Операционные системы — что это такое, виды ОС и какую выбрать. Что такое операционная система?

В 1950-х и 1960-х годах были сформулированы и реализованы фундаментальные идеи, определяющие функциональность операционных систем: Пакетный режим, синхронизация и многозадачность, разделение питания, масштабирование в реальном времени, файловые структуры и файловые системы.

Операционная система

Операционная система, сокращенно ОС (ОС ) — набор управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выполняют роль интерфейса между устройствами компьютерной системы и приложениями, а с другой стороны, используются для управления устройствами, контроля вычислительных процессов, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надежных вычислений. Это определение применимо к большинству современных операционных систем общего назначения.

В логической структуре типичной компьютерной системы операционная система занимает место между устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственной (встроенной) микропрограммой, с одной стороны, и прикладными программами — с другой.

Операционная система позволяет разработчикам программного обеспечения абстрагироваться от деталей реализации и работы устройств, предоставляя минимальный набор функций (см.: интерфейс прикладного программирования).

В большинстве компьютерных систем операционная система является наиболее важной (а иногда и единственной) частью системного программного обеспечения. С 1990-х годов наиболее широко используемыми операционными системами являются системы семейства Windows и системы класса UNIX (особенно Linux и Mac OS).

Схема, иллюстрирующая место операционной системы в многоуровневой структуре компьютера

Содержание

• 1 Функции
• 2 Понятие
• 3 Ядро
• 4 Эволюция и основные идеи
  • 4.1 Пакетный режим
  • 4.2 Разделение времени и многозадачность
  • 4.3 Разделение полномочий
  • 4.4 Реальный масштаб времени
  • 4.5 Файловые системы и структуры
  • Исполнение запросов программ (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).
  • Загрузка программ в оперативную память и их выполнение.
  • Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).
  • Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).
  • Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе.
  • Обеспечение пользовательского интерфейса.
  • Сохранение информации об ошибках системы.
  • Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).
  • Эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами.
  • Разграничение доступа различных процессов к ресурсам.
  • Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам.
  • Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.
  • Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.
  • Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа (см.: аутентификация, авторизация).

  Элементы операционной системы:

  • Загрузчик
  • Ядро
  • Командный процессор (интерпретатор)
  • Драйверы устройств
  • Интерфейс

  Понятие

  Существует два определения операционной системы: «набор программ, управляющих аппаратным обеспечением» и «набор программ, управляющих другими программами». И то, и другое имеет свое точное техническое значение, которое относится к тому, когда необходима операционная система.

  Существуют компьютерные приложения, в которых операционные системы не нужны. Встроенные микрокомпьютеры во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по дюжине штук) и простейших мобильных телефонах, например, выполняют только одну программу, которая запускается при включении. Многие простые игровые приставки — которые также являются специализированными микрокомпьютерами — могут работать без операционной системы и запускать программы, хранящиеся на вставленном «картридже» или CD-ROM.

  Операционные системы необходимы, когда:

  • вычислительная система используется для различных задач, причём программы, решающие эти задачи, нуждаются в сохранении данных и обмене ими. Из этого следует необходимость универсального механизма сохранения данных; в подавляющем большинстве случаев операционная система отвечает на неё реализацией файловой системы. Современные системы, кроме того, предоставляют возможность непосредственно «связать» вывод одной программы со вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции;
  • различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий. Например, простой ввод символа с клавиатуры и отображение его на экране может потребовать исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция — тысяч. Чтобы не программировать их каждый раз заново, операционные системы предоставляют системные библиотеки часто используемых подпрограмм (функций);
  • между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от несанкционированного доступа, а возможная ошибка в программе не вызывала тотальных неприятностей;
  • необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере (даже содержащем лишь один процессор), осуществляемой с помощью приёма, известного как «разделение времени». При этом специальный компонент, называемый планировщиком, делит процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочерёдно различным исполняющимся программам (процессам);
  • оператор должен иметь возможность так или иначе управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого служат операционные среды — оболочка и наборы утилит — они могут являться частью операционной системы.

