Компьютерийн шинжлэх ухаан дахь үйлдлийн системийг ойлгох
Компьютер бүрийн үйл ажиллагааны цөм нь үйлдлийн систем (OS) байдаг. Энэ нь техник хангамжийг удирдаж, системийн нөөцийг удирдаж, хэрэглэгч, программууд болон машин хоорондын харилцан үйлчлэлийг хөнгөвчлөх мастер програм хангамж юм. Компьютерийн шинжлэх ухааны хүрээнд үйлдлийн системийн үндсийг судалж, тэдгээрийн бүрэлдэхүүн хэсэг, төрөл, функцийг ойлгоцгооё.
Үйлдлийн систем гэж юу вэ?
Үйлдлийн систем (OS) нь компьютерийн техник хангамж, програм хангамжийн нөөцийг удирдаж, компьютерийн программуудад нийтлэг үйлчилгээ үзүүлдэг хүчирхэг бөгөөд зайлшгүй шаардлагатай програм хангамж юм. Бусад програмуудыг ажиллуулахын тулд компьютер бүр дор хаяж нэг үйлдлийн системтэй байх ёстой. Үйлдлийн систем нь хэрэглэгчид болон компьютерийн техник хангамжийн хооронд зуучлагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Алдартай үйлдлийн системүүдийн жишээнд Microsoft Windows, macOS, Linux болон Android орно.
Үйлдлийн системийн үндсэн функцууд
Үйлдлийн систем нь компьютерийн системийн үйл ажиллагаанд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг өргөн хүрээний функцуудтай. Түүний үндсэн функцүүдийн зарим нь:
- Процессын менежмент: Энэ нь процессыг үүсгэх, төлөвлөх, дуусгах үйл явцыг зохицуулдаг. Процесс нь хэрэгжиж байгаа программ бөгөөд үйлдлийн систем нь системийн жигд ажиллагааг хангахын тулд эдгээр процессуудыг үр дүнтэй удирддаг.
- Санах ойн менежмент: Үйлдлийн систем нь системийн санах ойг удирддаг бөгөөд үүнд санах ойг шаардлагатай үед процессуудад хуваарилах, хуваарилах, шаардлагагүй үед чөлөөлөх зэрэг орно.
- Файлын системийн удирдлага: Энэ нь файлыг хадгалах, хайх, нэрлэх, хуваалцах, хамгаалахтай холбоотой. Үйлдлийн систем нь файлын шатлалыг хадгалж, файлын байршил, хэмжээ, төрөл зэрэг мэдээллийг бүртгэдэг.
- Төхөөрөмжийн удирдлага: Үйлдлийн систем нь холбогдох драйверуудаараа дамжуулан төхөөрөмжийн холболтыг удирддаг. Энэ нь хэвлэгч рүү хэвлэх команд илгээх, гарнаас өгөгдөл унших, CPU-ийн ажиллагааг удирдах зэрэг ажлуудыг гүйцэтгэдэг.
- Аюулгүй байдал ба хандалтын хяналт: Үйлдлийн систем нь зөвшөөрөлгүй хэрэглэгчдийг системд нэвтрэхгүй байхыг баталгаажуулж, хортой аюулаас хамгаалдаг. Энэ нь өгөгдлийг хамгаалахын тулд хэрэглэгчийн бүртгэл, нууц үг, төрөл бүрийн зөвшөөрлийг удирддаг.
Үйлдлийн системийн төрлүүд
Үйлдлийн системүүдийг үйл ажиллагаа, үзүүлж буй үйлчилгээнээсээ хамааран ангилж болно. Хамгийн түгээмэл төрлүүд нь:
- Багц үйлдлийн системүүд: Эдгээр үйлдлийн системүүд нь компьютертэй шууд харьцдаггүй. Энд хэрэглэгчийн оролцоогүйгээр ажлын байрыг нэг нэгээр нь цуглуулж, багцалж, боловсруулдаг.
- Олон үйлдэлт/цаг хуваах үйлдлийн системүүд: Эдгээр нь CPU-ийн цагийн зүсмэлүүдийг хуваалцах замаар олон програмыг зэрэг ажиллуулах боломжийг олгодог. Жишээ нь Линукс болон Windows орно.
- Бодит цагийн үйлдлийн систем (RTOS): RTOS нь суулгагдсан систем гэх мэт цагийн хязгаарлалттай орчинд ашиглагддаг. Тэд өгөгдлийг орж ирэхэд нь буфер сааталгүйгээр боловсруулдаг.
