Особенности операционной системы

2.2. Особенности операционной системы

Операционная система – упорядоченная последовательность управления программами совместно с необходимыми информационными массивами, которая для автоматизированного управления ресурсами компьютера и оптимизации времени выполнения задач пользователя (№7).

ОС является «душой» всего компьютера. Именно она является связующим звеном между физическим и логическим уровнями представления информации в компьютере. Программы диагностики и контроля технических средств могут функционировать как под управлением ОС, так и непосредственно на базе технических средств. Всё остальные категории программного обеспечения функционируют только на базе соответствующей ОС. Поэтому от ОС зависит быстродействие всего информационно-вычислительного комплекса.

 Когда Mac OS была впервые представлена в 1984 году, это было само совершенство современного программирования. Система изначально разрабатывалась с расчетом на то, чтобы любой неквалифицированный пользователь мог, впервые сев за компьютер, уже через несколько минут начать работать на нем. Операционные системы для других платформ, которые появились несколько лет спустя, предлагали такие вещи как защищенная память и многозадачность, что в конечном итоге давало лучший пользовательский опыт. Apple не встраивала этих вещей в Mac OS потому, что микропроцессоры, доступные во время разработки Mac OS, не были достаточно мощными. С течением времени Mac OS обрастала дополнительной функциональностью, но при этом оставалась наиболее легкой в изучении и использовании. Другое дело, что технические ограничения, заложенные в систему, не позволяли ей называться «современной»: System 1.0 и ее продолжение вплоть до Mac OS 9 фактически были предназначены для одного пользователя, который бы работал с одним приложением на одном компьютере. Кстати сказать, Макинтош и Mac OS могли правильно обращаться с датами после 1999, начиная с первой модели компьютера. Любая программа на Mac OS, которая правильно использовала комплект инструментов Mac OS для обслуживания функций часов, не имела проблем после 2000 года.

Позднее добавление таких вещей, как защищенная память и многозадачность в Mac OS стало трудной и ресурсоемкой задачей, так как эти вещи должны находиться в ядре системы. Apple пыталась сделать это несколько раз, но так до конца дело и не довела. В конце концов, компания решила, что приобретение современной операционной системы и последующая подготовка ее для работы на Маке - более разумное решение. Apple рассматривала как вариант покупку BeOS у Be. Inc., но в конечном итоге в 1997 году остановилась на NEXTSTEP от NeXT. Inc, компании, которую основал Стив Джобс

NEXTSTEP преподнесла Apple современную систему, которая ей требовалась, но у нее был радикально другой графический интерфейс пользователя, чем у Mac OS. Apple начала изменять NEXTSTEP, чтобы сделать ее более похожей на Mac OS. Результатом стало нечто, что Apple назвала Rhapsody. Rhapsody была новой современной операционной системой для маковских пользователей со знакомым маковским интерфейсом, однако ей не хватало совместимости с существующими приложения под Mac OS. В 1999 г. Apple провозгласила разработку в рамках «открытых кодов» одним из ключевых принципов своей стратегии, и в марте 1999 г. появились исходные тексты первой версии нового ядра (Дарвин). А давно ожидаемый сообществом пользователей Apple релиз Mac OS X вышел 24 марта 2001 года.

Mac OS X (Jaguar)

За кодовым названием Jaguar скрывается по-настоящему революционное изменение в архитектуре операционных систем.

Ядро ОС Jaguar (как и всех ее предшественниц, начиная с NeXTStep) воплощает по сей день нереализованную мечту многих известных проектов - это основанная на отработанном микроядре Mach (проект Университета Карнеги-Миллан) модульно-компонентная конструкция, использующая в качестве «интерфейсных» сервисов наработки не менее известного проекта BSD Unix. За время развития от NeXTStep до Mac OS X создатели ядра ОС не изменили изначально принятой идеологии, и сегодняшняя Jaguar на уровне ядра отличается разве что технологическими нюансами (Mach 3.0 и «интерфейсный» код, заимствованный из ОС FreeBSD версии 4.4). Учитывая опыт многих коммерческих проектов, идеологи Mac OS X приняли довольно нетрадиционное решение, «открыв» исходные коды ядра ОС и подчеркнув его независимость от всей остальной системы даже «именем собственным» - Darwin (Дарвин). Так как исходные коды ядра доступны любому разработчику, то идеи сообщества программистов суммируются, анализируются, и из них выстраивается готовый продукт. Создатель UNIX Кен Томпсон называл такой метод программирования «компьютерным дарвинизмом». Вероятнее всего, именно поэтому ядро Mac OS X получило название Дарвин.

