ОС как виртуальная машина

Для того чтобы успешно решать свои задачи, современный пользователь или даже прикладной программист может обойтись без досконального знания аппарат­ного устройства компьютера. Ему не обязательно быть в курсе того, как функ­ционируют различные электронные блоки и электромеханические узлы компью­тера. Более того, очень часто пользователь может не знать даже системы команд процессора. Пользователь-программист привык иметь дело с мощными высоко­уровневыми функциями, которые ему предоставляет операционная система.

Так, например, при работе с диском программисту, пишущему приложение для работы под управлением ОС, или конечному пользователю ОС достаточно пред­ставлять его в виде некоторого набора файлов, каждый из которых имеет имя. Последовательность действий при работе с файлом заключается в его открытии, выполнении одной или нескольких операций чтения или записи, а затем в за­крытии файла. Такие частности, как используемая при записи частотная моду­ляция или текущее состояние двигателя механизма перемещения магнитных головок чтения/записи, не должны волновать программиста. Именно ОС скрывает от программиста большую часть особенностей аппарату­ры и предоставляет возможность простой и удобной работы с требуемыми фай­лами.

Если бы программист работал непосредственно с аппаратурой компьютера, без участия ОС, то для организации чтения блока данных с диска программисту при­шлось бы использовать более десятка команд с указанием множества парамет­ров: номера блока на диске, номера сектора на дорожке и т.п. А после заверше­ния операции обмена с диском он должен был бы предусмотреть в своей про­грамме анализ результата выполненной операции. Учитывая, что контроллер диска способен распознавать более двадцати различных вариантов завершения операции, можно считать программирование обмена с диском на уровне аппара­туры не самой тривиальной задачей. Не менее обременительной выглядит и ра­бота пользователя, если бы ему для чтения файла с терминала потребовалось за­давать числовые адреса дорожек и секторов.

Операционная система избавляет программистов не только от необходимости напрямую работать с аппаратурой дискового накопителя, предоставляя им про­стой файловый интерфейс, но и берет на себя все другие рутинные операции, связанные с управлением другими аппаратными устройствами компьютера: фи­зической памятью, таймерами, принтерами и т.д.

В результате реальная машина, способная выполнять только небольшой набор элементарных действий, определяемых ее системой команд, превращается в вир­туальную машину, выполняющую широкий набор гораздо более мощных функ­ций. Виртуальная машина тоже управляется командами, но это уже команды другого, более высокого уровня: удалить файл с определенным именем, запус­тить на выполнение некоторую прикладную программу, повысить приоритет за­дачи, вывести текст из файла на печать. Таким образом, назначение ОС состоит в предоставлении пользователю/программисту некоторой расширенной вирту­альной машины, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальный компьютер или реаль­ную сеть.