Управление образами ОС с помощью Configuration Manager
Образы ОС в Configuration Manager хранятся в формате образа Windows (WIM). Эти образы представляют собой сжатую коллекцию ссылочных файлов и папок, используемых для установки и настройки новой ОС на компьютере. Во многих сценариях развертывания ОС требуется образ ОС.
Типы образов ОС
Вы можете использовать образ ОС по умолчанию или создать образ ОС с настраиваемого эталонного компьютера . При сборке эталонного компьютера в ОС добавляются файлы ОС, драйверы, файлы поддержки, обновления программного обеспечения, средства и приложения. Затем вы запишите его, чтобы создать файл образа.
Изображение по умолчанию
Файлы установки Windows содержат образ ОС по умолчанию. Этот образ представляет собой базовый образ ОС, содержащий стандартный набор драйверов. При использовании образа ОС по умолчанию используйте шаги последовательности задач для установки приложений и создания других конфигураций после установки ОС на устройстве. Найдите образ ОС по умолчанию в исходных файлах Windows: \Sources\install.wim .
Преимущества изображений по умолчанию
- Размер изображения меньше, чем захваченное изображение.
- Установка приложений и конфигураций с помощью шагов последовательности задач является более динамичной. Например, измените конфигурации и приложения, устанавливаемые в последовательности задач, без необходимости повторного создания образа устройства.
Недостатки изображения по умолчанию
- Установка ОС может занять больше времени. Установка приложения и другие конфигурации происходят после завершения установки ОС.
Изображение, записанное с компьютера-образца
Чтобы создать настраиваемый образ ОС, создайте эталонный компьютер с требуемой ОС. Затем установите приложения и настройте параметры. Запишите образ ОС с компьютера-образца, чтобы создать WIM-файл. Выполните сборку компьютера-образца вручную или используйте последовательность задач для автоматизации некоторых или всех этапов сборки. Дополнительные сведения см. в разделе Настройка образов ОС.
Преимущества захваченного изображения
- Установка может выполняться быстрее, чем использование образа по умолчанию. Например, приложения можно предварительно установить с помощью записанного образа ОС. Затем вам не нужно устанавливать эти же приложения позже с помощью шагов последовательности задач.
Недостатки захваченного изображения
- Размер изображения потенциально больше, чем образ по умолчанию.
- Необходимо создать новый образ, когда требуются обновления для приложений и средств.
Добавление образа ОС
Прежде чем использовать образ ОС, добавьте его на Configuration Manager сайт.
- В консоли Configuration Manager перейдите в рабочую область Библиотека программного обеспечения, разверните узел Операционные системы, а затем выберите узел Образы операционных систем.
- На вкладке Главная ленты в группе Создать выберите Добавить образ операционной системы. Это действие запускает мастер добавления образа операционной системы.
- На странице Источник данных укажите следующие сведения:
- Сетевой путь к файлу образа ОС. Например, \\server\share\path\image.wim .
- Примите лицензионное соглашение, установив флажок
- Извлеките определенный индекс изображения из указанного WIM-файла , а затем выберите индекс изображения из списка. Начиная с версии 1902, этот параметр автоматически импортирует один индекс, а не все индексы изображений в файле. Использование этого параметра приводит к уменьшению размера файла образа и более быстрому автономному обслуживанию. Он также поддерживает процесс оптимизации обслуживания образов для файла образа меньшего размера после применения обновлений программного обеспечения.
Примечание. Configuration Manager не изменяет файл исходного образа. Он создает файл образа в том же исходном каталоге. Этот процесс извлечения может завершиться ошибкой для очень больших файлов изображений, например свыше 60 ГБ. Ошибка DISM — Not enough storage is available to process this command. командная строка, которую Configuration Manager использует, находится в smsprov.log и dism.log. Выполните ту же команду вручную, а затем импортируйте образ.
- Имя: уникальное имя изображения. По умолчанию имя происходит от имени WIM-файла.
- Версия: необязательный идентификатор версии. Это свойство не обязательно должно быть версией ОС образа. Часто это версия пакета вашей организации.
- Комментарий: необязательное краткое описание.
Командлет PowerShell, эквивалентный этому мастеру консоли, см. в разделе New-CMOperatingSystemImage.
Затем раздайте образ ОС точкам распространения.
Распространение содержимого в точки распространения
Распространяйте образы ОС в точки распространения так же, как и другое содержимое. Перед развертыванием последовательности задач распределите образ ОС по крайней мере в одну точку распространения. Дополнительные сведения см. в разделе Распространение содержимого.
Применение обновлений программного обеспечения к образу
Этот раздел относится как к образам ОС , так и к пакетам обновления ОС. В нем используется общий термин «image» для обозначения файла образа Windows (WIM). Оба этих объекта имеют WIM, который содержит файлы установки Windows. Обновления программного обеспечения применимы к этим файлам в обоих объектах. Поведение этого процесса одинаково для обоих объектов.
Каждый месяц появляются новые обновления программного обеспечения, применимые к образу. Перед применением обновлений программного обеспечения к нему необходимо выполнить следующие предварительные требования:
- Инфраструктура обновлений программного обеспечения
- Успешно синхронизированные обновления программного обеспечения
- Скачанные обновления программного обеспечения в библиотеку содержимого на сервере сайта
Применение применимых обновлений программного обеспечения к образу по указанному расписанию. Этот процесс иногда называется автономным обслуживанием. По этому расписанию Configuration Manager применяет выбранные обновления программного обеспечения к образу. Затем он также может распространить обновленный образ в точки распространения.
Хотя вы можете выбрать любое обновление программного обеспечения, применимое к образу, в зависимости от версии, DISM может применять к образу только определенные типы обновлений. В файле OfflineServicingMgr.log отображается следующая запись: Not applying this update binary, it is not supported .
