1 современные классификации операционных систем. Введение

Большое количество разных типов компьютеров, используемых в вычислительных сетях, ведет к многообразию операционных систем, появившихся в последнее время (для домашних компьютеров, рабочих станций и серверов). К ним могут предъявляться различные требования по производительности и функциональным возможностям. На сегодняшний день существует множество классификаций операционных систем, сведения о которых достаточно неоднозначно и неполно представлены в учебной литературе для высшей школы.

Следовательно, назревает проблема систематизации наиболее распространенных классификаций путем объединения различных критериев для сравнения операционных систем в так называемых «смысловых аспектах» с целью анализа наиболее популярных операционных систем, используемых в последнее время в России. Дифференциация аспектов изучения операционных систем позволяет осознать и глубоко изучить разные их стороны и наглядно показать ограниченность одноаспектного подхода к такому многоаспектному объекту, как операционные системы, сочетание свойств которых представляет собой не механическое сцепление элементов, а органический сплав, где трудно отграничить одно свойство от другого.

Особое внимание в рамках указанной дисциплины следует уделить сетевому аспекту изучения, благодаря которому появилось целое направление в программном обеспечении – сетевые операционные системы, представляющие собой симбиоз сетевых протоколов, ими поддерживаемых, а также объема сетевых служб (услуг), предоставляемого пользователям и администраторам. Обширная коллекция сетевых протоколов и служб, называемая TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol), включает намного больше, чем просто сочетание двух основных протоколов, давших ей имя. Фундаментом этого стека по праву являются протоколы сетевого и транспортного уровней, которые обеспечивают надежную и быструю доставку сообщений произвольного размера и определяют сложный механизм доставки для всех видов данных в сети; организуют маршрутизацию сетевых передач от отправителя к получателю, отвечают за сетевые и аппаратные адреса и выполняют множество других функций.

Этот далеко не полный список функций позволяет протоколам сетевого и транспортного уровней стека TCP/IP занимать лидирующую позицию по использованию как в локальных сетях, так и в сети Интернет вот уже более тридцати лет.

1 современные классификации
операционных систем

1.1 Основные аспекты изучения
современных операционных систем

Современный период развития информационных технологий характеризуется интенсивным совершенствованием программного обеспечения вообще и операционных систем в частности.

Операционная система – комплекс системных и управляющих программ, предназначенных для наиболее эффективного использования всех ресурсов вычислительной системы и удобства работы с ней [30].

Назначение операционной системы – организация рабочего процесса в вычислительной системе, рациональное распределение аппаратных ресурсов между отдельными решаемыми задачами; предоставление пользователям многочисленных сервисных средств, облегчающих процесс программирования и отладки задач. Операционная система исполняет роль своеобразного интерфейса между пользователем и вычислительной системой, то есть операционная система предоставляет пользователю виртуальную вычислительную систему. Это означает, что операционная система в значительной степени формирует у пользователя представление о возможностях вычислительной системы, удобстве работы с ней, ее пропускной способности [21].

Различные операционные системы на одних и тех же технических средствах могут предоставить пользователю разные возможности для организации вычислительного процесса или автоматизированной обработки данных. В программном обеспечении компьютера операционная система занимает основное положение, поскольку осуществляет планирование и контроль всего вычислительного процесса.

На сегодняшний день известно множество операционных систем, классифицируемых по ряду критериев (например, по разрядности, цене, типу распространения и т. д.). В данном пособии представлены основные классификации операционных систем, рассматриваемые в рамках различных аспектов:

1) аппаратный;

2) социальный;

3) финансовый;

4) сетевой.

Данные аспекты послужили основой для формирования направлений, в которых рассматривается избирательно какая-либо сторона функционирования операционных систем.

Рассмотрим с необходимой степенью детализации представленные на рис. 1.1 критерии классификаций операционных систем в указанных выше аспектах.

