Что такое операционная система? Функции, история, виды

Что такое операционная система

Операционная система (ОС, OS) — это целый комплекс программного обеспечения, позволяющее управлять ресурсами устройства, на которое она установлена. Так, ОС полностью управляет всей начинкой/железом компьютера, ноутбука или, к примеру, смартфона. Она позволяет пользователю взаимодействовать с устройством и обеспечивает эффективное распределение вычислительных ресурсов между процессами.

ОС предоставляет разработчикам программного обеспе

ОС предоставляет разработчикам программного обеспечения простой интерфейс для создания программ, который значительно упрощает разработку. Важно отметить, что программы пишутся исключительно под отдельную OS. Подробно мы уже рассматривали это в материале — программа, что это.

В большинстве устройств именно операционная система является основной частью системного программного обеспечения. И, в зависимости от самой ОС, может предоставлять пользователю разный функционал. А чаще всего, к примеру, Windows позволяет пользователю самому устанавливать программное обеспечение и по желанию расширять возможности/функционал своего компьютера или ноутбука.

На данный момент самыми распространенными являются Windows и Unix, подобные системы, тот же Linux, Mac OS, Android, IOS и другие.

Интересно! Типы ОС мы подробно рассмотрели в материале — виды операционных систем. Там вы найдете всю нужную информацию с иллюстрированными картинками.

Стоит отметить, что не во всех устройствах используются ОС. К примеру, в простой технике она просто не нужна. Это те же магнитолы, простые приставки, кухонная техника. Т.е. в той, где по сути выполняется одна простая программа при включении.

А вот, если уже нужно выполнение нескольких разных программ, единый механизм хранения данных, вариативность и графический интерфейс, то ОС уже необходима.

Ядром операционной системы называется самая важная ее часть, которая управляет выполнением процессов и всеми ресурсами компьютера/устройства. Оно предоставляет запускаемым процессам доступ к этим ресурсам и координирует их работу.

Видео

Сетевая операционная система

Сетевая операционная система работает на сервере и предоставляет серверу возможность управлять данными, пользователями, группами, безопасностью, приложениями и другими сетевыми функциями. Основная цель сетевой операционной системы — предоставить общий доступ к файлам и принтерам для нескольких компьютеров в сети, обычно в локальной сети (LAN), в частной сети или в других сетях.

Примеры сетевых операционных систем включают Microsoft Windows Server 2003, Microsoft Windows Server 2008, UNIX, Linux, Mac OS X, Novell NetWare и BSD.

Преимущества сетевых операционных систем следующие:

  • Централизованные серверы очень стабильны.
  • Безопасность управляется сервером.
  • Обновления до новых технологий и оборудования могут быть легко интегрированы в систему.
  • Удаленный доступ к серверам возможен из разных мест и типов систем.

Недостатки сетевых операционных систем заключаются в следующем —

  • Высокая стоимость покупки и запуска сервера.
  • Зависимость от центрального местоположения для большинства операций.
  • Требуется регулярное обслуживание и обновления.

Как оборудование взаимодействует с ОС?¶

Оборудование взаимодействует с ОС с помощью аппаратных прерываний. И одна из функций ОС — абстрагирование оборудования.

Что это значит?¶

У каждого оборудования есть свой фиксированный интерфейс. Например, операции с флешкой, жестким диском, сетевой платой и многими другими будут похожи по своему типу — «записать/считать данные». Но у каждого устройства для этого, тем не менее, будет свой особенный и отличный от других интерфейс. То есть эти однотипные действия нужно будет выполнять для разных устройств по разному.

ОС должка выполнять одни и те же операции над разными типами устройств. И чтобы она выполняла их однообразно — нужно чтобы был общий интерфейс. Реализацией этого общего интерфейса занимаются специальные программы — драйверы устройств. То есть, ОС обращается к драйверам устройств используя однотипные команды «отправить команду/считать/записать», а драйвера уже превращает эти команды в то, что понимает конкретное устройство.

Схема организации ОС расширяется добавлением интерфейса взаимодействия ОС и оборудования — специальные программы «драйвера»:

Рис 5. Интерфейс драйверов

Как операционная система загружается в компьютер?¶

Процесс загрузки операционной системы и вообще компьютера имеет несколько этапов, основные из которых:

Запуск компьютера – на процессор подаётся напряжение и его элекрические компоненты начинают работу. Процессор начинает исполнять инструкции с фиксированного, аппаратно зашитого в него адреса. По этому адресу находится специальная программа POST – Power On Self Test. Которая проверяет работоспособность основных компонентов вычислительной системы. Далее, управление передаётся BIOS’y — Basic Input Output System (Базовая система ввода-вывода), которая инициализирует основные устройства ввода-вывода: загрузочные устройства (раличные хранители информации: HDD, SSD, Flash и так далее), клавиатура, монитор и прочее. BIOS обращается к загрузочному устройству и читает первый блок данных, на котором должен находиться загрузчик. Загружает его в память и передаёт ему управление. Загрузчик загружает в память и инициализирует основные компоненты операционной системы и передаёт ей управление. Операционная система запускает таймер, который будет возвращать управление операционной системе каждый, заранее установленный разработчиками ОС, квант времени. Это делается для реализация Scheduler’a — планировщика, чтобы ОС могла управлять и контролировать процессы. Операционная система создаёт первый процесс-пользователя и дальше от него начинают множится другие процессы.