В базе данных сайта хранятся сведения об образе, включая обновления программного обеспечения, которые были применены во время импорта. Обновления программного обеспечения, применяемые к образу с момента его первоначального добавления, также хранятся в базе данных сайта. При запуске мастера применения обновлений программного обеспечения он получает список применимых обновлений программного обеспечения, которые сайт еще не применил к образу. Configuration Manager копирует обновления программного обеспечения, выбранное из библиотеки содержимого на сервере сайта. Затем он применяет обновления программного обеспечения к образу.
Процесс обслуживания
- В консоли Configuration Manager перейдите в рабочую область Библиотека программного обеспечения, разверните узел Операционные системы, а затем выберите Образы операционных систем или Пакеты обновления операционной системы.
- Выберите объект, к которому будут применены обновления программного обеспечения.
- На ленте выберите Запланировать Обновления, чтобы запустить мастер.
- На странице Выбор Обновления выберите обновления программного обеспечения, которые будут применены к образу. Для отображения списка обновлений в мастере может потребоваться некоторое время. Используйте фильтр для поиска строк в метаданных. Используйте раскрывающийся список Системная архитектура для фильтрации по X86, X64 или All. В списке можно выбрать одно, несколько или все обновления. Завершив выбор обновлений, нажмите кнопку Далее.
- На странице Задание расписания укажите следующие параметры и нажмите кнопку Далее.
- Расписание. Укажите расписание, когда сайт применяет обновления программного обеспечения к образу.
- Продолжить при ошибке. Выберите этот параметр, чтобы продолжать применять обновления программного обеспечения к образу, даже если есть ошибка.
- Обновление точек распространения с помощью образа. Выберите этот параметр, чтобы обновить образ в точках распространения после того, как сайт применит обновления программного обеспечения.
Чтобы свести к минимуму размер полезных данных, при обслуживании пакетов обновления ОС и образов ОС удаляется более старая версия.
Операции обслуживания
В консоли Configuration Manager в узле Образы ОС или Пакеты обновления ОС добавьте в представление следующие столбцы:
- Запланированная дата Обновления: это свойство показывает следующее расписание, которое вы определили.
- Состояние запланированного Обновления: это свойство показывает состояние. Например, Успешно или В процессе.
Выберите определенный объект изображения, а затем перейдите на вкладку Состояние обновления в области сведений. На этой вкладке показан список обновлений на изображении.
Выберите определенный объект изображения и выберите Свойства на ленте. На вкладке Установленный Обновления отображается список обновлений образа. Вкладка Обслуживание — это доступное только для чтения представление текущего расписания обслуживания и запланированных обновлений.
Если состояние — В процессе, на ленте можно выбрать Отмена запланированного Обновления. Это действие отменяет активный процесс обслуживания.
Чтобы устранить неполадки этого процесса, просмотрите файлы OfflineServicingMgr.log и dism.log на сервере сайта. Дополнительные сведения см. в разделе Файлы журнала.
Указание диска для автономного обслуживания образов ОС
Можно указать диск, который Configuration Manager использует во время автономного обслуживания образов ОС. Этот процесс может потреблять большой объем дискового пространства с временными файлами. Этот параметр обеспечивает гибкость при выборе используемого диска.
- В консоли Configuration Manager перейдите в рабочую область Администрирование, разверните узел Конфигурация сайта и выберите узел Сайты. На ленте выберите Настроить компоненты сайта , а затем — Развертывание операционной системы.
- На вкладке Автономное обслуживание укажите параметр Локальный диск, который будет использоваться при автономном обслуживании образов.
По умолчанию этот параметр имеет значение Автоматически. При этом значении Configuration Manager выбирает диск, на котором он установлен.
Если выбрать диск, который не существует на сервере сайта, Configuration Manager будет работать так же, как при нажатии кнопки Автоматически.
Во время автономного обслуживания Configuration Manager хранит временные файлы в папке :\ConfigMgr_OfflineImageServicing . Он также подключает образ ОС в этой папке.
Оптимизированное обслуживание образов
При применении обновлений программного обеспечения к образу ОС можно оптимизировать выходные данные, удалив все заменяемые обновления. Оптимизация автономного обслуживания применяется только к образам с одним индексом.
При планировании сайта для применения обновлений программного обеспечения к образу ОС используется средство командной строки для обслуживания образов развертывания Windows (DISM). В процессе обслуживания это изменение вводит следующие два дополнительных шага:
- Он запускает DISM для подключенного автономного образа с параметрами /Cleanup-Image /StartComponentCleanup /ResetBase . Если эта команда завершается ошибкой, текущий процесс обслуживания завершается сбоем. Он не фиксирует никаких изменений в образе.
- После того как Configuration Manager фиксирует изменения в образе и отключает его из файловой системы, он экспортирует образ в другой файл. На этом шаге используется параметр /Export-Image DISM . Он удаляет ненужные файлы из образа, что уменьшает размер.
Корпорация Майкрософт рекомендует регулярно применять обновления к автономным образам. Вам не нужно использовать этот параметр каждый раз, когда вы обслуживаете образ. При выполнении этого процесса каждый месяц этот вариант обеспечивает наибольшее преимущество, используя его с течением времени. Дополнительные сведения см. в разделе Рекомендации по установке программного обеспечения Обновления шаге.
Хотя этот параметр помогает уменьшить общий размер обслуживаемого образа, на завершение процесса требуется больше времени. Используйте мастер для планирования обслуживания в удобное время. Для этого также требуется дополнительное хранилище на сервере сайта. Вы можете настроить сайт для использования альтернативного расположения. Дополнительные сведения см . в разделе Указание диска для автономного обслуживания образов ОС.
