Θέματα Εφαρμοσμένης Επιστήμης των Υπολογιστών

Λειτουργικά Συστήματα

Στόχος του κεφαλαίου αυτού είναι οι μαθητές να εντάξουν τις γνώσεις τους για τα Λειτουργικά Συστήματα στο σχήμα της Εφαρμοσμένης Επιστήμης των Υπολογιστών.

3.1.1 Λογισμικό και Υπολογιστικό Σύστημα

Ένα σύγχρονο υπολογιστικό σύστημα αποτελείται από: το υλικό, τα ηλεκτρονικά μέρη του υπολογιστή και το λογισμικό, το σύνολο των προγραμμάτων που αξιοποιούν και διαχειρίζονται τις λειτουργίες του υλικού του υπολογιστή. Το λογισμικό χωρίζεται στο λειτουργικό σύστημα, το οποίο θα μελετηθεί στη συνέχεια και στο λογισμικό εφαρμογών, τα οποία αποτελούν το σύνολο των προγραμμάτων που επιλύουν τα προβλήματα των χρηστών.

3.1.2 Το Λειτουργικό Σύστημα και οι Αρμοδιότητές του

Τα Λ.Σ. παρέχουν ένα περιβάλλον στο οποίο εκτελούνται διάφορα προγράμματα, τα οποία στοχεύουν στην ομαλή λειτουργία του υπολογιστικού συστήματος. Οι βασικές αρμοδιότητες ενός Λ.Σ. είναι να:

• Λειτουργεί ως ενδιάμεσος μεταξύ του ανθρώπου και της μηχανής, μεταφέροντας εντολές ή απαιτήσεις του χρήστη στο υπολογιστικό σύστημα.
• Διαχειρίζεται τους διαθέσιμους πόρους και να τους κατανέμει στις διάφορες διεργασίες.
• Ελέγχει την εκτέλεση των προγραμμάτων.

απάντηση από μια περιφερειακή συσκευή, αυτός o χρόνος «αναμονής» μπορεί να αξιοποιηθεί από ένα άλλο πρόγραμμα που είναι φορτωμένο στην κύρια μνήμη), ενώ στη δεύτερη περίπτωση το Λ.Σ. μπορεί να εκτελεί ταυτόχρονα περισσότερες από μία εργασίες (για παράδειγμα, μπορεί να γίνονται παράλληλα εκτυπώσεις και υπολογισμοί). Η όλη διαδικασία βασίζεται σε έναν αλγόριθμο χρονοπρογραμματισμού, ο οποίος στοχεύει στη μεγιστοποίηση της αποδοτικότητας και της «δίκαιης» χρήσης της Κ.Μ.Ε. από το μέγιστο αριθμό των επεξεργαζόμενων διεργασιών.

3.1.4.2 Διαχείριση της Μνήμης

Η πολυδιεργασία προϋποθέτει ότι στην κεντρική μνήμη είναι φορτωμένα περισσότερα του ενός προγράμματα προς εκτέλεση από την Κ.Μ.Ε. Θα πρέπει, λοιπόν, να γίνει η διαχείριση της κύριας μνήμης με τέτοιο τρόπο, ώστε να επιτευχθεί ο αποτελεσματικός διαμοιρασμός της μεταξύ των διαφόρων προγραμμάτων. Το τμήμα του Λ.Σ. που διαχειρίζεται την κύρια μνήμη είναι ο διαχειριστής μνήμης (memory manager). Οι εργασίες που επιτελεί ο διαχειριστής μνήμης είναι:

• Η διάθεση τμημάτων μνήμης σε διεργασίες.
• Η παρακολούθηση της κατάστασης χρήσης της μνήμης, ώστε να γνωρίζει τα ελεύθερα ή μη τμήματα κάθε στιγμή και να τα διανέμει σε διεργασίες.
• Η ελευθέρωση μνήμης από διεργασίες που δεν τη χρειάζονται.
• Η ανταλλαγή (swapping) δεδομένων μεταξύ της κύριας μνήμης και της περιοχής του δίσκου (περιφερειακή μνήμη) που χρησιμοποιείται ως βοηθητική περιοχή της κύριας μνήμης.

