1. Основні складові системного програмного забезпечення

1. Основні складові системного програмного забезпечення
За своїм призначенням та особливостями застосування системне програмне забезпечення (СПЗ) може бути розділене на такі групи: операційні системи, системи програмування, системи управління файлами, оболонки для взаємодії користувача з
ОС, утиліти.
Операційні Системи (ОС) – це, комплекс керуючих та обробляючих програм, який з одного боку виступає як інтерфейс між апаратурою комп‘ютера та користувачем з його задачами, а з другого боку – призначений для найбільш ефективного використання ресурсів комп‘ютера та організації надійних обчислень. Жодна з компонент програмного забезпечення, за виключенням ОС не має безпосереднього доступу до апаратури комп‘ютера. Довільні команди, перш ніж попасти у прикладу програму, спочатку проходять через ОС.
Системи Програмування (СП) включають в себе перш за все такі компоненти як транслятори з мов програмування, бібліотеки підпрограм, редактори, компоновщики та відлагоджувачі. Самостійних систем програмування не буває(тобто відірваних від конкретної ОС). Довільна система програмування може працювати тільки під відповідною ОС, під яку вона створена. Але система програмування може давати можливість розробляти програмне забезпечення і під інші ОС та апаратні платфоорми.
У такому випадку, коли програми, що створюється, повинні працювати на іншій апаратній базі, маємо крос – систему.
Система Управління Файлами (СУФ) призначена для організації зручнішого доступу до даних, що організовані як файли. Будь-яка СУФ не існує сама по собі – вона розробляється для роботи в конкретній ОС і з конкретною файловою системою. Тобто, для роботи з файлами, організованими відповідно до певної файлової системи, для кожної ОС повинна бути розроблена відповідна система управління файлами; і ця система управління файлами працюватиме тільки в тій ОС, для якої вона і створена.
Оболонки для взаємодії користувача з ОС створюються для зручності взаємодії з ОС.
Їх основне призначення – або розширити можливості з управління ОС, або змінити вбудовані в систему можливості. Операційне середовище визначається програмними
інтерфейсами, тобто API(включає управління процесами, пам‘яттю і уведення- виведенням). До цього класу системного програмного забезпечення слід віднести і емулятори, що дозволяють змоделювати в одній операційній системі яку-небудь іншу машину або операційну систему. Система емуляції WMWARE, яка дозволяє запустити в середовищі Linux будь-яку іншу ОС, наприклад, Windows. Можна, навпаки, створити емулятор, що працює в оточенні Windows, яке дозволить змоделювати комп‘ютер, що працює під управлінням будь-якої ОС, у тому числі і під Linux.
Утиліти – це спеціальні системні програми за допомогою яких можна як обслуговувати саму ОС, так і готувати для роботи носії даних, виконувати перекодування даних, оптимізацію розміщення даних на носії та виконувати деякі
інші роботи, пов‘язані із обслуговуванням обчислювальних систем.

3. Типова структура системного програмного забезпечення
Операційні Системи (ОС) – це, комплекс керуючих та обробляючих програм, який з одного боку виступає як інтерфейс між апаратурою комп‘ютера та користувачем з його задачами, а з другого боку – призначений для найбільш ефективного використання ресурсів комп‘ютера та організації надійних обчислень. Жодна з компонент програмного забезпечення, за виключенням ОС не має безпосереднього доступу до апаратури комп‘ютера. Довільні команди, перш ніж попасти у прикладу програму, спочатку проходять через ОС.
Системи Програмування (СП) включають в себе перш за все такі компоненти як транслятори з мов програмування, бібліотеки підпрограм, редактори, компоновщики та відлагоджувачі. Самостійних систем програмування не буває(тобто відірваних від конкретної ОС). Довільна система програмування може працювати тільки під відповідною ОС, під яку вона створена. Але система програмування може давати можливість розробляти програмне забезпечення і під інші ОС та апаратні платфоорми.
У такому випадку, коли програми, що створюється, повинні працювати на іншій апаратній базі, маємо крос – систему.
Утиліти – це спеціальні системні програми за допомогою яких можна як обслуговувати саму ОС, так і готувати для роботи носії даних, виконувати перекодування даних, оптимізацію розміщення даних на носії та виконувати деякі
інші роботи, пов‘язані із обслуговуванням обчислювальних систем.