Процесс оптимизации обслуживания образов
- Запустите процесс обслуживания.
- На странице Задать расписание выберите параметр Удалить заменяемые обновления после обновления образа. Этот параметр не включен автоматически. Если изображение содержит несколько индексов, использовать этот параметр нельзя.
- Чтобы запланировать обслуживание образов, завершите работу мастера.
Проверьте и отслеживайте процесс с помощью offlineServicing.log.
Подготовка образа ОС для развертываний с многоадресной рассылкой
Используйте многоадресные развертывания, чтобы несколько компьютеров могли одновременно скачивать образ ОС. Образ является многоадресной для клиентов точкой распространения, а не каждый клиент загружает копию образа из точки распространения через отдельное подключение. При выборе метода развертывания ОС использовать многоадресную рассылку для развертывания Windows по сети настройте образ ОС для поддержки многоадресной рассылки. Затем распределите образ в точку распространения с поддержкой многоадресной рассылки.
- В консоли Configuration Manager перейдите в рабочую область Библиотека программного обеспечения, разверните узел Операционные системы, а затем выберите узел Образы операционных систем.
- Выберите образ ОС, который нужно распространить на точку распространения с поддержкой многоадресной рассылки.
- На вкладке Главная ленты в группе Свойства выберите Свойства.
- Перейдите на вкладку Параметры распространения и настройте следующие параметры:
- Разрешить передачу этого пакета с помощью многоадресной рассылки (только WinPE). Выберите этот параметр, чтобы Configuration Manager одновременно развертывать образы ОС с помощью многоадресной рассылки.
- Шифрование пакетов многоадресной рассылки. Укажите, шифрует ли сайт образ перед отправкой в точку распространения. Если изображение содержит конфиденциальную информацию, используйте этот параметр. Если изображение не зашифровано, его содержимое отображается в сети в виде ясного текста. Затем несанкционированный пользователь может перехватить и просмотреть содержимое изображения.
- Передача этого пакета только через многоадресную рассылку. Укажите, должна ли точка распространения развертывать образ только во время сеанса многоадресной рассылки. При выборе пункта Перенос этого пакета только через многоадресную рассылку необходимо также указать параметр развертывания последовательности задач, чтобы загрузить содержимое локально, если это необходимо для выполняемой последовательности задач. Дополнительные сведения см. в разделе Развертывание последовательности задач.
- Нажмите кнопку ОК , чтобы сохранить параметры и закрыть свойства изображения.
Обратная связь
Были ли сведения на этой странице полезными?
Системное программное обеспечение
Системное программное обеспечение Системное программное обеспечение: понятие, функции и классификация Программное обеспечение – это совокупность программ, программной документации и средств программирования. Показать больше
Системное программное обеспечение Системное программное обеспечение: понятие, функции и классификация Программное обеспечение – это совокупность программ, программной документации и средств программирования. Программная документация – совокупность документов, обеспечивающих пользователя всей необходимой информацией о назначении, правилах и условиях применения программ. Средства программирования – совокупность языков программирования и программных средств, используемых для создания программ. В настоящее время в программном обеспечении персональных компьютеров принято выделять следующие группы программ: системное, инструментальное и прикладное программное обеспечение. Прикладное программное обеспечение обеспечивает решение задач в различных областях применения компьютерных систем обработки данных (текстовые, графические редакторы, электронные таблицы, базы данных и т.д.). Инструментальное программное обеспечение служит для разработки всевозможных пакетов программ, применяемых в са Спрятать
- Похожие публикации
- Поделиться
- Код вставки
- Добавить в избранное
- Комментарии
Компьютер с нуля
26 августа, 2012 | Автор: admin
Системное ПО Операционная система
Особое место среди программных средств всех типов занимают операционные системы, являясь ядром программного обеспечения.
Операционная система (ОС) – это комплекс программ, обеспечивающих:
- управление ресурсами, т.е. согласованную работу всех аппаратных средств компьютера;
- управление процессами, т.е. выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными;
- пользовательский интерфейс, т.е. диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд – операций по обработке информации.
ОС – операционная среда, среда обитания (для программ), имеет свои законы.
ОС – это набор программ, обеспечивающий возможность использования аппаратуры ПК, а также, обеспечивает совместное функционирование всех устройств ПК и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.
ОС является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения ПК
Операционная система – наиболее машиннозависимый вид программного обеспечения, ориентированный на конкретные модели компьютеров, поскольку они напрямую управляют их устройствами или обеспечивают интерфейс между пользователем и аппаратной частью компьютера.
ОС –набор программных инструментов, которые дают возможность пользователю использовать возможности компьютера.
ОС – основной программный инструмент, «вдыхающий жизнь»в компьютер. Без нее компьютер просто не будет работать. ОС контролирует операции обмена с дисками, организует вывод информации на экран, «понимает» клавиатуру и т.п.
Задачи, реализуемые ОС
1. Поддержка работы всех программ и организация их взаимодействия с устройствами ПК:
обеспечение эффективного выполнения операций ввода и вывода информации (связь с УВВ);
распределение памяти и организация хранения данных;
обеспечение взаимодействие программ и данных, а также взаимодействие программ друг с другом;
выявление различных событий, возникающих в процессе работы, и соответствующая реакция на них.
2. Предоставление пользователю возможности общего управления ПК:
определение интерфейса пользователя, т.е. создание удобной и комфортной среды общения человека с ПК;обеспечение разделения аппаратных ресурсов между пользователями и задачами, планирование доступа пользователей к общим данным и предоставление возможности работы с ними в режиме коллективного пользования (работа в сетях).