Функции операционной системы

Функции ОС зависят от того, какие возможности вложили в нее разработчики и от установленного железа в устройстве/компьютере. Но есть самые основные, присущие всем ОС:

  • Исполнение запросов программного обеспечения — программ и драйверов
  • Выполнение программ и загрузка их в оперативную память
  • Стандартизированный доступ к устройствам ввода-вывода
  • Организация надежных вычислительных процессов
  • Многозадачность
  • Управление процессором, оперативной памятью, видеоадаптером, жесткими дисками и другим железом компьютера или другого устройства
  • Обеспечение пользовательским интерфейсом — в новых ОС он графический
  • Отладка ошибок и их логирование
  • Распределение ресурсов ПК или другого устройства между запущенными процессами

Также есть и множество дополнительных функций, которые уже зависят от типа ОС. К примеру, многопользовательский режим, сетевые операции или режим защиты.

Функции ОС

  • Программы делятся на задачи, загружаются в операционную систему и распределяются по процессорам. Так работает функция управления оперативной памятью.
  • Загрузка программ в оперативную память — это функция их выполнения.
  • ОС считывает информацию с дисков, флеш карт и других внешних устройств. Это функция управления носителями информации.
  • Функция доступа ко всем устройствам. Под устройствами понимается все то, что подключено к компьютеру и позволяет принимать информацию (например мышь и клавиатура), а так же выдавать её (например монитор, сканер, принтер).
  • Чтобы было просто и понятно работать за компьютером создан интерфейс пользователя.
  • ОС может сохранять данные о сбоях программы, ошибках работы и сама их исправить. Но происходит это в редких случаях.

Windows – это самая распространенная ОС на земле

Все ругают семейство этих операционных систем за «прожорливость» к ресурсам компьютера, низкую стабильность работы и утомляющую загрузку обновлений. Тем не менее этой ОС пользуются более 90% пользователей. И этому есть объяснение.

У Windows есть масса преимуществ перед конкурентами, приведем некоторые из них:

  1. надежная поддержка железа (видеокарт, аудиокарт, принтеров, видеокамер и т.д.);
  2. легкость в установке приложений и программ (программа скачивается, а затем устанавливается, кликнув два раза мышкой по установщику);
  3. дружелюбный интерфейс, использовать ОС в быту легко, освоит и ребенок (интуитивно понятный);
  4. большой выбор программ для windows (игры, графические и текстовые редакторы, антивирусы и т.д.).

Здесь перечислены основные достоинства, они дают объяснение, почему пользователи выбирают эту ОС.

Но существуют и некоторые минусы:

Но существуют и некоторые минусы:

  1. долгая загрузка ОС;
  2. постоянные перезагрузки и необходимость установки обновлений (чтобы обеспечивать безопасность);
  3. возможная потеря данных или работоспособности компьютера при попадании вируса в систему.

Как видим, преимуществ больше, а главное заключается в удобстве.

Каждый пользователь без проблем способен в ней разобраться за пару часов, в этом секрет популярности.

Состав

  1. Средство управления памятью – в состав входят модули для работы с файловой системой накопителя и оперативной памятью. Эффективность системы важна при выполнении параллельных вычислений, при высоких нагрузках.
  2. Командный процессор – программное средство, которое принимает запросы пользователя и выполняет их.
  3. Драйверы аппаратных компонентов – низкоуровневые приложения, взаимодействующие с контроллерами устройств. Предоставляют доступ к последним, позволяют конфигурировать их. Каждый драйвер разрабатывается под конкретный девайс. С технологией «горячего» подключения автоматически обнаруживают периферию сразу после подсоединения.
  4. Оболочка, shell – ныне это графический интерфейс – среда для взаимодействия пользователя с программным и аппаратным комплексами.
  5. Системное ПО – утилиты для работы с:
    • файлами (копирование, просмотр, удаление), файловый менеджер;
    • накопителями – резервирование, обслуживание;
    • самой ОС – поиск и устранение ошибок, восстановление системы.
  6. Справочной системы – встроенная (офлайн) справка с описанием функций операционной системы, её модулей, решения проблем.

Отдельно отметим ядро (kernel) – противоположность оболочки, внутренняя структура «операционки». Это её основа, включающая компоненты, необходимые для запуска и функционирования ОС. На уровне ядра реализованы сетевые возможности, доступ к накопителям как на самом низком уровне доступа софта к данным. В его состав входят: потоки с событиями, файлы с процессами, планировщик и диспетчер задач.

Архитектура

На следующем рисунке показана архитектура системы Linux —

  Архитектура системы Linux состоит из следующих у

Архитектура системы Linux состоит из следующих уровней:

Аппаратный уровень — Аппаратное обеспечение состоит из всех периферийных устройств (RAM / HDD / CPU и т. Д.).

Ядро — это основной компонент операционной системы, напрямую взаимодействующий с оборудованием, обеспечивающий низкоуровневые услуги для компонентов верхнего уровня.

Shell — интерфейс к ядру, скрывающий сложность функций ядра от пользователей. Оболочка принимает команды от пользователя и выполняет функции ядра.

Утилиты — служебные программы, которые предоставляют пользователю большую часть функциональных возможностей операционных систем.

Теги