических, программных, информационных методов и средств.
Системное программное обеспечение ЭВМ предназначено
для осуществления адаптируемости программ пользователей к изменениям состава ресурсов ЭВМ. Высокая производительность
вычислительной системы обеспечивается операционной системой благодаря применению мультипрограммирования и наличию
специальных программных средств для выполнения трудоемких
операций ввода-вывода информации. Высокая производительность труда программиста достигается за счет предоставления ему
большого числа языков программирования; специальных библиотек программ; удобных средств ввода-вывода, средств отладки
программ и оформления заданий.
К числу наиболее известных первых управляющих программ
относятся комплексы SAGE, SABRE, MERCURY, реализованные на ЭВМ второго поколения. Для ЭВМ IBM/360 были разработаны операционные системы, обеспечивающие пакетную технологию обработки данных и работу в реальном масштабе време