  Поэтому современные универсальные операционные системы в основном делятся на следующие категории:

  • использующие файловые системы (с универсальным механизмом доступа к данным),
  • многопользовательские (с разделением полномочий),
  • многозадачные (с разделением времени).

  Многозадачность и распределение обязанностей требуют определенной иерархии привилегий компонентов самой операционной системы. В операционной системе можно выделить три группы компонентов:

  • ядро, содержащее планировщик; драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием; сетевая подсистема, файловая система;
  • системные библиотеки;
  • оболочка с утилитами.

  Большинство программ, обе программы

  Операционная система — это самая главная программа на ПК

  Это интерфейс (мост) между «железом» в компьютерном модуле или корпусе телефона (процессор, память, жесткий диск) и пользователем.

  Он предназначен для управления общей работой компьютера и эффективного использования его ресурсов. Операционная система — это «большой босс», который выполняет следующие функции:

  Для удобства взаимодействия пользователя с программным обеспечением (Microsoft Word, браузеры, игры и т.д.) операционные системы имеют графический интерфейс пользователя (графическую оболочку).

  Первой действительно популярной операционной системой была Windows 95, и ее главной особенностью был графический интерфейс, который позволял управлять компьютером с помощью мыши, делая его понятным большему количеству людей. Ранние операционные системы требовали специальных знаний (команд) для управления компьютером.

  1. управляет свободными ресурсами оперативной памяти, жестких дисков или карт памяти;
  2. руководит загрузкой процессора;
  3. распределяет потоки процессов для создания многозадачности (одновременное открытие нескольких программ);
  4. устанавливает, обновляет и удаляет (при помощи пользователя или автоматически) программы и приложения.

  Основные типы операционных систем делятся на однозадачные и многозадачные. Современные операционные системы относятся ко второму типу, т.е. они могут выполнять несколько задач.

  Среди наиболее популярных — Microsoft Windows, Linux и macOS. Все они имеют свои преимущества и недостатки. Давайте рассмотрим каждый из них более подробно.

  Все критикуют это семейство операционных систем за «жадность» к ресурсам компьютера, низкую стабильность работы и длительную загрузку обновлений. Однако эта операционная система используется более чем 90% пользователей компьютеров. Для этого есть веская причина.

  Windows имеет множество преимуществ перед своими конкурентами, некоторые из них перечислены ниже:

  Windows – это самая распространенная ОС на земле

  Вот основные преимущества, которые объясняют, почему пользователи выбирают эту операционную систему.

  Однако есть и некоторые недостатки:

  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.).

  Как мы видим, преимуществ больше, и самое главное из них — удобство.

  

  Любой пользователь может понять его в течение нескольких часов без каких-либо проблем, в этом секрет его популярности.

  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.

  Эта (основанная на Unix) операционная система немного отличается.

  Ядро — это ядро, в котором установлена поддержка драйверов (для работы с другими устройствами). Основная концепция этой операционной системы — пакет, так как она полностью состоит из пакетов.

  Linux – это надежность и безопасность везде

  Если в Windows каждое приложение занимает свою собственную папку, то в Linux файлы расположены в разных папках: исполняемые файлы программы находятся в одном месте, а конфигурационные файлы, относящиеся к настройкам программы, — в другой папке.

  Такое хранение и расположение файлов сбивает с толку пользователей, но с точки зрения логики такое разделение кажется логичным.

  Отметим преимущества этой операционной системы:

  

  Но и здесь не обойтись без недостатков:

  Windows побеждает в этом раунде. Пользователи не захотят знакомиться с новой системой, потому что им нужен результат: «Все работает прямо из коробки». Linux — это операционная система для людей, которые любят узнавать новое.