- Сүлжээний үйлдлийн системүүд: Эдгээр нь серверүүд дээр ажилладаг бөгөөд сүлжээгээр дамжуулан олон үйлчлүүлэгчдэд үйлчлэх, өгөгдөл, хэрэглэгчид, бүлгүүд, аюулгүй байдал, програмуудыг удирдах боломжийг олгодог.
- Түгээмэл үйлдлийн системүүд: Тэд бие даасан компьютеруудын бүлгийг удирдаж, хэрэглэгчдэд нэг компьютер мэт харагдуулдаг. Боловсруулалтыг олон физик машинд тараадаг.
Санах ойн менежмент
Санах ойн менежмент нь системийн үйлдлийн системээр тодорхой санах ойн блокуудыг бие даасан процессуудад хуваарилах, дахин хуваарилах явдал юм. Санах ойн удирдлагын нэг чухал тал бол физик болон виртуал санах ойг ялгах явдал юм.
- Физик санах ой: Энэ нь систем дээр байгаа бодит RAM (Random Access Memory) юм.
- Виртуал санах ой: Энэ нь нэмэлт RAM-г дуурайхад ашигладаг хатуу диск дээрх зай юм. Энэ нь зөвхөн физик санах ойн чадавхиас гадна том програмууд эсвэл олон програмуудыг нэгэн зэрэг гүйцэтгэх боломжийг олгодог.
Санах ойг удирдах хамгийн энгийн арга бол процесс бүр санах ойн нэг зэргэлдээ хэсэгт агуулагддаг залгаа хуваарилалт юм. Гэсэн хэдий ч энэ арга нь хуваагдмал гэх мэт дутагдалтай талуудтай. Үүнийг даван туулахын тулд орчин үеийн үйлдлийн системүүд пейжинг болон сегментчлэлийг ашигладаг.
Процессын хуваарь
Процессын хуваарь гэдэг нь бэлэн дараалалд байгаа аль процессыг процессор гүйцэтгэхийг үйлдлийн систем шийддэг арга юм. Гол зорилго нь CPU-ийн ашиглалтыг нэмэгдүүлэх явдал юм. Төлөвлөлтийн алгоритмууд нь:
- Эхлээд ирсэн, түрүүлж үйлчилдэг (FCFS): Үйл явцыг ирэх дарааллаар нь авч үздэг.
- Дараагийн хамгийн богино ажил (SJN): Энэ алгоритм нь дараагийн гүйцэтгэх хамгийн богино хугацаатай процессыг сонгоно. Энэ нь илүү сайн гүйцэтгэлд хүргэж болох ч гүйцэтгэлийн цаг хугацааны талаар урьдчилан мэдлэгтэй байхыг шаарддаг.
- Round Robin (RR): Процесс бүр нь тодорхой цаг хугацаатай бөгөөд ээлж дараалан гүйцэтгэгддэг. Энэ арга нь үйл явц хоорондын шударга байдлыг баталгаажуулдаг.
- Тэргүүлэх хуваарь: Процесс бүрд тэргүүлэх ач холбогдол өгдөг бөгөөд гүйцэтгэл нь тэргүүлэх дараалалд суурилдаг. Дээд зэрэглэлийн процессууд нь доод ач холбогдолтой процессуудын өмнө хийгддэг.
Файлын системүүд
Файлын систем нь OS нь дискэн дээрх файлуудыг хадгалах, цэгцлэх, удирдахад ашигладаг зохион байгуулалттай арга юм. Энэ нь програмуудыг дискний санах ойд уншиж бичих боломжийг олгодог. Файлын системийн нийтлэг төрөлд FAT32, Windows-д зориулсан NTFS, Linux-д зориулсан Ext3, Ext4 орно. Файлын систем нь файлын нэр, хэмжээ, үүсгэх, өөрчлөх огноо зэрэг файлуудын мета өгөгдлийг удирддаг.
Дүгнэлт
Үйлдлийн систем нь компьютер болон тооцоолох төхөөрөмжүүдийн үйл ажиллагааны салшгүй хэсэг юм. Энэ нь хэрэглэгч болон техник хангамжийн хоорондох чухал интерфэйсийг хангаж, нөөцийг үр ашигтайгаар удирдаж, системийн ерөнхий аюулгүй байдал, үр ашгийг баталгаажуулдаг. Үйлдлийн системийн ажиллагаа, төрөл, бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ойлгох нь компьютерийн шинжлэх ухааны салбарт чухал ач холбогдолтой юм.