Итак, для разработки ядра новой операционной системы Apple взяла за основу открытую версию операционной системы UNIX - BSD 4.4 и создала новое микроядро (kernel) - Mach 3.0. Первоначально ядро Mach было разработано в Университете Carnegie-Mellon при непосредственном участии Авадиса Тавеняна (занимающего одно время пост вице-президента компании Apple по программному обеспечению).

Использование UNIX-ядра BSD дало много преимуществ для Mac OS X. Прежде всего, Дарвин обеспечивает защиту памяти. Именно этот механизм позволяет Apple говорить о небывалой надежности новой ОС. Еще одним интересным механизмом ядра Дарвин является механизм приоритетной, или вытесняющей, многозадачности (preemptive multitasking), обеспечивающей надежность одновременной работы нескольких приложений. Предыдущие версии Mac OS поддерживали лишь один способ распределения ресурсов процессора между задачами - так называемую кооперативную (совместную) многозадачность (cooperative multitasking), при которой задача, получившая доступ к процессору, занимает его до тех пор, пока поток команд от нее непрерывен. Новый (для Mac OS) способ распределения ресурсов процессора позволяет избежать "притеснения" одних приложений другими. Дарвин по целому ряду критериев, таких как активность приложения, его требования к ресурсам процессора и т.п., определяет приоритет каждой задачи и принудительно распределяет процессорное время в соответствии с этими приоритетами. Это позволяет также избежать простоев процессора.

Mac OS X поддерживает также и многопроцессорность, обеспечивая распределение нагрузки между процессорами оптимальным образом. Упомянем также и систему виртуальной памяти, которая в Mac OS X позволяет использовать дисковое пространство для повышения производительности приложений, требовательных к объему оперативной памяти. И хотя этот механизм применяется практически во всех ОС, создатели Дарвина за счет достаточно сложных механизмов именования объектов памяти добились существенного увеличения скорости и эффективности его работы.

Будучи основанным, на BSD UNIX, Дарвин поддерживает все возможности BSD: в него включена полная поддержка стандарта POSIX, что дает возможность исполнять любые UNIX-приложения, совместимые с этим стандартом; используется UNIX-модель процессов (идентификаторы процессов, сигналы и проч.); поддерживаются потоки (или нити - threads) UNIX, что позволяет назвать Mac OS X не только многозадачной, но и многопотоковой системой, в которой каждое приложение имеет ряд параллельно выполняемых задач. Кроме того, в Дарвине применяется политика безопасности UNIX (идентификаторы пользователя, полномочия, атрибуты и т. п.).

Кроме «классических» достоинств «скрытой Unix на микроядре», разработчики Apple создали ряд расширений функциональности, представляющих отдельный интерес. В первую очередь это относится к подсистеме NKE (Network Kernel Extensions – «сетевые расширения ядра»), позволяющей без необходимости перезагрузки или приостановки работы ОС фактически полностью изменять не только параметры, но и саму организацию сетевой подсистемы, например, динамически добавлять новые сетевые протоколы или модули, реагирующие на события в сетевой подсистеме. При этом NKE сама является загружаемым модулем ядра и органично вписывается в многоуровневую архитектуру ОС.

«Виртуальность» сетевых протоколов, обеспечиваемая NKE, подкрепляется и виртуальной файловой системой (VFS - Virtual File System), свойственной Unix, - Mac OS X может одновременно работать с файловыми системами форматов HFS+ (расширенная иерархическая файловая система, поддерживаемая «классическими» Mac OS 8 и 9), HFS (предшественница HFS+ из «Mac-мира»), UFS (классика в мире Unix), UDF (универсальный формат для CD ROM) и ISO9660 (стандартный формат CD ROM).

В связи с коренной перестройкой ядра и архитектуры Mac OS X ее разработчикам пришлось искать решения, призванные обеспечить одновременно использование всех возможностей новой ОС и поддержку приложений, созданных для предыдущих версий Mac OS. Таким решением стало создание трех типов программного окружения (application environment).

Classic. Mac OS X сама по себе не поддерживает приложения, созданные для предыдущих версий Mac OS. Поэтому для их исполнения запускается специфическое приложение, именуемое Classic и представляющее собой вариант Mac OS 9. Вот на этом виртуальном компьютере и исполняются все приложения старых ОС. Если закрыть приложение Classic, все работавшие в нем приложения тоже будут завершены. Если какое-либо Classic-приложение приводит к сбою, система защиты памяти срабатывает не для этого отдельного приложения, а для всего Classic-окружения. Кроме того, существует целый ряд ограничений для Classic-приложений, например невозможность использовать PDF как глобальное средство отображения информации.

Carbon. Кроме того, существует и компромиссный вариант перехода на Mac OS X. Программное окружение Carbon представляет собой способ перевода приложений для старых версий Mac OS на новую с минимальными затратами. Незначительная модификация приложений, конечно, не приводит к использованию всех возможностей Mac OS X, но позволяет все же избавиться от ограничений и неудобства Classic-окружения.