  1. бесплатность системы (на сайте с выбранным дистрибутивом скачиваем необходимый образ, записываем на флешку и устанавливаем на компьютеры пользователей);
  2. программное обеспечение бесплатное (графические редакторы, текстовые и т.д.);
  3. модификация программ, если знаешь язык программирования, то можно смело писать собственные программы или изменять существующие;
  4. запуск программ и игр, предназначенных для системы windows, выполняется через эмуляторы (wine, виртуальные машины);
  5. благодаря архитектуре и сложной системе написания вирусов и активации их на Linux, она весьма надежна и безопасна, поэтому Unix-подобные системы стоят «на страже» большинства серверов.

  Дистрибутивы Linux становятся все более «дружественными» к пользователю, предлагая дружественный графический интерфейс, удобные менеджеры пакетов, растущий выбор игр и приложений (Ubuntu, Linux Mint подходят для начинающих).

  1. неполная поддержка аппаратного обеспечения (видеокарт, аудиокарт, принтеров и т.д.), но ситуация постоянно улучшается, с каждым новым релизом поддерживается все больше устройств;
  2. меньшее количество игр и программ, разработчикам коммерческого ПО невыгодно вкладываться в бесплатные версии программ, поэтому они остаются в сегменте Windows;
  3. необходимость постоянного самообучения, при возникновении проблем с программой и драйверами ответы на вопросы необходимо искать на форумах, посвященных данной ОС, так как они неочевидны.

  Первая популярная операционная система входила в семейство Windows. Он был выпущен в 1995 году и имел узнаваемый интерфейс

  Эта операционная система основана на Unix и имеет существенные отличия от Windows. Самым важным и фундаментальным отличием является расположение системных файлов. В Windows каждая программа и приложение имеют свою собственную папку, содержащую все файлы, отвечающие за запуск программы. В Linux используется другая классификация: файлы сортируются в соответствии с задачей, которую они выполняют.

  Виды операционных систем для ПК

  Windows

  Преимущества

  Недостатки

  • Стабильная поддержка «железа».
  • Дружелюбный интерфейс.
  • Легкость установки новых программ.
  • Большой выбор программ.

  Эта операционная система была разработана компанией Apple и предназначена для использования в ее экосистеме. Ее генезис схож с генезисом Linux, с той лишь разницей, что Mac OS работает по подписке.

  • Необходимость постоянной перезагрузки при установке обновлений.
  • Возможные сбои в программах при попадании вируса.
  • Относительно долгая загрузка ОС.

  Linux

  Плюсы

  Недостатки

  • Система бесплатна: ее можно свободно скачать с сайта Linux. Бесплатно и все программное обеспечение.
  • Программы можно модифицировать при наличии знаний в программировании.
  • Безопасность с точки зрения проникновения в систему вирусов. Вирусы для Linux сложно написать.
  • Возможность запуска приложений для Windows с помощью эмуляторов.

  Эта операционная система была разработана компанией Apple и предназначена для использования в ее экосистеме. Ее генезис схож с генезисом Linux, с той лишь разницей, что Mac OS работает по подписке.

  • Есть проблемы с поддержкой аппаратного обеспечения и внешних устройств (например принтеров), но с каждым обновлением это улучшается.
  • Программ и игр для Linux создается мало, поскольку разработчики не готовы вкладываться в бесплатное ПО.
  • Чтобы работать с Linux, нужно постоянно самообучаться и совершенствовать знания.

  Mac OS

  Окна. Подходит, если вам нужна простая и надежная операционная система для частного и профессионального использования.

  Недостатки

  • Возможность создать архитектуру под определенную экосистему и дорабатывать ее до совершенства.
  • Эффективность в расходовании оперативной памяти и взаимодействии с «железом».
  • Стабильность работы системы.

  Эта операционная система была разработана компанией Apple и предназначена для использования в ее экосистеме. Ее генезис схож с генезисом Linux, с той лишь разницей, что Mac OS работает по подписке.

  Каждая операционная система имеет графический интерфейс пользователя, который облегчает взаимодействие пользователя с технологией. Графический интерфейс пользователя — это «лицо» любой операционной системы, по которому ее легко отличить от других.