Современные ОС обеспечивают:
- дружественность, простоту и естественность интерфейса;
- шифровку данных для защиты от несанкционированного доступа;
- автоматическое распределение мощностей по обработке данных;
- поддержку компьютерных сетей и средств оперативной обработки данных в режиме реального времени;
- возможность использования отдельных ПК в качестве «интеллектуальных» терминалов мощных компьютерных сетей;
- поддержку работы СУБД и других мощных прикладных программ;
- возможность моделирования виртуальных машин, (когда пользователь работает как бы не с самой машиной, а с ее моделью. Для этого используются эмуляторы).
Состав ОС
В настоящее время используется много типов различных операционных систем для ЭВМ различных видов, однако в их структуре существуют общие принципы. В составе многих операционных систем можно выделить некоторую часть, которая является основой всей системы и называется ядром. В состав ядра входят наиболее часто используемые модули, такие как модуль управления системой прерываний, средства по распределению таких основных ресурсов, как ОП и процессор. Программы, входящие в состав ядра, при загрузке ОС помещаются в оперативную память, где они постоянно находятся и используются при функционировании ЭВМ. Такие программы называют резидентными.
Ядро (резидентная часть ОС) – постоянно занимает раздел оперативной памяти. В ОП оно загружается с системного диска при включении компьютера. Эта процедура называется первоначальной загрузкой.
Ядро ОС обеспечивает базовые функции для окружающего программного обеспечения и допускает расширение обслуживающей части ОС.
Окружением ядра ОС являются утилиты, редакторы, компиляторы и другие программные средства, составляющие обслуживающую часть ОС.
Важной частью ОС является командный процессор – программа, отвечающая за интерпретацию и исполнение простейших команд, подаваемых пользователем, и его взаимодействие с ядром ОС.
Командный процессор – специальная программа, запрашивающая и выполняющая команды пользователя.
Выполняемые функции:
- обеспечивает ввод команды и проводит ее анализ на правильность;
- обеспечивает выполнение команды, если она была введена правильно, либо дает сообщение о возникшей конфликтной ситуации.
Кроме того, к операционной системе следует относить богатый набор утилит – обычно небольших программ, выполняющих различные обслуживающие функции.
Упрощенно структуру ОС можно представить в виде схемы
Файловая система BDOS – базовая дисковая операционная система, которая управляется с помощью специальных программных модулей. Основные функции: работа с файлами, распределение памяти, поддержка выполнения программ, загрузка в память данных, контроль за выполнением программ и т.п.
Драйверная система BIOS – базовая система ввода – вывода. Представляет собой набор специальных программ, называемых драйверами.
Как известно, ПК может иметь большой набор разнообразных внешних устройств. Каждое внешнее устройство характеризуется своей собственной пропускной способностью и структурой передаваемых/принимаемых данных. Именно по этому каждое внешнее устройство имеет свой собственный драйвер.
Драйверы устройств – специальные программы, обеспечивающие управление работой устройств и согласование информационного обмена. Также позволяющие производить настройку параметров устройств
Драйвер – управляющая программа, обслуживающая аппаратный модуль.
Драйверы наиболее часто используемых устройств (дисплея, клавиатуры, дисководов, а иногда и принтера) составляют главную часть BIOS.
Если BDOS является практически не изменой частью ОС для всех ПК, которые с ней работают, то BIOS может существенно варьироваться даже на одном и том же ПК в зависимости от типа переключаемой периферии.
Итак, структура операционной системы состоит:
Ядро – переводит команды с языка программ на язык «машинных кодов», понятный компьютеру (командный интерпритатор).
Драйверы – программы, управляющие устройствами.
Интерфейс – оболочка, с помощью которой пользователь общается с компьютером.Загрузка ОС
Загрузочные файлы ОС хранятся во внешней памяти. (гибкие, жесткие, оптические диски). Однако, любые программы, как и сама ОС могут быть выполнены только в оперативной памяти. Поэтому их нужно туда загрузить.
Этапы загрузки ОС
-
При включении ПК первой активизируется микросхема с BIOS(BasicInput/Output System) базовая система ввода вывода. BIOS запускает программу POST, которая тестирует аппаратные средства ПК. Для установки даты и времени, а также для настройки работы железа, с помощью клавиши Del можно загрузить утилиту Setup .
После тестирования BIOS начинает поиск загрузчика ОС (Master Boot Record), обращаясь поочередно к FDD, HDD, CD-ROM.
Найдя на системном диске программу — загрузчик она загружается в оперативную память и ей передается управление работой ПК.
Программа ищет файлы ОС на системном диске и загружает их в оперативную память в качестве программных модулей.
После окончания загрузки ОС передает управление командному процессору.Принципы функционирования операционных систем
Понятие процесса играет ключевую роль и вводится применительно к каждой программе отдельного пользователя. Управление процессами (как целым, так и каждым в отдельности) – важнейшая функция ОС. При исполнении программ на центральном процессоре следует различать следующие характерные состояния:
- порождение – подготовку условий для исполнения процессором;
- активное состояние (или «Счет») – непосредственное исполнение процессором;
- ожидание – по причине занятости какого-либо требуемого ресурса;
- готовность – программа не исполняется, но все необходимые для исполнения программы ресурсы, кроме центрального процессора, предоставлены;
- окончание – нормальное или аварийное завершения исполнения программы, после которого процессор и другие ресурсы ей не предоставляются.
Граф состояний переходов процесса из одной фазы в другую
Физические ресурсы – реальные устройства компьютера.
Средствами современных операционных систем могут создаваться и использоваться виртуальные (воображаемые) ресурсы, являющиеся моделями физических.
По значимости виртуальные ресурсы – одна из важнейших концепций построения современных ОС.