Критерии

1.1 число процессов

1.2 кол-во процессоров

1.3 разрядность процессоров

1.4 переносимость ОС

1. Аппаратный

Критерии

3.1 объем оплаты

3.Финансовый

аспекты изучения операционных систем

4. Сетевой

4.1 возможности работы в сети

Критерии

3.2 тип распространения

4.2 функциональные особенности работы в сети

2. Социальный

2.1 актуальность использования

2.2 тип интерфейса

2.3 количество пользователей

2.4 назначение

2.5 популярность использования

Критерии

Рис. 1.1 – Критерии классификаций операционных систем

1. Аппаратный аспект определяет возможность функционирования операционной системы, а также максимальное использование ресурсов компьютера и лежит в основе различных классификаций операционных систем по ряду критериев.

1.1 Классификация по числу процессов, одновременно выполняемых под управлением операционной системы. В данной классификации выделяют однозадачные и многозадачные операционные системы.

Однозадачная операционная система поддерживает выполнение только одной программы, тогда как многозадачная – параллельное выполнение нескольких программ, существующих в одной вычислительной системе на некотором отрезке времени. На современном этапе перспективным направлением является разработка многозадачных операционных систем.

1.2 Классификация по количеству поддерживаемых процессоров. Данная классификация включает однопроцессорные и многопроцессорные операционные системы.

Однопроцессорные операционные системы могут работать только с одним процессором, тогда как многопроцессорные операционные системы поддерживают режим распределения ресурсов между несколькими процессорами для решения той или иной задачи. В настоящее время компании–разработчики аппаратного обеспечения считают, что увеличение производительности компьютера только с помощью наращивания тактовой частоты процессора не является единственным направлением и приводит к проблеме перегрева, а потому вот уже несколько лет активно выпускают различные многопроцессорные и многоядерные системы (Intel Core 2 DUO, Quad и Xeon, а также AMD Phenom и Opteron). Таким образом, разработка операционных систем, позволяющих распределять вычислительный процесс между процессорами (ядрами), является на сегодняшний день очень актуальной.

1.3 Классификация по разрядности процессора. В рамках данной классификации выделяют 16-ти-, 32-х- и 64-х-разрядные операционные системы.

Понятие разрядности неотделимо от понятия регистра, который, по существу, является ячейкой памяти внутри процессора. Например, процессор может складывать числа, записанные в двух раз­личных регистрах, а результат – сохранять в третьем регистре. Количество битов данных, которые может обработать процессор за один прием, характе­ризуется разрядностью внутренних регистров. Разрядность регистра определя­ет количество разрядов обрабатываемых процессором данных, а также характеристики программного обеспечения и команд, выполняемых чипом. На­пример, процессоры с 32-х-разрядными внутренними регистрами могут выполнять 32-х-разрядные команды, которые обрабатывают данные 32-х-разрядными порциями, а процессоры с 16-ти-разрядными регистрами этого делать не могут. Во всех современных процессорах внут­ренние регистры являются 64-х-разрядными. Таким образом, разработка 64-х-разрядных операционных систем является приоритетным направлением в области развития современного программного обеспечения.

1.4 Классификация по переносимости операционной системы. В идеале код операционной системы должен легко переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы одного типа на аппаратную платформу другого типа (они различаются не только типом процессора, но и способом организации всей аппаратуры компьютера одного типа).

Переносимые операционные системы имеют несколько вариантов реализации для разных платформ – такое свойство операционных систем называют многоплатформенностью. В результате выделяют одноплатформенные операционные системы, способные функциониро­вать только на одной платформе, например PC-совместимой, и многоплатформенные операционные системы, функционирующие на нескольких платформах, например, на PC-совместимой, Macintosh, Sun.

2. Социальный аспект лежит в основе классификаций операционных систем с точки зрения их применения на практике пользователем, удобства его работы, широты функциональных возможностей. В рамках данного аспекта операционные системы могут быть классифицированы по различным критериям.

2.1 Классификация по актуальности использования. В данной классификации выделяют современные и устаревшие операционные системы.

Устаревшие операционные системы представляют собой программный продукт, для которого компания–производитель прекратила осуществлять программную поддержку по определенным причинам (функциональные ограничения, выход новой операционной системы, закрытие проекта полностью и т. д.).