Cocoa - так называется «полноценное» программное окружение Mac OS X, позволяющее полностью задействовать все технологии новой ОС (и нового оборудования - Cocoa поддерживает многопроцессорность и Velocity Engine). Одной из интересных его особенностей является способ организации приложения в системе, дающий возможность гибкой настройки и расширения функциональных возможностей.

Кроме упомянутых выше, Mac OS X поддерживает и ряд дополнительных окружений, например Java. Сюда же следует отнести и поддержку BSD-приложений.

Подытоживая, можно сказать, что Mac OS X предоставляет превосходные возможности для программ, написанных специально для нее, поддерживает (но не более) программы для предыдущих версий Mac OS и обеспечивает в совокупности с политикой "открытых текстов" достаточно быстрый и безболезненный перевод программных продуктов в новую среду.

Графическая подсистема и интерфейс

Общесистемные «прослойки» Mac OS X используют ресурсы трех главных низкоуровневых графических подсистем - Quartz, OpenGL и QuickTime. Последние два названия широко известны, а вот Quartz представляет собой относительно новое слово в «интерфейсостроении». «Относительно» потому, что идеология Quartz достаточно сильно перекликается с идеями графической подсистемы NeXT DPS (Display PostScript – «дисплейный PostScript»).

«Сердце» графической подсистемы Mac OS X - высокоуровневый менеджер окон, содержащий мощную библиотеку векторно-растровой графики Quartz. Именно этот компонент ОС реализует и «движок» рендеринга единого формата для Mac OS X - PDF, и именно в нем кроется радикальное несходство Mac OS X со своей предшественницей - NeXTStep. Quartz обеспечивает как базовые функции, свойственные большинству аналогичных систем, например буферирование содержимого окон, так и совершенно уникальные, такие, как модель «попиксельного видеомикширования», которая позволяет в реальном времени разделять каждый пиксел физического экрана между несколькими окнами приложений одновременно с помощью различных алгоритмов. В предыдущих версиях Mac OS X критический компонент Quartz - Quartz Compositor, отвечающий за уникальную функциональность подсистемы (в первую очередь, за «попиксельное видеомикширование»), выполнялся на центральном процессоре компьютера и работал с подготовленными областями буферной памяти окон, в которые приложения осуществляли «вывод» посредством вызовов библиотек Quartz. На основе содержания буферов окон Quartz Compositor формировала мгновенный «снимок» текущего состояния экранной области, и именно эта картинка отображалась на экране рабочей станции под управлением Mac OS X. Очевидно, что все процедуры, связанные с обработкой таких объемов информации, да еще и основанные на весьма сложных алгоритмах, крайне ресурсоемки, что и подтверждалось «заторможенностью» Mac OS X прошлых поколений. Найти одновременно красивое и радикальное решение такой проблеме было трудно. Существенно поднять производительность такой высокоуровневой графической подсистемы, как Quartz, можно было только одним способом. А именно, превратить всю дисплейную подсистему из двухмерной в трехмерную! Именно это и было сделано в Jaguar - усложненное название Quartz Extreme (QE) скрывает за неопределенностью, пожалуй, самое значительное событие в мире ОС последних лет. Jaguar - это первая Операционная Система с полностью 3D-пользовательским интерфейсом! Теперь QE воспринимает каждое окно не иначе как текстурированный 3D-объект. Сама текстура этого объекта может порождаться программами двухмерной (библиотеки Quartz), трехмерной (OpenGL) графики или мультимедийным потоком (QuickTime). А остальное - операции с «3D-объектами-окнами» - дело мощного стандартного и доступного видеоакселератора.

Последний важнейший элемент системы - пользовательский интерфейс Aqua. Это название не случайно - стилем нового интерфейса является полупрозрачность и подвижность элементов. Как ни странно, освоиться в Aqua значительно легче после некоторого опыта работы с NeXTSTEP/OPENSTEP или даже Windows. Во-первых, по сравнению с классическими версиями Mac OS, Aqua изменяет устоявшееся представление пользователя об уровневом расположении окон (в классических Mac все окна одного приложения располагаются на «одном уровне глубины экрана»). Теперь, как и в большинстве оконных систем, можно «поднимать» на «поверхность» экрана любое окно, не заботясь о его расположении в уровневой иерархии (стандартное поведение классической Mac OS, эмулируется элементом меню Bring All to Front). Во-вторых, Aqua предполагает возможность управления новыми (для Mac-мира) элементами интерфейса – «листами». Лист представляет собой хорошо знакомое пользователям Windows «всплывающее окно», «привязанное» к родительскому окну, и используется в основном для критических сообщений и предупреждений, ассоциированных с одним процессом. В-третьих, интерфейсные возможности расширены еще одной конструкцией: «выдвижным ящиком» (drawer) – «выплывающим» окном, способным содержать различные интерфейсные элементы. В-четвертых, изменениям подверглась организация Рабочего стола.