4. Основні функції операційної системи
Основними функціями ОС є:
1. Сприймання від користувача (або від оператора системи) завдань або команд у вигляді директив (або команд) оператора, а також у вигляді вказівок від маніпуляторів та їх обробка.
2. Завантаження в оперативну пам’ять програм їх ініціація та ідентифікація.
3. Приймання від програм та виконання запитів на запуск, припинення, зупинку інших програм.
4. Забезпечення роботи систем управління файлами (СУФ) і/або системи управління базами даних (СУБД), що дозволяє різко збільшити ефективність всього програмного забезпечення;
5. Забезпечення режиму мультипрограмування, тобто виконання двох та більше програм на одному процесорі, створюючи видимість їх одночасного виконання.
6. Забезпечення функцій з організації та керування усіма операціями вводу/виводу.
7. Забезпечення виконання обмежень на час відповіді в режимі реального часу
(характерний для ОС відповідного типу).
8. Розподіл пам’яті (як основної, так і зовнішньої), та організація віртуальної пам‘яті.
9. Планування та диспетчеризація задач у відповідності із заданими стратегією та дисципліною обслуговування.
10. Організація механізмів обміну повідомленнями і даними між програмами, що виконуються.
11. Захист одної програми від впливу інших, забезпечення збереження даних.
12. Забезпечення роботи систем програмування, за допомогою яких користувачі готують свої програми.
Таким чином ОС виконує функції керування обчислювальними процесами в комп’ютерній системі, розділяє ресурси системи між різним обчислювальними процесами і створює програмне середовище в якому виконуються прикладні програми користувача.

5. Охарактеризуйте основні типи операційних систем
Для ОС є такі класифікації:
1. За призначенням:
1.1.ОС великих ЕОМ (мейнфреймів). Основною характеристикою є продуктивність введення-виведення. Оснащують значною кількістю периферійних пристроїв.
Використовують для надійної обробки значних обсягів даних.
1.2.Серверні ОС. Головна характеристика - здатність обслуговувати велику кількість запитів користувачів до спільно використовуваних ресурсів. Важливу роль для них відіграє мережна підтримка.
1.3.Персональні ОС. Особлива увага в персональних ОС приділяється підтримці графічного інтерфейсу користувача і технологій мультимедіа.
1.4.ОС реального часу. У такій системі кожна операція має бути гарантовано виконана в заданому часовому діапазоні. ОС реального часу можуть керувати польотом космічного корабля, технологічним процесом або демонстрацією відеороликів.
1.5.Вбудовані ОС. До них належать керуючі програми для різноманітних мікропроцесорних систем. До таких систем ставлять особливі вимоги: розміщення в малому обсязі пам‘яті, підтримка спеціалізованих засобів введення-виведення, можливість прошивання в постійному запам‘ятовувальному пристрої.
2. За режимом обробки задач:
2.1.Одно програмні. Така ОС забезпечує роботу одної задачі одного користувача.
2.2.Мульти (багато) програмні. ОС дозволяє одночасно виконувати декілька програм одного користувача. Основна мета мультипрограмування — підвищення продуктивності обчислювальної системи за рахунок розподілення її ресурсів між декількома завданнями. Будь- яка затримка у виконанні однієї програми (наприклад, для здійснення операцій уведення- виведення даних) використовується для виконання
інших (таких же, або менш важливих) програм.
2.3.Багатокористувацькі. Дозволяє одночасно обслуговувати багато задач багатьох користувачів, поділяється на мульти-процесорну та мульти-машинну (мережева ОС).
3. За способом взаємодії з системою:
3.1.Системи пакетної обробки. Вони обробляють потік завдань. Все керування з читання та виконання завданнями бере на себе ОС.
3.2.Діалоговий або інтерактивний доступ. ОС виконує директиви користувачів в темпі надходження та намагається дати відповідь на кожну команду користувача за найкоротший час. Забезпечують підтримку одного (однотермінальні) або деякої кількості (багатотермінальні) користувачів одночасно.
4. За способами побудови:
4.1.Мікроядерні. Ядро складаються зі скороченого набору процедур, що займаються тільки диспетчеризацією процесів та управлінням апаратурою обчислювальної системи.
4.2.Монолітні. У ядро ОС включено повний набір функцій. У захищеному режимі виконуються як процедури диспетчеризації так і планування використання ресурсів.