Виртуальный ресурс представляет собой модель некоего физического ресурса, создаваемую с помощью другого физического ресурса. Например, характерным представителем виртуального ресурса является оперативная память. Компьютеры, как правило, располагают ограниченной по объему ОП (физической). Функционально ее объем может быть увеличен путем частичной записи содержимого ОП на магнитный диск. Если этот процесс организован так, что пользователь воспринимает всю расширенную память как оперативную, то такая «оперативная» память называется виртуальной.
Виртуальная память – часть памяти, превышающая физический объем оперативной памяти, установленной в компьютере, и которую ОС эмулирует, используя пространство на жестком диске (файл подкачки). Программы, выполняющиеся под управлением Windows, воспринимают виртуальную память как оперативную.
Файл подкачки – постоянный или временный файл на жестком диске, который используется ОС для эмуляции оперативной памяти.
Наиболее законченным проявлением концепции виртуальности является понятие виртуальной машины, являющееся исходной при программировании на языках высокого уровня, например, Паскале. Виртуальная машина есть идеализированная модель реальной машины, изолирующая пользователя от аппаратных особенностей конкретной ЭВМ, воспроизводящая архитектуру реальной машины, но обладающую улучшенными характеристиками:
- бесконечной по объему памятью с произвольно выбираемыми способами доступа к ее данным;
- одним (или несколькими) процессами, описываемыми на удобном для пользователя языке программирования;
- произвольным числом внешних устройств произвольной емкости и доступа.
Концепция прерываний выполнения программ является базовой при построении любой операционной системы.
Из всего многообразия причин прерываний необходимо выделить 2 вида: первого и второго рода. Системные причины прерываний первого рода возникают в том случае, когда у процесса, находящегося в активном состоянии, возникает потребность либо получить некоторый ресурс или отказаться от него, либо выполнить над ресурсом какие-либо действия. К этой группе относят и, так называемые, внутренние прерывания, связанные с работой процессора (например, арифметическое переполнение или исчезновение порядка в операциях с плавающей запятой). Системные причины прерывания второго рода обусловлены необходимостью проведения синхронизации между параллельными процессами.
При обработке каждого прерывания должна выполняться следующая последовательность действий:
- восприятие запроса на прерывание;
- запоминание состояния прерванного процесса, определяемое значением счетчика команд и других регистров процессора;
- передача управления прерывающей программе, для чего в счетчик команд заносится адрес, соответствующий данному типу прерывания;
- обработка прерывания;
- восстановление прерванного процесса.
В большинстве ЭВМ первые три этапа реализуются аппаратными средствами, а остальные – блоком программ обработки прерываний операционной системы.
Классификация ОС
1. По количеству одновременно работающих пользователей:
(предназначены для обслуживания одного клиента)
(рассчитаны на группу пользователей одновременно).Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.
2. По числу задач, одновременно выполняемых под управлением ОС:
В многозадачном режиме каждой задаче (программе, приложению) поочередно выделяется какая-то доля процессорного времени. Поскольку процесс переключения идет очень быстро, а выделяемые задачам доли процессорного времени достаточно малы, то для пользователя создается впечатление одновременного выполнения нескольких задач.
Можно одновременно запустить на счет математическую систему, включить принтер для печати текста, запустить проигрыватель музыкальных произведений, вести поиск вирусов и рисовать в графическом редакторе или раскладывать пасьянс.
При многозадачном режиме:
- в оперативной памяти находится несколько заданий пользователей;
- время работы процессора разделяется между программами, находящимися в оперативной памяти и готовыми к обслуживанию процессором;
- параллельно с работой процессора происходит обмен информацией с различными внешними устройствами.
Различают вытесняющую и невытесняющую многозадачность.
При работе ЭВМ важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Распределение процессорного времени между несколькими программами может осуществляться двумя способами.
Основным различием между вытесняющим и невытесняющим вариантами многозадачности является степень централизации механизма планирования вычислительных процессов. При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой процесс принимается операционной системой, а не самим активным процессом.
Многозадачные ОС подразделяются на три типа в соответствии с использованными при их разработке критериями эффективности:
- системы пакетной обработки;
- системы разделения времени;
- системы реального времени.
Системы пакетной обработки предназначаются для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью таких систем является решение максимального числа задач в единицу времени. Для достижения этой цели используется следующая схема функционирования.
В начале работы формируется пакет заданий (мультипрограммная смесь). В нем желательно одновременное присутствие вычислительных задач и задач с интенсивным вводом-выводом информации. Выбор нового задания из пакета зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, т.е. выбирается «выгодное» для ОС задание. Следовательно, в таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени.
Взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена ОС пакетной обработки, сводится к тому, что пользователь приносит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня получает результат. Очевидно, что такой порядок снижает эффективность работы пользователя.
ОС разделения времени позволяют исправить основной недостаток систем пакетной обработки – изоляцию пользователя от процесса выполнения его задач. Каждому пользователю предоставляется терминал, с которого он может управлять вычислительным процессом. Т.к. каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно малым, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же ЭВМ, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину.
ОС разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, т.к. на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая «выгодна» ОС, и, кроме того, имеются накладные расходы на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность ЭВМ (скорость обработки информации), а удобство и эффективность работы отдельного пользователя.
Наиболее совершенны и сложны многопользовательские многозадачные операционные системы, которые предусматривают одновременное выполнение многих заданий многих пользователей, обеспечивают разделение ресурсов компьютера в соответствии с приоритетами пользователей и защиту данных каждого пользователя от несанкционированного доступа. В этом случае операционная система работает в режиме разделения времени, т.е. обслуживает многих пользователей, работающих каждый со своего терминала.