  Как выбрать операционную систему

  Широкое разнообразие существующих операционных систем можно разделить на четыре основных типа:

  Важно знать некоторые тонкие нюансы, которые могут затруднить определение типа операционной системы. Существуют многопользовательские операционные системы и системы, поддерживающие сетевые соединения. И это разные операционные системы. Windows 2000 и Novell Netware, например, поддерживали сотни и даже тысячи сетевых подключений. Но их нельзя считать настоящими многопользовательскими решениями. Единственным реальным пользователем Windows 2000 и Netware является системный администратор. Поддержка сети и все учетные записи удаленных пользователей интегрированы в общую концепцию операционной системы, которая программно определяется администратором операционной системы.

  Загрузчик — это небольшая программа, у которой есть только одна функция: загрузить операционную систему в память. Это позволяет запустить загрузчик. Как правило, загрузчик запускает небольшие драйверы, которые взаимодействуют с различными аппаратными подсистемами и управляют ими. Все они располагаются в одной памяти, в которой также находится сама операционная система, информация о пользователе и приложения. Структура данных с множеством сигналов, указателей и таймеров, взаимодействующих внутри и между подсистемами компьютера и приложениями, приходит в движение. Затем управление компьютером передается операционной системе.

  Функции операционной системы

  • Руководство загрузкой процессора.
  • Управление свободными ресурсами памяти.
  • Установка и обновление приложений и программ.
  • Распределение потоков процессов и поддержка многозадачности (одновременного выполнения нескольких задач).

  Мы поставили запятую в этом месте, потому что еще не говорили о том, какие группы задач выполняет типичная операционная система. Но это будет темой следующего повествования.

  Типы операционных систем

  

  Это будет продолжаться…

  1. Операционные системы реального времени (Real-time operating system, RTOS). Операционные системы реального времени предназначены для управления машинным оборудованием, научными инструментами и промышленными системами. Обычно пользовательский интерфейс таких систем не балует дизайнерскими изысками, а утилиты, ориентированные на конечного пользователя, отсутствуют. Это готовая к использованию «закрытая коробка». Важнейшей задачей такого типа операционной системы является следить за тем, чтобы определенная операция выполнялась в определенный отрезок времени. И эти отрезки были равными. В сложных машинах нельзя допустить, чтобы их элементы двигались быстрее чем нужно, поскольку система располагает «лишними» ресурсами. Или, наоборот, не двигались вовсе по причине занятости системы
  2. Однопользовательские однозадачные операционные системы (Single-user, single task). Как следует из их названия, эти операционные системы ориентированы на выполнение одним пользователем одной задачи в один период времени. Ярким примером системы такого типа может служить Palm OS для наладонников Palm. Эти устройства пользовались определенной популярностью до того как началось массовое распространение смартфонов
  3. Однопользовательские многозадачные операционные системы (Single-user, multi-tasking). Системы этого типа управляют большинством современных настольных и портативных компьютеров. И Microsoft Windows, и Apple OS X относятся именно к этому типу. Например, пользователь Windows может одновременно писать заметку в текстовом редакторе и загружать файл из Интернета. В это же самое время принтер может печатать, а почтовый клиент принимать электронную корреспонденцию
  4. Многопользовательские операционные системы (Multi-user). Многопользовательские операционные системы позволяют нескольким пользователям одновременно получать доступ к ресурсам устройства. Операционной системе приходится удерживать баланс между теми требованиями, которые предъявляют разные пользователи. При этом операционной системе приходится следить за тем, чтобы у каждой из работающих программ было достаточно ресурсов, и задача, решаемая одним из пользователей, не мешала другим пользователям. В качестве ярких примеров многопользовательских систем можно привести Unix, VMS и операционные системы для больших ЭВМ, подобные MVS

  С сайта computer.howstuffworks.com

  Компьютерные операционные системы

  

  Эффективная работа ИТ-инфраструктуры современного предприятия невозможна без хорошо подобранной серверной операционной системы.

