Operatsioonisüsteemi koostisosad ja funktsioonid (0)

TALLINNA POLÜTEHNIKUM Meedia erialaosakond Referaat OPERATSIOONISÜSTEEMI KOOSTISOSAD JA FUNKTSIOONID MULTIMEEDIA SPETSIALIST MM-17 Tallinn 2017    Sissejuhatus Olen   valinud   selle   teemal   põhjusel,   et   laiendada   enda   teadmisi


operatsioonisüsteemide   kohta.   Ma   pole   iseseisvalt   varem   õppinud   erinevate   arvuti
programmide ja funktsioonide kohta ja selle referaadi koostamine on perfektne võimalus
just seda teha. Minu eesmärgiks on selle töö koostamise käigus teha endale selgeks, mida
operatsioonisüsteem endast täpsemalt kujutab ning mis on selle erinevad funktsioonid.  Selle   teema   koostamisel   käsitlen   teemasid,   mis   teeks   lugejale   selgeks: operatsioonisüsteemi   mõiste,   koostisosad,   funktsioonid   ning   lühikesed   ülevaated   OSi
tähtsusest, ajaloost ja näidetest. Operatsioonisüsteem   kui   laia   mõistena   võib   panna   kirja   kui   programmide kompleks   arvuti   juhtimiseks.   See   on   ka   tarkvara   andmetöötlusprotsessi   plaanimiseks,
organiseerimiseks   ning   juhtimiseks.   Opsüsteemil   on   laialdaselt   palju   funktsioone   ja
koostisosi.   Referaadis   otsustan   käsitleda   ainult   tähtsamaid   põhikomponente   ning
funktsioone.   Operatsioonisüsteem
Operatsioonisüsteemi kui laia mõistena võib panna kirja kui programmide kompleks arvuti juhtimiseks. Ka võib seda mõista kui tarkvara andmetöötlusprotsessi plaanimiseks,
organiseerimiseks ning juhtimiseks. Selline süsteem teenindab rakendusprogramme, mis


omakorda   saadavad   operatsioonisüsteemile   nõudeid   mitmesuguste   teenuste   järele   läbi
rakendusliideste. Suhelda   saavad   kasutajad   opsüsteemi   madal-   ja   rakendustaseme programmeerimisliideste kaudu ning ka läbi käsuinterpretaatori (Käsuinterpretaator on
tekstipõhine   käsutöötlusprogramm   (kasutajaliides),   millega   saab   juhtida
operatsioonisüsteemi), kasutades selleks ohjekeelt, mis leidub korraldusreas, või graafilist
kasutajaliidest (arvuti graafikakuvamise võimalusi kasutav tarkvaraliides, mis võimaldab
inimesel suhelda arvutiga sümbolite, muude visuaalsete elementide (näiteks ikoonide) ja
hiire ning ka klaviatuuri abil). Igaüks meist tänapäeval puutub kokku operatsioonisüsteemiga, arvestades tehnika suurt laialdast kasutust. Näiteks seda leidub serverarvutites, mobiiltelefonis, DVD
mängijas, pesumasinas ja isegi mikrolaineahjus. Enim tuntumad operatsioonisüsteemid personaalarvutites on Microsoft Windows, Mac OS X ja GNU/Linux. 1969. aastal Bell Laboratories oli üks esimesi firmasid, mis
töötas välja operatsioonisüsteemi. Opsüsteemi nimeks sai Unix. Selle programmid olid
alguses   vabalt   levitatavad,   ning   seetõttu   levis   see   peagi   mitmetesse   asutustesse   ja
firmadesse,   kes   arendasid   välja   selle   põhjal   oma   süsteemid.   Microsoft   aga   tõi   oma
esimese   Windowsi   turule   1985.   aastal   MS-DOS-i   lisandprogrammina.   Microsoft
Windows on personaalarvutite turul kõige enam nõutav operatsioonisüsteem.  • Operatsioonisüsteemi komponendid
Operatsioonisüsteemi komponendid eksisteerivad põhjusel, et arvuti eri osad omavahel
üheskoos töötaksid. Kogu kasutaja tarkvara peab läbima operatsioonisüsteemi selleks, et
kasutada mis tahes riistvara.