Современными операционными системами называются программные продукты, которые официально поддерживаются компанией–производителем и, как результат, для которых выпускаются различные обновления (update), «заплатки» (patch), дополнения (add-one) и программные продукты, повышающие функциональность и надежность работы операционной системы (service pack).

2.2 Классификация по типу пользовательского интерфейса. В рамках данной классификации выделяют текстовые и графические операционные системы.

Текстовые операционные системы имеют командный интерфейс, то есть управление функциональными возможностями операционной системы осуществляется с помощью команд, вводимых с клавиатуры.

Графические операционные системы имеют более «дружелюбный» интерфейс: у операционной системы имеется рабочий стол, а управление операционной системой осуществляется в большинстве случаев с помощью «мыши».

Безусловно, операционные системы только с текстовым интерфейсом являются пережитком прошлого и все современные операционные системы имеют графический интерфейс. Однако сам текстовый интерфейс не изжил себя полностью, а активно развивается, результатом чего стало его повсеместное использование в сочетании с графическим. Так, текстовый режим в современных операционных системах представлен командной строкой (консолью), активно используемой сетевыми администраторами, причем функциональное наполнение командного режима увеличивается по мере выхода новых версий операционных систем.

2.3 Классификация по количеству работающих пользователей. В рамках данной классификации выделяют однопользовательские и многопользовательские операционные системы.

Здесь учитывается возможность работы с операционной системой только одного пользователя или многих. На современном этапе развития операционных систем и требований, предъявляемых к безопасности и надежности их функционирования, перспективным является многопользовательский режим их функционирования.

2.4 Классификация по назначению. В рамках данной классификации выделяют операционные системы рабочих станций и для домашнего использования.

Главными характеристиками операционных систем для домашнего использования является универсальность и простота работы. Работая с ними, пользователь может без особых усилий поиграть, поработать с различными типами файлов, установить практически любое периферийное устройство и т. д. Данные операционные системы позиционируются для домашнего применения, пользователь обычно является администратором, и поэтому у операционных систем этого типа практически отсутствуют решения, связанные с безопасностью и надежностью функционирования (все силы разработчиков направлены на наглядность и простоту).

Операционные системы рабочих станций противопоставлены вышеуказанным по применению и функционированию. Основными показателями данных систем являются безопасность, надежность и стабильность: они обычно годами работают без сбоев, имеют весь необходимый инструментарий для разграничения прав пользователей. Данные операционные системы с такой функциональностью могут быть не всегда применимы для домашнего использования: большое количество функциональных возможностей может быть представлено в командном режиме; возможно отсутствие универсальности (не все программные продукты работают корректно), а также может сказаться нехватка драйверов для периферийных устройств.

На современном этапе крупными компаниями–производителями деление операционных систем по указанным критериям признано неэффективным, поэтому становится все больше операционных систем, сочетающих в себе все положительные качества обоих видов операционных систем, что в результате не может не сказаться на ценах на данные программные продукты.

2.5 Классификация по популярности использования. В рамках данной классификации выделяют операционные системы Microsoft и альтернативные операционные системы.

Данная классификация является условной, и связана она с практически монопольной властью на рынке корпорации Microsoft, операционными системами которой пользуются большинство пользователей, в результате чего современная «картина мира» операционных систем может быть представлена операционными системами Microsoft и других компаний, пытающихся конкурировать с ней разработкой альтернативных операционных систем (представители указанной классификации будут более подробно рассмотрены в параграфе 1.3).

3. Финансовый аспект лежит в основе решения вопросов, связанных с использованием лицензионного программного обеспечения. В рамках указанного аспекта операционные системы могут быть классифицированы по двум основным критериям.

3.1 Классификация по объему оплаты. Операционные системы, как и любой продукт, имеют стоимость, то есть выражение в денежном эквиваленте, а потому программное обеспечение может быть отнесено к одной из следующих групп: freeware, shareware, trial.

Freeware – бесплатное программное обеспечение, разрабатываемое и сопровождаемое либо энтузиастами, либо альтруистами, либо рекламодателями (в целях продажи более функциональных платных или условно бесплатных программных продуктов). Единственной так называемой «платой» за использование данных продуктов может стать регистрация на сайте компании производителя для сбора статистики и последующего сопровождения.