6. Основні концепції побудови операційних систем.
Окрім функціональної повноти (основних функцій які вона повинна забезпечувати) до
ОС висуваються ще й інші вимоги здебільшого експлуатаційного характеру. Усі вимоги можна подати як принципи побудови ОС, серед них:
Принцип модульності. Під модулем у загальному випадку розуміють функціонально закінчений елемент системи, виконаний відповідно до прийнятого міжмодульними
інтерфейсами.
Принцип функціональної вибірковості. В ОС виділяється деяка частина важливих модулів, що повинні постійно знаходитися в ОП для більш ефективної організації обчислюючого процесу. Цю частину в ОС називають ядром, тому що це дійсно основа системи.
Принцип генерування ОС. Основне положення цього принципу визначає такий спосіб вихідного представлення центральної системної керуючої програми ОС, що дозволяв би набудовувати цю системну супервізорну частину, виходячи з конкретної конфігурації конкретного обчислювального комплексу і кола розв'язуваних задач.
Принцип функціональної надмірності. Цей принцип враховує можливість проведення однієї і тієї ж роботи особистими засобами.
Принцип віртуалізації. Побудова віртуальних ресурсів, їхній розподіл і використання тепер використовується практично в будь-який ОС. Дозволяє представити структуру системи у виді визначеного набору планувальників процесів і розподільників ресурсів
(моніторів) і використовувати єдину централізовану схему розподілу ресурсів.
Принцип незалежності програм від зовнішніх пристроїв. Принцип дозволяє однаково здійснювати операції керування зовнішніми пристроями незалежно від їхніх конкретних фізичних характеристик.
Принцип сумісності. Одним з аспектів сумісності є здатність ОС виконувати програми, написані для інших ОС чи для більш ранніх версій даної ОС, а також для
іншої апаратної платформи.
Принцип відкритої і нарощуваної ОС. Відкрита ОС доступна для аналізу як користувачам, так і системним фахівцям, що обслуговують обчислювальну систему.
Нарощувана (що модифікується, що розвивається) ОС дозволяє не тільки використовувати можливості генерації, але і вводити в її склад нові модулі, удосконалювати існуючі і т.д. Іншими словами, необхідно, щоб можна було легко внести доповнення і зміни, якщо це буде потрібно, і не порушити цілісність системи.
Принцип мобільності (переносимості) ОС відносно легко повинна переноситися з процесора одного типу на процесор іншого типу.
Принцип забезпечення безпеки обчислень. Правила безпеки визначають такі властивості, як захист ресурсів одного користувача від інших і встановлення квот по ресурсах для запобігання захоплення одним користувачем усіх системних ресурсів
(таких, як пам'ять).

7. Принципи модульності та функціональної вибірковості в операційних
системах.
Принцип модульності
Під модулем в загальному випадку розуміють функціонально закінчений елемент системи, виконаний відповідно до прийнятих міжмодульних інтерфейсів. За своїм визначенням модуль припускає можливість без особливих зусиль замінити його на
іншій за наявності заданих інтерфейсів. Способи відособлення складових частин ОС в окремі модулі можуть істотно розрізнятися, але частіше всього розділення відбувається саме за функціональною ознакою. Особливо важливе значення при побудові ОС мають привілейовані, повторно використовувані та реєнтерабельні модулі, оскільки вони дозволяють більш ефективно використовувати ресурси обчислювальної системи. В деяких системах реєнтерабельність програма одержують автоматично, завдяки незмінності кодових частин програм при виконанні (через особливості системи команд машини), а також автоматичному розподілу регістрів, автоматичному відділенню кодових частин програм від даних і приміщенню останніх в системну область пам’яті Природно, що для цього необхідна відповідна апаратна підтримка. В інших випадках це досягається програмістами за рахунок використовування спеціальних системних модулів. Принцип модульної відображає технологічні і експлуатаційні властивості системи. Найбільший ефект від його використовування досяжний у випадку, коли цей принцип поширений одночасно на операційну систему, прикладні програми і апаратуру.
Принцип функціональної вибірковості
В ОС виділяється деяка частина важливих модулів, які повинні постійно знаходитися в оперативній пам‘яті для більш ефективної організації обчислювального процесу. Цю частину в ОС називають ядром, оскільки це дійсно основа системи. При формуванні складу ядра вимагається враховувати дві суперечливі вимоги. До складу ядра повинні ввійти системні модулі, що часто використовуються. Кількість модулів повинна бути такою, щоб об‘єм пам‘яті яку займає ядро, був би не дуже великим. До складу ядра, як правило, входять модулі з управління системою переривань, засоби з переведення програм із стану «виконання» в стани «очікування», «готовності» і назад, засоби з розподілу таких основних ресурсів, як оперативна пам‘ять і процесор. Крім програмних модулів, що входять до складу ядра і постійно розташованих в оперативній пам‘яті, може бути багато інших системних програмних модулів, які одержують назву транзитних. Транзитні програмні модулі завантажуються в оперативну пам‘ять тільки при необхідності і у разі відсутності вільного простору можуть бути заміщені іншими транзитними модулями.