3.1.4.3 Διαχείριση του Συστήματος Αρχείων

Το σύστημα αρχείων είναι το μέρος του Λ.Σ. με το οποίο ο χρήστης έρχεται σε άμεση επαφή. Το Λ.Σ. συνήθως οργανώνει τα αρχεία του σε καταλόγους ή φακέλους (directories ή folders). Κάθε κατάλογος αποτελείται από αρχεία, υποκαταλόγους ή υποφακέλους, δημιουργώντας μία δενδροειδή μορφή.

Ένα σύστημα αρχείων του Λ.Σ. προσφέρει στον χρήστη ένα εικονικό περιβάλλον διαχείρισης, το οποίο του δίνει τη δυνατότητα να εκτελεί μία σειρά από πράξεις όπως η δημιουργία (με προσδιορισμό ονόματος και τύπου), η διαγραφή, η μετονομασία, η αντιγραφή και το κλείσιμο αρχείων. Επιπλέον, είναι δυνατή η τροποποίηση του περιεχομένου ή η αντιγραφή του περιεχομένου ενός αρχείου σε ένα άλλο.

3.1.4.4 Διαχείριση Λειτουργιών Εισόδου/Εξόδου

Το τμήμα του Λ.Σ. το οποίο ασχολείται με τις διαδικασίες εισόδου/εξόδου μεταξύ του κεντρικού μέρους και των εξωτερικών προς αυτό συσκευών εξασφαλίζει τη διασύνδεση των συσκευών με το κεντρικό

από την Google (2007) και αργότερα από την Open Handset Alliance (Εικόνα 3.6).

Ανακεφαλαίωση

Ένα Λ.Σ αποτελείται από ένα σύνολο προγραμμάτων τα οποία ελέγχουν ένα υπολογιστικό σύστημα, και λειτουργεί ως ενδιάμεσος ανάμεσα στο σύστημα και τον χρήστη. Τα χαρακτηριστικά των συγχρόνων Λ.Σ. είναι ο πολυπρογραμματισμός και η πολυδιεργασία. Έχουν αναπτυχθεί διάφορα Λ.Σ. τα οποία εξελίσσονται παράλληλα με την εξέλιξη της αρχιτεκτονικής των σύγχρονων επεξεργαστών.

Ερωτήσεις - Δραστηριότητες - Θέματα προς συζήτηση

1. Ποιο ρόλο επιτελεί το Λειτουργικό Σύστημα σε έναν υπολογιστή;
2. Να αναφέρετε ονομαστικά τις μεθόδους διαχείρισης των περιφερειακών συσκευών από το Λ.Σ.
3. Δείτε ποια Λ.Σ. διαθέτει το εργαστήριο υπολογιστών του σχολείου σας και εντοπίστε ομοιότητες και διαφορές.
4. Αν στην τάξη σας βρίσκονται μαθητές με διαφορετική καταγωγή, μελετήστε τις ασυμβατότητες των Λ.Σ. μεταξύ διαφορετικών γλωσσών.
5. Αναζητήστε το LiveCD του Linux και δοκιμάστε το σε κάποιους υπολογιστές του σχολικού εργαστηρίου.
6. Αναζητήστε πληροφορίες για Λ.Σ. τα οποία είναι φιλικά στη χρήση τους από Άτομα με Αναπηρία (ΑμεΑ).
7. Ποια από τα παρακάτω αποτελούν εργασίες ενός Λ.Σ.;
   • Α. Εκτύπωση
   • Β. Διαχείριση μνήμης
   • Γ. Επεξεργασία κειμένου
   • Δ. Διαχείριση Κ.Μ.Ε.