Shareware – условно бесплатное программное обеспечение – название, в котором определяющим является слово «условно». Обычно данным термином называют программные продукты, продаваемые за символические деньги. Никто не определял границу размера в денежных единицах для четкого выяснения, является ли указанный программный продукт условно бесплатным или платным, так как для различных стран с разным уровнем дохода населения понятие «символические деньги» может дифференцироваться, поэтому присвоение того или иного статуса делается компанией–производителем.

Одним из направлений данного класса программных продуктов является Ad-ware – программное обеспечение, за работу с которым пользователь расплачивается просмотром рекламы в специально отведенной части экрана (рекламный баннер).

Trial – платное программное обеспечение. Данный статус также присваивается компанией–разработчиком, а цена на указанный программный продукт может измеряться в тысячах долларов.

Программные продукты shareware и trial могут распространяться компанией на разных условиях, например:

1) полнофункциональная версия, работающая ограниченное время, – после оплаты все нормализируется;

2) функционально урезанная версия (demo-версия) – после оплаты все нормализуется;

3) полнофункциональная версия – не работает без оплаты вообще.

Все перечисленное выше может быть отнесено к операционным системам и является одним из важных факторов при их выборе.

3.2 Классификация по типу распространения. В рамках данной классификации выделяют открытые (свободные, Open Source, GNU) и закрытые (несвободные, проприетарные) операционные системы. Поскольку операционные системы являются одним из представителей программного обеспечения, то далее мы будем говорить в общем о свободном и несвободном программном обеспечении.

Свободными называются программы, автор (или иной обладатель имущественных авторских прав) которых опубликовал их в сопровождении так называемой «свободной лицензии», или, если следовать терминологии отечественного законодательства, публичного авторского договора, передающего приобретателю следующие права:

1) пользоваться программой для любых целей и на неограниченном количестве компьютеров или мест в сети;

2) беспрепятственно получать доступ к исходным кодам программы;

3) изготавливать (производить) неограниченное количество дополнительных ее экземпляров как для собственного пользования, так и для распространения или сдачи в прокат/аренду на тех же условиях, платно или безвозмездно (по своему выбору);

4) модифицировать ее как для собственного пользования, так и для распространения на тех же условиях [23].

Несвободной является программа, распространяемая на условиях, ограничивающих вышеперечисленные права приобретателя. Примером такой программы является любой представитель операционных систем Microsoft, распространяемый с лицензией EULA).

Свободные программы не следует, как это часто делают, путать с бесплатными, свободно распространяемыми программами freeware и наоборот, а также «коммерческое» – с несвободным, а «некоммерческое» – со свободным. Значительная часть (вероятно, большая) свободного кода разрабатывается в коммерческих рамках, хотя в то же время существует достаточное количество некоммерческого несвободного кода (freeware).

Таким образом, свободные программы – это программы, все услуги по разработке, модификации, сопровождению и поддержке которых продаются на свободном рынке. Рынок свободного программного обеспечения активно развивается уже в течение четверти века, и после некоторых колебаний большая часть лидеров компьютерной отрасли сегодня практически однозначно высказывается в поддержку свободного программного обеспечения.

Феномен Open Source и его частное проявление – операционная система Linux – занимают особое место в современных информационных технологиях. Open Source является своего рода философией. Изначально идея Open Source пришла из научной среды. Именно там был принят принцип открытого обмена научными идеями и наработками, а впоследствии – и программным кодом.

Бурное развитие проекта под названием «Unix» можно объяснить открытым обменом идеями и кодом. Именно поэтому в «Unix» был впервые включен стек TCP/IP, тот самый, на котором и по сей день базируются компьютерные сети, в том числе и глобальная сеть – Интернет. Позже, когда произошло закрытие ее исходных кодов, развитие Unix затормозилось.

Впервые идею о том, что программное обеспечение должно быть открытым и свободным, а иначе невозможно его развитие, сформулировал известный программист Ричард Столлман.