1.1 Tuum ehk Kernel 
Tuum ehk kernel on operatsioonisüsteemi keskne osa, mis suhtleb vahetult riistvaraga.
Sild   rakendusprogrammide   ja   tegeliku   andmete   töötlemise   vahel   riistvara   tasemel.
Kerneli   ülesannete   hulka   kuulub:   süsteemi   ressursside   haldamine,   low-level
abstraktsiooni kiht ressurssidele. „Hierarhilised domeeni ringid“ või „kaitse ringid“ – kaitsevad andmeid ja funktsionaalsusi vigade ja mitte-lubatud ligipääsude eest. Nagu turvamees, kes kontrollib,
kas antud pöördumine/tegevus on lubatud. Mida keskemal, seda rangemad turva nõuded,
ligipääs ainult vähestel ( Joonis 1 ). 1.2 Mälusuperviisor
Ülesandeks   on   mälujuhtimine   ja   virtuaalmälu   toetamine.   Mälu   haldamise   funktsioon
jälgib iga mälukoha olekut, kas paigutatud või vaba. See määrab, kuidas mälu on jagatud
konkureerivate protsesside vahel, otsustades, milline saab mälu kui seda saavad, ja kui
palju on nendel lubatud. 1.3 Operaatoriliides
Põhiülesanne on programmeerimis- ja kasutajaliideste toetamine. Kasutajaliides vaatab
kataloogistuktuuri ja nõuab operatsioonisüsteemist teenuseid, mis omandavad andmeid
sisendriistvaraseadmete   kohta   (klaviatuur,   hiir,   ID-kaardi   lugeja)   ja   seejärel   nõuab
opsüsteemilt teenuseid, et kuvada olekuteateid ja muud sellist väljundriistvaraseadmetega
(skanner, monitor).
1.4 Seadmete juhtimine
Loogiliste   ja   füüsiliste   seadmete   vastavusse   viimine,   sisend-väljund   operatsioonide
organiseerimine. Tavaliselt see moodustab liidese seadme suhtlemiseks läbi kindla arvuti
või sideme alamsüsteemi kaudu, millega on riistvara ühendatud. Peamine eesmärk on
abstraktsioon.   Iga   riistvara   mudel   on   erinev.   Uuemad   mudelid   pakuvad
usaldusväärsemaid võ paremaid tulemusi mida sageli kontrollitakse erinevalt.
1.5 Ülesande juhtimise programmid ehk Multitegumtöötlus
Üks peamine ülesanne on juhtkeele interpreteerimine ja kasutaja protsesside juhtimine.
Samas arvutis mitme arvutiprogrammi töötamine korraga; see tekitab vaate, nagu arvuti
täidaks ülesandeid samal ajal. Kaasaegsed operatsioonisüsteemid laiendavad draiverite ja
kerneli   koodi,   nii   et   opsüsteemil   on   ennetatav   kontroll   ka   sisemiste   tööajade   üle.
Ennetatava multitegumtöötluse juhtimise mõttetegum on tagada kõikidele programmidele
korrapärane aeg CPU-l.


  • Operatsioonisüsteemi funktsioonid Operatsioonisüsteem on vahekihiks kasutaja ja riistvara vahel. Selle eesmärkideks on
kasutaja   programmide   täitmine   ja   ülesannete   lahendamise   lihtsustamine.   Ka   teeb
opsüsteem   arvutisüsteemide   kasutamise   mugavamaks,   peidab   ära   riistvaralised
erinevused   ja   aitab   arvuti   riistvara   efektiivselt   kasutada.   Öeldakse,   et
operatsioonisüsteemi   ülesanded   on   ka   protsessi   hulga   loomine,   initsieerimine,
arendamine ja lõpetamine. Programm arvutis jaguneb iseseisvate protsesside jadaks, kus
igale protsessile vastab üks kindel ressurss ning mille täitmiseks moodustatakse juhtkirje,
mille alusel protsessor eraldab ajaintervalle. Igal ajahetkel on arvutil interpreteeritult mitu
protsessi, mis on erinevates staadiumites. 2.1 Ressursijaotus Operatsioonisüsteemi   poolt   hallatav   arvuti   riistvaraliste   ressursside   optimaalne
jaotamine protsesside vahel. Sellega tegeleb ressursi jagamise algoritm - plaanur. Nagu
eelnevalt   sai   mainitud,   siis   üheks   operatsioonisüsteemi   tööks   on   määrata   ,   millises
järjekorras võetakse konkreetne protsess protsessori või näiteks kõvaketta poolt jutule.
Reeglina   on   plaanuri   ülesandeks   jaotada   protsessori   koormust   protsesside   vahel
võimalikult   võrdselt   ning   optimaalselt.   Plaanuri   tööpõhimõte   on   alati   paika   pandud