  Назначение серверной операционной системы — управление приложениями, которые обслуживают всех пользователей корпоративной сети и внешних пользователей (СУБД, средства анализа и управления сетью, службы каталогов, службы обмена сообщениями и группового ПО, веб-серверы, почтовые серверы, корпоративные брандмауэры, серверы приложений, компоненты сервера бизнес-приложений).

  Выбор серверной операционной системы и аппаратной платформы для сервера в первую очередь определяется масштабом бизнеса и требованиями к производительности, стабильности и доступности. Основными игроками на рынке серверных операционных систем являются семейства Windows и Unix.

  Серверные версии операционной системы Windows широко используются сегодня — благодаря простоте управления и низкой совокупной стоимости владения.

  UNIX — это группа многозадачных и многопользовательских операционных систем. В настоящее время существует большое количество вариантов операционных систем в этой области — как коммерческих, так и с открытым исходным кодом.

  ОС для корпоративного сектора

  Большинство российских серверов работают под управлением какого-либо клона Unix. Согласно выборочному опросу, проведенному компанией RuMetrika (данные 2006 года), среди российских серверов явным лидером является Free BSD (53%), на втором месте Linux (32%), количество серверов под управлением Windows составляет 9%, Solaris встречается реже — всего 5%.

  Операционная система «Юникс» («Unix», первоначально «UNICS», аллюзия на название «MULTICS»), разработанная и внедренная в 1969 году Кеном Томпсоном с помощью многих его коллег (включая Денниса Ритчи и Брайана Кернигана), содержала многие черты более ранних операционных систем, но также имела множество характеристик, которые отличали ее от большинства предшественников:

  Благодаря конкуренции между реализациями, архитектура операционной системы «Unix» сначала стала де-факто промышленным стандартом, а затем получила статус юридического стандарта — ISO/IEC 9945.

  Операционные системы семейства Windows

  Операционные системы, которые следуют стандарту или основаны на нем, называются «POSIX-совместимыми».

  Операционные системы семейства UNIX

  Стандартизация операционной системы гарантирует, что сама операционная система и/или оборудование могут быть легко заменены по мере развития компьютерной системы или сети, и что прикладное программное обеспечение может быть передано экономически эффективно (строгое следование стандарту подразумевает полную совместимость с исходным кодом; некоторые изменения все еще могут потребоваться из-за стандартизированного профилирования и разработки, но передача программного обеспечения между POSIX-совместимыми системами дешевле, чем между альтернативами) и что непрерывность гарантирована.

  Наиболее заметным результатом применения этого стандарта стало эффективное развитие Интернета в 1990-х годах.

  

  «Unix», стандартизация ОС и POSIX

  Позже команда разработчиков операционной системы Unix попыталась повторить ее успех, обобщив и дополнив первоначальную концепцию. Это привело к появлению Plan9 и Inferno, но они не получили широкого распространения.

  • простая метафорика (два ключевых понятия: вычислительный процесс и файл);
  • компонентная архитектура: принцип «одна программа — одна функция» плюс мощные средства связывания различных программ для решения возникающих задач («оболочка»);
  • минимизация ядра (кода, выполняющегося в «реальном» («привилегированном») режиме процессора) и количества системных вызовов;
  • независимость от аппаратной архитектуры и реализация на машиннонезависимом языке программирования (язык программирования «Си» стал «побочным продуктом» разработки «Unix»);

  Позже в Испании были разработаны «Off++» и «План Б» на основе «Плана 9», которые носили экспериментальный характер.

  Усилия по созданию архитектуры meta-Unix также включали разработку системы программирования и операционной среды Oberon в Швейцарском федеральном технологическом институте (ETH Zurich) под руководством профессора Никлауса Вирта.

  «Post Unix» архитектуры ОС

    Программное обеспечение: структура, основные типы, примеры. Что такое программное обеспечение компьютера?