Четвертое поколение (с 1980 года по наши дни): персональные компьютеры

Следующий период в эволюции операционных систем связан с появлением больших интегральных схем (LSI, Large Scale Integration) — кремниевых мик­росхем, содержащих тысячи транзисторов на одном квадратном сантиметре. С точки зрения архитектуры персональные компьютеры (первоначально назы­ваемые микрокомпьютерами) были во многом похожи на мини-компьютеры класса PDP-11, но, конечно, отличались по цене. Если появление мини-компью­теров позволило отделам компаний и факультетам университетов иметь собст­венный компьютер, то с появлением микропроцессоров каждый человек полу­чил возможность купить свой собственный персональный компьютер. Мощные персональные компьютеры, используемые в бизнесе, университетах и прави­тельственных учреждениях, называют рабочими станциями, но в действительно­сти это просто большие персональные компьютеры. Обычно такие компьютеры соединяются сетью.

Широкая доступность вычислительных мощностей, особенно интерактивных систем, обладающих неплохой графикой, привело к росту производства про­граммного обеспечения. Большинство производимых программ имели дружест­венный интерфейс, то есть рассчитывались не просто на пользователей, ничего не знающих о программе, но на пользователей, не испытывающих желания ее изучать. Это сильно отличалось от OS/360, где язык управления задачами (JCL, Job Control Language) был настолько запутан, что о нем писались целые книги.

Изначально на сцене персональных компьютеров и рабочих станций доми­нировали две операционные системы: MS-DOS от Microsoft и UNIX. MS-DOS широко использовалась на персональных компьютерах Intel и других системах, основанных на процессоре Intel 8088 и его наследниках: 80286, 80386 и 80486 (которые далее будут обозначаться просто как 286, 386 и 486 соответственно), а также Pentium и Pentium Pro. Первые версии MS-DOS были относительно примитивны, но со временем в систему вошли многие другие возможности, в том числе и многие из UNIX. Как следующая ступень после MS-DOS, Microsoft пред­лагается ОС WINDOWS. Сначала она работала поверх MS-DOS (то есть была скорее оболочкой, чем операционной системой), но в 1995 году была выпущена самостоятельная версия, Windows 95®, которой уже не требовалась MS-DOS. Другая операционная система от Microsoft, Windows NT, поддерживает некото­рую совместимость с Windows 95, но на внутреннем уровне она полностью пере­писана.

Другой основной соперник — UNIX. Эта операционная система доминирует на рабочих станциях и других мощных компьютерах, таких как сетевые серверы. Особенно популярна эта ОС на высокопроизводительных системах на RISC процессорах. Вычислительная мощность таких машин обычно соответствует мощности мини-компьютера, хотя они и предназначены для одного пользовате­ля. Поэтому вполне логично применять на таких машинах ОС для мини-компь­ютеров, а именно UNIX.

С середины 80-х годов начали расти и развиваться сети персональных компью­теров, управляемых сетевыми и распределенными операционными системами [80]. В сетевой операционной системе пользователи знают о существовании много­численных компьютеров, могут регистрироваться на удаленных машинах и ко­пировать файлы с одной машины на другую. Каждый компьютер работает под управлением локальной операционной системы и имеет своего собственного ло­кального пользователя (или пользователей).

Сетевые операционные системы несущественно отличаются от однопроцес­сорных операционных систем. Ясно, что они нуждаются в сетевом интерфейс­ном контроллере и специальном низкоуровневом программном обеспечении, поддерживающем работу контроллера, а также в программах, разрешающих пользователям удаленную регистрацию в системе и доступ к удаленным файлам. Но эти дополнения по сути не изменяют структуры операционной системы.

Распределенная операционная система, напротив, представляется пользова­телям традиционной однопроцессорной системой, хотя она и составлена из мно­жества процессоров. При этом пользователи не должны беспокоиться о том, где работают их программы или где расположены файлы; все это должно автомати­чески и эффективно обрабатываться самой операционной системой.

Чтобы создать настоящую распределенную операционную систему, недоста­точно просто добавить несколько страниц кода к однопроцессорной операци­онной системе, так как распределенные и централизованные системы имеют существенные различия. Распределенные системы, например, часто позволяют прикладным задачам одновременно обрабатываться на нескольких процессорах, поэтому требуется более сложный алгоритм загрузки процессоров для оптими­зации распараллеливания.

Наличие задержек при передаче данных в сетях означает, что эти алгоритмы должны работать с неполной, устаревшей или даже неправильной информацией. Эта ситуация радикально отличается от однопроцессорной системы, в которой операционная система обладает полной информацией относительно состояния системы.