mingi kindla algoritmi alusel. Populaarsemad ressursijaotusalgoritmid on:  • First   Come   First   Served   (FCFS)   -   Ressursse   eraldatakse   protsessidele
tellimiste saabumise järjekorras. Heaks näiteks on järjekord kassas – kes
tuli esimesena järjekorda seisma, seda ka teenindatakse esimesena, kes tuli
teisena, seda teenindatakse teisena. • Shortest Job Next (SJN) - Olekus „valmis” (ready) olevatest protsessidest
valitakse alati järgmisena täitmiseks eeldatavalt kõige kiiremini täidetav
protsess. Tegemist on eelisasendust mittetoetava algoritmiga. Eeliseks on
see, et lühikese kestusega protsessid saavad kiiremini täidetud ning pole
plaanuril   tarvis   palju   vaeva   näha   protsessi   paigutamisega   täitmise
järjekorda. • Shortest   Remaining   Time   Next   (SRTN)   –     Valitakse   olekus   „valmis”
(ready)   olevatest   protsessidest   alati   järgmisena   täitmiseks   eeldatavalt
kõige kiiremini täidetav protsess. • Järjestikplaanur  ehk  Round  Robin  -   üks   lihtsamaid   ressursijaotuse
algoritme. Protsessid saavad järgemööda võrdselt aega ja kõik protsessid
on võrdse prioriteediga. Round Robin on tööpõhimõttelt lihtne ja seda on
ka kerge kasutusele võtta. 2.2 Põhimälu ehk Operatiivmälu haldamine (RAM)
Arvuti   keskne   mäluseade,   kuhu   saab   andmeid   kirjutada   ja   kust   neid   saab   lugeda.
Opsüsteem juhib operatiivmälu ühiskasutust rakenduste vahel. Muutmälus toimub pidev
andmete   vahetamine   ja   uuendamine.   Kuna   põhimälu   kipub   sageli   väheks   jääma,
kasutatakse saalimise võtet: kui kõik andmed ei mahu põhimällu, siis hoitakse seal vaid
hetkel vaja minevaid andmeid ja toimub tihe andmevahetus välismäluga. Võib juhtuda, et
muutmällu on vaja kirjutada rohkem andmeid kui sinna mahub. Sellisel juhul luuakse
ülekattestruktuurid. 2.3 I/O alamsüsteemi haldamine
Toimub andmevahetus välisseadmetega (igasugu salvestusseadmed, printerid, kuvarid).
Lühendiga   I/O   (inglise   keeles   Input/Output   ehk   Sisend/Väljund)   tähistatakse   arvuti
suhtlust kas selle kasutajaga, andmekandjate, üle arvutivõrgu teiste arvutite või välise
maailmaga. 


