Curs Sisteme de Operare

1. Introducere

Un sistem de calcul este format din următoarele componente:

a) componenta hard – formată din CPU, memorie şi dispozitiv de I/O – pune la

dispoziţie resursele de calcul;

b) aplicaţiile de program – definesc modul în care sunt utilizate resursele hardware

pentru a rezolva problemele de calcul ale utilizatorilor;

c) sistemul de operare – controlează şi coordonează utilizarea resurselor hard de

către diverse aplicaţii de program;

d) utilizatorii – persoanele ce exploatează sistemul de calcul.

Un sistem de operare este un program ce gestionează resursele hard ale unui

computer, oferă un suport pentru aplicaţiile de program şi asigură interfaţa dintre utilizatorii

computerului şi resursele hard.

2

Plecând de la definiţia anterioară se pot identifica următoarele module ale unui sistem

de operare:

a) interfaţa cu utilizatorul – constituită din comenzi şi apeluri sistem. Comenzile

sunt introduse direct de utilizatori (de la terminale sau alte dispozitive de

introducere) şi sunt prelucrate de interpretorul de comenzi înainte de a ajunge la

sistemul de operare. Apelurile sistemelor folosite direct de către programatorii de

sistem şi indirect de către programatorii de aplicaţii, apar în programe şi se

declanşează în timpul executării acestor programe. Interfaţa la nivel de comenzi

determină modul de acceptare de către utilizatori a unui nou sistem de operare.

b) gestionarea fişierelor – fişierele reprezintă forma sub care se păstrează pe termen

lung informaţia în sisteme de calcul. Gestionarea fişierelor tratează aspecte legate

de crearea şi ştergerea fişierelor, controlul accesului la fişiere, citirea / scrierea

informaţiilor din / în fişiere, organizarea colecţiei de fişiere, etc. Gestiunea

fişierelor reprezintă o componentă importantă a unui sistem de operare datorită

faptului că, în ultimul timp, se pune accent pe securitatea informaţiilor.

c) gestionarea perifericelor – incorporează toate aspectele operaţiilor de I/O

asociate perifericilor: pregătirea operaţiei, lansarea cererilor de transfer de

informaţie, controlul transferului propriu-zis, tratarea erorilor, etc. Gestionarea

anumitor periferice presupune interacţiunea cu sistemul de întreruperi de procesor

a transferurilor de informaţie.

d) gestionarea memoriei – acest modul controlează utilizarea memoriei interne şi a

memoriei externe dedicată extinderii capacităţii memoriei interne. Memoria

internă este utilizată de sistemul de operare şi de programele utilizator. Datorită

posibilităţii că mai multe programe utilizator să fie simultan în memorie, modulul

de gestionare a memoriei trebuie să rezolve probleme de protecţie şi / sau

cooperare între aceste programe sau între programe şi sisteme de operare, precum

şi probleme de împărţire a memoriei disponibile între programele solicitate.

e) tratarea erorilor – este activitatea de detectare şi, în măsura posibilului, de

revenire din erori pentru continuarea lucrului. Modul de revenire din erori depinde

de cauza erorii şi de complexitatea sistemului de operare.

f) gestionarea sistemului – este modulul responsabil de utilizarea sistemului de

operare ca întreg, printre funcţiile sale numărându-se ajustarea caracteristicilor

sistemului de operare la un anumit sistem de calcul, punerea la dispoziţie a unor

date statistice referitoare la comportarea sistemului şi a unor mecanisme prin care

sistemul poate fi acordat pentru obţinerea celor mai bune performanţe posibile.

1.1. Evoluţia sistemelor de operare

1.1.1. Sistemele „mari” (mainframes)

Sistemele mari au fost primele sisteme de calcul utilizate pentru aplicaţii comerciale şi

ştiinţifice. Aceste sisteme au evoluat de la sisteme cu prelucrare pe loturi, ce rulau o singură

aplicaţie la un moment dat, la sisteme cu divizarea timpului, ce permiteau utilizatorului să

interacţioneze cu sisteme de calcul.

Sisteme cu prelucrare pe loturi aveau ataşate, ca dispozitive de intrare, cititoare de

cartele şi unităţi de bandă magnetică, şi ca dispozitive de ieşire imprimate, unităţi de bandă

magnetică şi perforatoare de cartele. Utilizatorul pregătea „jobul” (program date şi informaţii

de control privind natura jobului – cartele de control) şi îl înainta operatorului sistemului de

3

calcul. După un timp, utilizatorul intra în posesia rezultatului, ce era însoţit de copie a

conţinutului final al memoriei şi al regiştrilor.

Sistemul de operare era extrem de simplu, singura lui îndatorire fiind cea de a

transfera automat controlul de la un job la următorul. Sistemul de operare era rezident în

memorie.

Pentru a mării viteza de procesare, operatorii grupau joburi cu cerinţe similare în

loturi şi le rulau apoi împreună. Într-un astfel de mediu de executare, CPU este adesea

nefolosit (idle), deoarece viteza dispozitivelor periferice mecanice este cu mult mai mică (de

cel puţin 3 ori) decât cea a dispozitivelor electronice. Deşi dezvoltările tehnologice şi

introducerea discurilor magnetice au condus la apariţia unor periferice mai rapide, viteza de

procesare a CPU a crescut şi mai mult.

Astfel, problema nu numai că a rămas nerezolvată, dar a devenit şi mai acută.

Introducerea discurilor magnetice a permis sistemului de operare să păstreze toate

joburile pe un disc. Având acces direct la mai multe joburi, sistemul de operare putea realiza o

planificare a lor, cu scopul de a utiliza eficient resursele. Cel mai important aspect al

planificării joburilor constă în abilitatea de a multiprograma, adică de a creşte utilizarea CPU

prin organizarea joburilor. Sistemele ce beneficiază de această facilitate se numesc sisteme cu

multiprogramare. Modul de lucru a unui sistem de operare cu multiprogramare este

următorul: sistemul de operare păstrează mai multe joburi, simultan, în memorie. Atunci când

un program solicită o operaţie de I/O, sistemul de operare intervine şi face ca procesorul să

lucreze pentru alt job, până la terminarea operaţiei de I/O. Atât timp cât în memorie există cel

puţin un job, procesorul nu este neutilizat (idle).

Sistemele de operare cu multiprogramare sunt destul de sofisticate, deoarece ele

trebuie să ia decizii în locul utilizatorilor. Dacă mai multe aplicaţii sunt gata pentru a fi aduse

în memorie şi nu este spaţiu pentru toate, sistemul trebuie să aleagă acele aplicaţii ce vor fi

încărcate în memorie, adică să utilizeze o planificare a aplicaţiilor. Când sistemul selectează o

aplicaţie pentru executare, o va încărca în memorie. Având mai multe aplicaţii în memorie

simultan apare necesară gestiunea memoriei. Mai mult decât atât, dacă mai multe aplicaţii

sunt gata de executare la acelaşi moment de timp, sistemul trebuie să realizeze o selecţie, ceea

ce înseamnă de fapt planificarea CPU. Faptul că mai multe aplicaţii rulează în mod concurent

necesită ca abilitatea lor de a se influenţa reciproc să fie limitată în toate fazele sistemului de

operare, incluzând planificarea proceselor, spaţiul de stocare pe disc şi gestiunea memoriei.