Суть режима разделения времени состоит в следующем. Каждой программе, находящейся в оперативной памяти и готовой к исполнению, выделяется для исполнения фиксированный, задаваемый в соответствии с приоритетом пользователя интервал времени (интервал мультиплексирования). Если программа не выполнена до конца за этот интервал, ее исполнение принудительно прерывается, и программа переводится в конец очереди. Из начала очереди извлекается следующая программа, которая исполняется в течение соответствующего интервала мультиплексирования, затем поступает в конец очереди и т.д. в соответствии с циклическим алгоритмом. Если интервал мультиплексирования достаточно мал (~200 мс), а средняя длина очереди готовых к исполнению программ невелика (~10), то очередной квант времени выделяется программе каждые 2 с. В этих условиях ни один из пользователей практически не ощущает задержек, т.к. они сравнимы со временем реакции человека.
Приоритет (priority) – относительная важность или срочность.
Приоритет – это обладание преимуществом, т.е. требование повышенного внимания, которое может быть определено количественной величиной, учитываемой при определении порядка удовлетворения нескольких требований на доступ к одному ресурсу.
Назначать приоритеты – устанавливать порядок действий в соответствии со срочностью или важностью работы. В мультипрограммном режиме программам назначаются приоритеты так, что срочные работы не задерживаются вспомогательными задачами. Программные прерывания должны отрабатываться аналогично мультипрограммному режиму.
Одной из разновидностей режима разделения времени является фоновый режим, когда программа с более низким приоритетом работает на фоне программы с более высоким приоритетом. Работа в фоновом режиме реального времени аналогична работе секретаря руководителя. Секретарь занимается текущими делами до тех пор, пока начальник не дал срочное поручение.
Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами (конвейер, станок, робот, космический аппарат, научная экспериментальная установка, гальваническая линия, доменная печь, автомат для контроля качества выпускаемой продукции). Существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом. Система должна иметь гарантированное время реакции, т.е. задержка ответа не должна превышать определенного времени. В противном случае может произойти авария (спутник выйдет из зоны видимости; экспериментальные данные, поступающие с датчиков, будут потеряны; толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме; бракованные изделия попадут в приемник годной продукции).
Т.о., критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия).
ЭВМ управляет некоторым внешним процессом, обрабатывая данные и информацию, непосредственно поступающую от объекта управления. Поскольку определяющим фактором являются реально поступающие от объекта управления данные, такой режим называют режимом реального времени, а его организация возлагается на специализированную операционную систему.
3. По количеству используемых процессоров:
4. По разрядности процессора:
Разрядность ОС – определяется количеством бит, используемых для адресации (в оперативной памяти, на дисках) , (разрядностью процессора вашего ПК).
У ОС Windows — 32-бит и 64-бит, дистрибутивы делятся на x32 и x64 соответственно, x86 — обозначение 32-х битной версии.
Посмотреть разрядность в системе:
ярлык”Мой компьютер“ →ПКМ → Свойства → Тип системы5. По типу пользовательского интерфейса:
- командные (текстовые);
- объектно-ориентированные (графические).
6.По типу использования общих аппаратных и программных ресурсов:
Сетевые ОС предназначены для эффективного решения задач распределенной обработки данных. Такая обработка ведется не на отдельном компьютере, а на нескольких компьютерах, объединенных сетью. Сетевые ОС поддерживают распределенное выполнение процессов, их взаимодействие, обмен данными между ЭВМ, доступ пользователей к общим ресурсам и другие функции, которые превращают распределенную в пространстве систему в целостную многопользовательскую систему.
Все сетевые ОС делятся на две группы: одноранговые ОС и ОС с выделенными серверами.
В одноранговых сетях каждая ЭВМ может выполнять как функции сервера, так и рабочей станции. В сетях с выделенными серверами функции расписаны более жестко: рабочие станции не предоставляют свои ресурсы для других ЭВМ, это возможно только для серверов.
Характеристики, определяющие выбор ОС:
- распространенность;
- наличие большого количества прикладных программных средств, работающих под ее управлением;
- простота освоения и взаимодействия с ней пользователей;
- легкость перехода с одной версии ОС на другую, более совершенную.
Примеры ОС
- MS-DOS — предназначена для работы с 16- и 32-разрядными процессорами типа 80286, 80386, 80486 (Intel), 5×86 (AMD)- «дисковаяОС» (ДОС или DOS), термин сложился исторически и говорит только о том, что вся операционная система или ее основная часть расположены на внешнем носителе (винчестере, дискете или компакт-диске), откуда и должна происходить ее загрузка в оперативную память компьютера ;
- Windows 95/98/XP, Windows Vista, Windows 7, WindowsNT/2000,OS/2Warp 4.0 — ориентированы на работу с 32- и 64-разрядными процессорами типа Pentium;
- UNIX — применяется для работы с 32- и 64-разрядными процессорами типа: Pentium (Intel), Alpha AXP (DEC), P6 и PowerPC (IBM и Motorola), R4300i (MIPS);
- System (MacOS) — предназначена для компьютеров Macintosh фирмы Apple;
- Linux – клон Unix для работы на PC.
Linux – свободно распространяемая версия ОС Unix для платформ х86, Motorola 68k, Digital Alpha, Sparc, Mips и Motorola PowerPC. В Linux не используется никаких частей программного обеспечения, принадлежащих каким-либо коммерческим организациям. По этой причине она получила достаточно широкое распространение.
Первая версия ОС Linux была разработана в 1991 г. Т. Линусом (Финляндия), а затем в ее разработке участвовало большое количество людей из разных частей мира. Последние версии являются продуктами коллективного творчества большого числа программистов.