8. Принципи сумісності та мобільності побудови операційних систем.
Принцип сумісності
Одним з аспектів сумісності є здатність ОС виконувати програми, написані для інших
ОС або для більш ранніх версій даної операційної системи, а також для іншої апаратної платформи. Необхідно розділяти питання двійкової сумісності і сумісності на рівні початкових текстів додатків. Двійкова сумісність досягається у тому випадку, коли можна узяти виконувану програму і запустити її на виконання на іншій ОС. Для цього необхідні: сумісність на рівні команд процесора, сумісність на рівні системних викликів і навіть на рівні бібліотечних викликів, якщо вони є динамічно зв‘язуваними.
Сумісність на рівні початкових текстів вимагає наявності відповідного транслятора у складі системного програмного забезпечення, а також сумісності на рівні бібліотек і системних викликів. При цьому необхідна перекомпіляція наявних початкових текстів в новий виконуваний модуль. Набагато складніше досягти двійкової сумісності між процесорами, що базуються на різній архітектурі.. Виходом в таких випадках є використовування так званих прикладних середовищ або емуляторів. Одним із засобів забезпечення сумісності програмних і призначених для користувача інтерфейсів є відповідність стандартам POSIX. Використовування стандарту POSIX дозволяє створювати програми в стилі UNIX, які згодом можуть легко переноситися з однієї системи в іншу.
Принцип мобільності (переносимості)
ОС відносно легко повинна переноситися з процесора одного типу на процесор іншого типу і з апаратної платформи (яка включає разом з типом процесора і спосіб організації всієї апаратури комп‘ютера) одного типу на апаратну платформу іншого типу. Принцип переносимості дуже близький принципу сумісності, хоча це і не одне і те ж. Написання переносимої ОС аналогічно написанню будь-якого переносимого коду – потрібно слідувати деяким правилам.
По-перше, велика частина ОС повинна бути написаний на мові, яка є на всіх системах, на які планується надалі її переносити. Це, перш за все, означає, що ОС повинна бути написаний мовою високого рівня, переважно стандартизованою, наприклад, на мові С.
Програма, написана на асемблері, не є в загальному випадку переносимою.
По-друге, важливо мінімізувати або, якщо можливо, виключити ті частини коду, які безпосередньо взаємодіють з апаратними засобами.
Залежність від апаратури може мати багато форм. Деякі очевидні форми залежності включають пряме маніпулювання регістрами і іншими апаратними засобами. Якщо апаратно-залежний код не може бути повністю виключений, то він повинен бути
ізольований в декількох модулях, що добре локалізуються. Апаратно-залежний код не повинен бути розподілений по всій системі. Введення стандартів POSIX переслідувало мету забезпечити переносимість створюваного програмного забезпечення.

9. Принципи віртуальності та функціональної надмірності в операційних
системах.
Принцип функціональної надмірності
Цей принцип враховує можливість проведення однієї і тієї ж роботи різними засобами.
До складу ОС може входити декілька типів моніторів (модулів супервізора, керування тим чи іншим видом ресурсу), різні засоби організації комунікацій між обчислювальними процесами. Наявність декількох типів моніторів, декількох систем управління файлами дозволяє користувачам швидко і найбільш адекватно адаптувати
ОС до певної конфігурації обчислювальної системи, забезпечити максимально ефективне завантаження технічних засобів та отримати максимальну продуктивність при рішенні заданого класу задач.