Остается только сказать, что разработчики прикладного и системного ПО очень высоко оценивают шансы Jaguar, что подтверждается высокой активностью в области создания принципиально новых программ для этой платформы. Уникальность Jaguar делает ее крайне привлекательной для производителей мощных графических пакетов, а стабильность, с которой Apple в этой системе реализует «тихие революции», обещает много интересного в будущем.

Существует перспектива переноса Mac OS X на другое семейство процессоров, с технической точки зрения этот вариант вполне реален. Но если Apple решит изменить процессор платформы, то ей придется озаботиться тем, чтобы разработчикам ПО не пришлось снова переписывать свои приложения (№7).

Заключение

В настоящее время фирма Apple вновь завоёвывает рынок компьютерных технологий, наша страна не исключение. Это происходит, несмотря на то, что компания длительное время находилась в глубоком кризисе и переживала не самые лучшие времена.

Первой машиной фирмы была модель Apple I, однако не имела большого успеха у пользователей, в связи, с чем была усовершенствованна и в свет вышла модель Apple II, принципиальное отличие которой состояло в новом графическом интерфейсе. К сожалению, модель Apple III не смогла стать достойным продолжением модельного ряда из-за низкого технического уровня. Фирма начала терять лидирующие позиции на рынке и была вынуждена координально пересмотреть технический и технологический принцип создания компьютеров. В начале 90-ых была разработана и выпущена абсолютно новая платформа Power Mac, которая явилась основой для последующих моделей. Каждая следующая модель даже внешне отличается от своей предшественницы и является венцом технической мысли своего времени, конечно.

Изучение модельного ряда показало, что Макинтош обладает целым спектром неоспоримых достоинств, к которым следует отнести такие как высокая надёжность и долговечность эксплуатируемых предметов, а также не просто оригинальный внешний вид, но и интуитивно понятный интерфейс, дружелюбный по отношению к пользователю. Но наиболее существенным достоинством, на мой взгляд, является стандартная комплектация компьютера, позволяющая сразу же приступить к работе и выполнению задач (видеомонтаж, обработка звука, подключение к Интернет).

Перечисленные выше достоинства обеспечивают широкое применение в профессиональных видах деятельности, например в образовательной, издательской сфере и сферах культуры и искусства.

На сегодняшний день явно прослеживается тенденция к расширению рынка сбыта, повышению спроса, несмотря на высокую стоимость, особенно на ноутбуки.

Будущее фирмы видится в сближении с миром персональных компьютеров.

Список используемых источников:

1.    Катбертсон Т. Ваш первый Макинтош. – М.: Мир,1995

2.    Макинтош для пользователя/Под ред. Д.М. Хавжу. – М.: МакЦентр,1996

3.    Нельсон Кэй Ярборо. Macintosh: Учеб. пособие. – М.: Международные отношения,1996

4.    Пог Д. Macintosh для 'чайников': Техническое руководство для опытных пользователей.-4-е изд. - Киев: Диалектика,1997.

5.    Стауфер Тодд. Ваш компьютер Macintosh: Руководство пользователя. – М.: БИНОМ,1996.

6.    Поланд С. 10 минут с Macintosh. – М.: ЮНИТИ,1995.

7.    Курс лекций «Аппаратно-программные платформы информационных систем» Сб. учеб. Материалов/ Под ред. Е.Г. Слекеничс. – Обнинск, 2001.

http://www.3dnews.ru

http://www.3dnews.ru/motherboard/mac-g5

http://www.3dnews.ru/motherboard/mac-g5/index02.htm

http://www.3dnews.ru/motherboard/mac-g5/index03.htm

http://www.computerra.ru

http://www.computerra.ru/focus/coment/27457

http://www.computerra.ru/focus/new/19099

http://www.computerra.ru/special/2002/5/22278

http://www.computerra.ru/special/2002/5/22278/page2.html

http://www.homepc.ru

http://www.homepc.ru/adviser/16950

http://www.homepc.ru/adviser/16950/page2.html

http://www.homepc.ru/adviser/7328

http://www.homepc.ru/highlights/16000

http://www.homepc.ru/highlights/16951

http://www.homepc.ru/slydecision/16670

http://www.homepc.ru/slydecision/16670/page2.html

http://www.macintosh.ru/articles/index.html

http://www.mymac.ru

http://www.mymac.ru/legend/legend_1.htm

http://www.mymac.ru/legend/legend_2.htm

http://www.mymac.ru/legend/legend_3.htm

http://www.mymac.ru/news/Detailed/143.htm