Состояния процесса
При использовании такой абстракции все, что выполняется в вычислительных системах (не только программы пользователей, но и, возможно, определенные части операционных систем), организовано как набор процессов. Понятно, что реально на однопроцессорной компьютерной системе в каждый момент времени может исполняться только один процесс. Для мультипрограммных вычислительных систем псевдопараллельная обработка нескольких процессов достигается с помощью переключения процессора с одного процесса на другой. Пока один процесс выполняется, остальные ждут своей очереди. Как видим, процесс может находиться как минимум в двух состояниях: процесс исполняется и процесс не исполняется. для появления в вычислительной системе процесс должен пройти через состояние рождение. При рождении процесс получает в свое распоряжение адресное пространство, в которое загружается программный код процесса ; ему выделяются стек и системные ресурсы; устанавливается начальное значение программного счетчика этого процесса и т. д. Родившийся процесс переводится в состояние готовность. При завершении своей деятельности процесс из состояния исполнение попадает в состояние закончил исполнение. Инициатором рождения нового процесса после старта операционной системы может выступить либо процесс пользователя, совершивший специальный системный вызов, либо сама операционная система, то есть, в конечном итоге, тоже некоторый процесс. В конкретных операционных системах состояния процесса могут быть еще более детализированы, могут появиться некоторые новые варианты переходов из одного состояния в другое. Так, например, модель состояний процессов для операционных систем семейства Windows NT содержит 7 различных состояний, а для операционной системы Unix – 9.
Process Control Block и контекст процесса
Для того чтобы операционная система могла выполнять операции над процессами, каждый процесс представляется в ней некоторой структурой данных. Эта структура содержит информацию, специфическую для данного процесса:
- состояние, в котором находится процесс ;
- программный счетчик процесса или, другими словами, адрес команды, которая должна быть выполнена для него следующей;
- содержимое регистров процессора;
- данные, необходимые для планирования использования процессора и управления памятью (приоритет процесса, размер и расположение адресного пространства и т. д.);
- учетные данные (идентификационный номер процесса, какой пользователь инициировал его работу, общее время использования процессора данным процессом и т. д.);
- сведения об устройствах ввода-вывода, связанных с процессом (например, какие устройства закреплены за процессом, таблицу открытых файлов).
Ее состав и строение зависят, конечно, от конкретной операционной системы. Во многих операционных системах информация, характеризующая процесс, хранится не в одной, а в нескольких связанных структурах данных. Эти структуры могут иметь различные наименования, содержать дополнительную информацию или, наоборот, лишь часть описанной информации. Для нас это не имеет значения. Для нас важно лишь то, что для любого процесса, находящегося в вычислительной системе, вся информация, необходимая для совершения операций над ним, доступна операционной системе. Для простоты изложения будем считать, что она хранится в одной структуре данных. Мы будем называть ее PCB (Process Control Block) или блоком управления процессом. Блок управления процессом является моделью процесса для операционной системы. Любая операция, производимая операционной системой над процессом, вызывает определенные изменения в PCB . В рамках принятой модели состояний процессов содержимое PCB между операциями остается постоянным. Информацию, для хранения которой предназначен блок управления процессом, удобно для дальнейшего изложения разделить на две части. Содержимое всех регистров процессора (включая значение программного счетчика) будем называть регистровым контекстом процесса, а все остальное – системным контекстом процесса. Знания регистрового и системного контекстов процесса достаточно для того, чтобы управлять его работой в операционной системе, совершая над ним операции. Однако этого недостаточно для того, чтобы полностью охарактеризовать процесс. Операционную систему не интересует, какими именно вычислениями занимается процесс, т. е. какой код и какие данные находятся в его адресном пространстве. С точки зрения пользователя, наоборот, наибольший интерес представляет содержимое адресного пространства процесса, возможно, наряду с регистровым контекстом определяющее последовательность преобразования данных и полученные результаты. Код и данные, находящиеся в адресном пространстве процесса, будем называть его пользовательским контекстом. Совокупность регистрового, системного и пользовательского контекстов процесса для краткости принято называть просто контекстом процесса. В любой момент времени процесс полностью характеризуется своим контекстом. Процесс, инициировавший создание нового процесса, принято называть процессом-родителем (parent process), а вновь созданный процесс – процессом-ребенком (child process). В системе UNIX, если процесс-ребенок завершится, но процесс-родитель еще не считал код завершения, то такой процесс занимает идентификатор процесса (PID) и называется процессом-зомби. Приведем пример переключения контекста: при исполнении процессором некоторого процесса возникает прерывание от устройства ввода-вывода, сигнализирующее, допустим, об окончании операций на устройстве. Над выполняющимся процессом производится операция приостановки. Далее операционная система разблокирует процесс, инициировавший запрос на ввод-вывод (он был заблокирован до завершения операции) и осуществляет запуск приостановленного или третьего процесса, выбранного при выполнении планирования (на рисунке был выбран разблокированный процесс ). Как мы видим, в результате обработки информации об окончании операции ввода-вывода возможна смена процесса, находящегося в состоянии исполнение.