2.4 Arvutivõrkude tugi Arvutivõrk on süsteem mis koosneb mitmest arvutist, milles on arvutisd  telekommunikatsiooniseadmete abil omavahel ühendatud andmevahetuse või ressursside  jagamise eesmärgil. • Arvuti stabiilsuse ja turvalisuse tagamine Kaasaegsetes arvutites on põhiline kasutatav opsüsteem Windows 10. Sellega omakorda
on   kaasnenud   turvalisuse   ohud.   Täpsemalt   on   Windows   10   sisse   ehitatud
täisfunktsionaalne   jälitustarkvara.   Firmas   või   akadeemilises   asutuses   võib   selline
ebaselgus   tuua   kaasa   oluliste   ärisaladuste   või   teadustöö   tulemuste   lekkimise.
Operatsioonisüsteemis teisalt on tagatud  turvalisus võrgu administraatorite seatud sätete
ja   eeskirjadega,   et   ära   hoida   iagsugune   loata   sisenemine,   väärkasutamine   ja
modifikatsioonimine. 2.6 Failide haldus
Opsüsteemi   ülesanne   on   salvestatud   andmeid   töödelda   tervikuna.   Windows
operatsioonisüsteemis   kasutatakse   faili   tüübi   kirjeldamiseks   faili   laiendit.   Faili   laiend
kirjutatakse faili nime järele ja eraldatakse viimasest punktiga. 2.7 Käskude tõlgendamine
Käsuinterpretaator (käsutõlgendaja) on tekstipõhine käsutöötlusprogramm, millega saab
juhtida   operatsioonisüsteemi.   Paljud   käsuinterpretaatorid   võimaldavad   ka
programmeerimist tänu piiratud skriptimiskeele toetusele. Käsurea interpretaatorid teevad
kasutajatele   võimalikuks   väljuda   erinevatest   käskudest   väga   efektiivsel   (ja   tihti   ka
mõttetihedal) viisil. Sel juhul peab kasutaja teadma käskude ning nende parameetrite
nimesid, ning interpreteeritava programmeerimiskeele süntaksit.


  Kokkuvõte
Operatsioonisüsteem   laia   mõistena   võib   kirjeldada   kui   programmide   kogumit   arvuti
juhtimiseks. Üks esimestest opsüsteemidest oli loodud 1969. aastal, tuntud Unix’i nime
all. Kaasajal laialdasemalt kasutatav ning tuntuim süsteem on MicroSoft’i Windows.   Operatsioonisüsteemi   koostisosad   eksisteerivad   põhjusel,   et   arvuti   eri osad   omavahel   üheskoos   töötaksid.   Erinevateks   osadeks   on:   tuum   ehk   kernel,
mälusuperviisor, operaatorliides, seadmete juhtimine, ülesande juhtimise programmid. Operatsioonisüsteem   on   vahekihiks   kasutaja   ja   riistvara   vahel. Selle   eesmärkideks   on   kasutaja   programmide   täitmine   ja   ülesannete   lahendamise
lihtsustamine.   Opsüsteem   teeb   kasutajale   arvutisüsteemide   kasutamise   mugavamaks,
peidab   ära   riistvaralised   erinevused   ja   aitab   arvuti   riistvara   efektiivselt   kasutada.
Operatsioonisüsteemil   on   palju   erinevaid   funktsioone   ehk   ülesandeid.   Põhilisteks   ja
tähtsamateks ülesanneteks loetakse:  • Ressursijagamine • Põhimälu ehk Operatiivmälu haldamine (RAM) • I/O alamsüsteemi haldamine • Arvutivõrkude tugi • Arvuti stabiilsuse ja turvalisuse tagamine • Failide haldus • Käskude tõlgendamine Tänu selle referaadi koostamisele, olen suutnud täita enda eesmärgi, milleks oli aru saada
operatsioonisüsteemist ning selle põhikoostisosadest ning funktsioonidest. Suutsin endale
selgeks teha mõisteid, millest varem aru ei saanud.


  Kasutatud kirjandus
http://isc.ttu.ee/kats/OS1.pdf
http://www.lap.ttu.ee/erki/failid/konspekt/operatsioonisusteemid_lac5700/
lac5700_konspekt_ii.html
https://courses.cs.ut.ee/2017/os/fall/Main/Praktikum9
http://study.risk.ee/arvuti/failihaldus/
Wikipedia:  https://et.wikipedia.org/wiki/Tuum_(informaatika)
https://et.wikipedia.org/wiki/K%C3%A4surida
https://et.wikipedia.org/wiki/Operatsioonis%C3%BCsteem https://et.wikipedia.org/wiki/K%C3%A4suinterpretaator
https://en.wikipedia.org/wiki/Memory_management_(operating_systems)
https://en.wikipedia.org/wiki/Operating_system#Components
https://et.wikipedia.org/wiki/Ressursijaotus
https://et.wikipedia.org/wiki/First_Come_First_Served
https://et.wikipedia.org/wiki/Shortest_Job_Next
https://et.wikipedia.org/wiki/Shortest_Remaining_Time_Next
https://et.wikipedia.org/wiki/Arvutiv%C3%B5rk   Lisad Joonis 1