Именно он стал родоначальником идеи свободного программного обеспечения, инициатором юридической защиты этого программного обеспечения (лицензия GPL) и основателем компании Free Software Foundation (FSF).

В своем «Манифесте GNU», написанном еще в 1985 году, Р. Столлман в качестве основной идеи, реализация которой привела к возникновению FSF и проекта GNU, выдвигает свое неприятие права собственности на программы.

Как утверждает Р. Столлман, при переходе к свободному программному обеспечению программисты будут продолжать иметь оплачиваемую работу (хотя, видимо, будут зарабатывать несколько меньше).

Ограничение на копирование программ – это не единственный способ зарабатывать деньги. Основная идея Столлмана состоит в том, что нужно продавать не программы, а труд программиста. В частности, источником дохода может быть сопровождение программных систем или их настройка для использования на новых компьютерах, а также преподавание.

Программное обеспечение FSF является «свободным» в двух смыслах. Во-первых, любую программу можно свободно копировать и распространять. Во-вторых, наличие исходных текстов программ обеспечивает возможность свободного изучения программ, их улучшения и реализации доработанных вариантов.

Модель Open Source в том или ином виде существует давно и относится не только к программному обеспечению, но и к науке, бизнесу, образованию и т. д. Открытые стандарты, коды, научные разработки, учебные пособия – все это есть Open Source. И продукция его очень разнообразна и ценна, так как в той или иной мере, в конечном счете, все это является достоянием общества и направлено на его благосостояние и развитие [29].

4. Сетевой аспект лежит в основе решения вопросов, связанных с возможностью использования компьютера под управлением операционной системы в сети и определения его роли в ней. В рамках указанного аспекта операционные системы могут быть классифицированы по следующим критериям:

1) классификация по возможности работы в сети (сетевые, несетевые и с поддержкой сети);

2) классификация по функциональным особенностям работы в сети (серверные, клиентские и универсальные).

Таким образом, все представленные здесь классификации наглядно отражены в табл. 1.1 (сетевой аспект будет подробно рассматриваться отдельно в параграфе 1.2, так как эти классификации являются основополагающими для материалов данного пособия).

Таблица 1.1 – Современные классификации операционных систем

Аспекты классификаций	Название классификации	Классы операционных систем
1. Аппаратный	1.1 Классификация по числу процессов, одновременно в под управлением ОС	1.1.1 Однозадачные ОС
1.1.2 Многозадачные ОС
1.2 Классификация по количеству поддерживаемых процессоров	1.2.1 Однопроцессорные ОС
1.2.2 Многопроцессорные ОС
1.3 Классификация по разрядности процессора	1.3.1 Шестнадцатиразрядные ОС
1.3.2 Тридцатидвухразрядные ОС
1.3.3 Шестидесятичетырехразрядные ОС
1.4 Классификация по переносимости операционной системы	1.4.1 Одноплатформенные ОС
1.4.2 Многоплатформенные ОС
2. Социальный	2.1 Классификация по актуальности использования	2.1.1 Устаревшие ОС
2.1.2 Современные ОС
2.2 Классификация по типу пользовательского интерфейса	2.2.1 Текстовые ОС
2.2.2 Графические ОС
2.3 Классификация по количеству работающих пользователей	2.3.1 Однопользовательские ОС
2.3.2 Многопользовательские ОС
2.4 Классификация по назначению	2.4.1 ОС для домашнего пользования
2.4.2 ОС рабочих станций
2.5 Классификация по популярности использования	2.5.1 ОС Microsoft
2.5.2 Альтернативные ОС
3. Фи-нансовый	3.1 Классификация по объему оплаты	3.1.1 Freeware
3.1.2 Shareware
3.1.3 Trial
3.2 Классификация по типу распространения	3.2.1 Открытые ОС
3.2.2 Проприетарные ОС
4. Сетевой	4.1 Классификация по возможности работы в сети	4.1.1 Сетевые ОС
4.1.2 ОС с поддержкой сети
4.1.3 Несетевые ОС
4.2 Классификация по функциональным особенностям работы в сети	4.2.1 Клиентские ОС
4.2.2 Серверные ОС
4.2.3 Универсальные ОС