Для корректного переключения процессора с одного процесса на другой необходимо сохранить контекст исполнявшегося процесса и восстановить контекст процесса, на который будет переключен процессор. Такая процедура сохранения/восстановления работоспособности процессов называется переключением контекста. Время, затраченное на переключение контекста, не используется вычислительной системой для совершения полезной работы и представляет собой накладные расходы, снижающие производительность системы (примерно от 1 до 1000 микросекунд). Как происходит планирование процессов: Во всех многозадачных ОС существует компонента- называется Планировщик – он выбирает один из нескольких процессов, загруженных в память и готовых к выполнению, и выделяет процессор для одного из них. Существует несколько уровней планирования Долгосрочное — Решение добавлении задания (процесса) в пул выполняемых в системе (при каждом запуске задания) Среднесрочное — Решение о добавлении процесса к числу процессов, полностью или частично размещенных в основной памяти Краткосрочное — Решение о том, какой из доступных процессов (потоков) будет выполняться процессором. ( при прерываниях, каждый небольшой промежуток времени). Должно происходить очень быстро. Планирование ввода-вывода — Решение о том, какой из запросов процессов (потоков) на операцию ввода-вывода будет выполняться свободным устройством ввода-вывода. Цель планирования(диспетчеризации) – максимальная загрузка процессора, достигаемая с помощью многозадачности. Все параметры планирования можно разбить на две большие группы: статические параметры и динамические параметры. Статические параметры не изменяются в ходе функционирования вычислительной системы, динамические же, напротив, подвержены постоянным изменениям. К статическим параметрам вычислительной системы можно отнести предельные значения ее ресурсов (размер оперативной памяти, максимальное количество памяти на диске для осуществления свопинга, количество подключенных устройств ввода-вывода и т. п.). Динамические параметры системы описывают количество свободных ресурсов на данный момент. К статическим параметрам процессов относятся характеристики, как правило присущие заданиям уже на этапе загрузки. - Каким пользователем запущен процесс или сформировано задание.
- Насколько важной является поставленная задача, т. е. каков приоритет ее выполнения.
- Сколько процессорного времени запрошено пользователем для решения задачи.
- Каково соотношение процессорного времени и времени, необходимого для осуществления операций ввода-вывода.
- Какие ресурсы вычислительной системы (оперативная память, устройства ввода-вывода, специальные библиотеки и системные программы и т. д.) и в каком количестве необходимы заданию.
Алгоритмы долгосрочного планирования используют в своей работе статические и динамические параметры вычислительной системы и статические параметры процессов (динамические параметры процессов на этапе загрузки заданий еще не известны). Алгоритмы краткосрочного и среднесрочного планирования дополнительно учитывают и динамические характеристики процессов. Для среднесрочного планирования в качестве таких характеристик может использоваться следующая информация Исполнение любого процесса можно рассматривать как цикл CPU / I-O – чередование периодов использования процессора и ожидания ввода-вывода.
Производительность системы, таким образом, может быть ограничена либо процессором, либо вводом-выводом. Невытесняющее планирование используется, например, в MS Windows 3.1 и ОС Apple Macintosh. При таком режиме планирования процесс занимает столько процессорного времени, сколько ему необходимо. При этом переключение процессов возникает только при желании самого исполняющегося процесса передать управление (для ожидания завершения операции ввода-вывода или по окончании работы). Этот метод планирования относительно просто реализуем и достаточно эффективен, так как позволяет выделить большую часть процессорного времени для работы самих процессов и до минимума сократить затраты на переключение контекста. Однако при невытесняющем планировании возникает проблема возможности полного захвата процессора одним процессом, который вследствие каких-либо причин (например, из-за ошибки в программе) зацикливается и не может передать управление другому процессу. В такой ситуации спасает только перезагрузка всей вычислительной системы. Вытесняющее планирование обычно используется в системах разделения времени. В этом режиме планирования процесс может быть приостановлен в любой момент исполнения. Операционная система устанавливает специальный таймер для генерации сигнала прерывания по истечении некоторого интервала времени – кванта. После прерывания процессор передается в распоряжение следующего процесса. Временные прерывания помогают гарантировать приемлемое время отклика процессов для пользователей, работающих в диалоговом режиме, и предотвращают «зависание» компьютерной системы из-за зацикливания какой-либо программы. Множество Алгоритмов планирования: Стратегия First-Come-First-Served (обслуживание в порядке поступления) – Простейший алгоритм планирования. Представим себе, что процессы, находящиеся в состоянии готовность, выстроены в очередь. Когда процесс переходит в состояние готовность, он помещается в конец этой очереди. Очередь подобного типа имеет в программировании специальное наименование – FIFO 1) , сокращение от First In, First Out (первым вошел, первым вышел). Такой алгоритм выбора процесса осуществляет невытесняющее планирование. Round Robin (RR) Модификацией алгоритма FCFS является алгоритм, получивший название Round Robin или сокращенно RR. По сути дела, это тот же самый алгоритм, только реализованный в режиме вытесняющего планирования. Можно представить себе все множество готовых процессов организованным циклически – процессы сидят на карусели. Карусель вращается так, что каждый процесс находится около процессора небольшой фиксированный квант времени, обычно 10 – 100 миллисекунд (см. рис. 3.4.). Пока процесс находится рядом с процессором, он получает процессор в свое распоряжение и может исполняться. 
При очень больших величинах кванта времени, когда каждый процесс успевает завершить свой CPU burst до возникновения прерывания по времени, алгоритм RR вырождается в алгоритм FCFS. Стратегия Shortest Job First (SJF, обслуживание самого короткого задания первым) – стратегия диспетчеризации процессора, при которой процессор предоставляется в первую очередь наиболее короткому процессу из имеющихся в системе. SJF-алгоритм краткосрочного планирования может быть как вытесняющим, так и невытесняющим. При невытесняющем SJF — планировании процессор предоставляется избранному процессу на все необходимое ему время, независимо от событий, происходящих в вычислительной системе. При вытесняющем SJF — планировании учитывается появление новых процессов в очереди готовых к исполнению (из числа вновь родившихся или разблокированных) во время работы выбранного процесса. Если CPU burst нового процесса меньше, чем остаток CPU burst у исполняющегося, то исполняющийся процесс вытесняется новым. При предсказании учитывается недавняя история вычислений.