Что понимается под термином операционная система
Зачем нужна операционная система? Плюсы и минусы 3-х основных ОСей
При использовании современных гаджетов часто можно услышать вопрос об операционной системе, многие люди даже не задумываются что же это такое. Все знают, что на их компьютерах находится ОС, но при объяснении этого понятия часто возникают проблемы. Данная статья поможет разобраться в этом вопросе.
Что такое Операционная Система
Операционная система — это комплект программ, управляющий памятью и процессами компьютера, смартфона или другого устройства и являющийся главной его частью.
ОС выглядит как рабочий стол с визуальным интерфейсом. Благодаря этому пользователи играют в игры, пишут документы и работают, ищут информацию в интернете. Операционная система нужна для того, чтобы решать много разных задач.
Как работает ОС
Когда происходит нажатие кнопки включения компьютера, операционная система загружается. В это время компьютером выполняются такие функции:
Какие задачи выполняет современная ОС
Функции ОС
Какие операционные системы существуют
Microsoft Windows
Это первая операционная система, имеющая интерфейс, к которому привык современный пользователь. Windows была выпущена в 1985 году. До этого существовал MS DOS, имеющий вид оболочки, в которую вводятся команды.
Выглядело это вот так.
А вот так выглядела первая версия Windows.
На данный момент новейшей версией является Windows 10
Преимущества Windows
Недостатки
Linux
Эту ОС выпустили в 1991 году. Попытки конкуренции с Windows оказались неудачными, популярность эта операционная система так и не завоевала.
Плюсы
Минусы
Apple Mac OS X
Эту ОС поддерживает только техника Apple, она не совместима с устройствами других производителей.
Достоинства
Недостатки
ОС для мобильных устройств
Все ОС, о которых говорилось выше разработаны специально для настольных компьютеров и ноутбуков. Телефоны, смартфоны и планшеты имеют свои операционные системы. Они не такие функциональные, но хорошо справляются с основными задачами. Например, можно скачивать и пользоваться приложениями, смотреть фильмы, работать с информацией в интернете и даже создать документ.
В настоящее время существуют:
Автор, специалист в сфере IT и новых технологий.
Получил высшее образование по специальности Фундаментальная информатика и информационные технологии в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова. После этого стал экспертом в известном интернет-издании. Спустя время, решил попробовать писать статьи самостоятельно. Ведет популярный блог на Ютубе и делится интересной информацией из мира технологий.
Операционная система
Операцио́нная систе́ма, сокр. ОС (англ. operating system, OS ) — комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны — предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений. Это определение применимо к большинству современных операционных систем общего назначения.
В логической структуре типичной вычислительной системы операционная система занимает положение между устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами — с одной стороны — и прикладными программами с другой.
Разработчикам программного обеспечения операционная система позволяет абстрагироваться от деталей реализации и функционирования устройств, предоставляя минимально необходимый набор функций (см.: интерфейс программирования приложений).
В большинстве вычислительных систем операционная система является основной, наиболее важной (а иногда и единственной) частью системного программного обеспечения. С 1990-х годов наиболее распространёнными операционными системами являются системы семейства Windows и системы класса UNIX (особенно Linux и Mac OS).
Содержание
Функции
Компоненты операционной системы:
Понятие
Существуют две группы определений операционной системы: «набор программ, управляющих оборудованием» и «набор программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический смысл, который связан с вопросом, в каких случаях требуется операционная система.
Есть приложения вычислительной техники, для которых операционные системы излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры, содержащиеся во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), простейших сотовых телефонах, постоянно исполняют лишь одну программу, запускающуюся по включении. Многие простые игровые приставки — также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры — могут обходиться без операционной системы, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство «картридже» или компакт-диске.
Операционные системы нужны, если:
Таким образом, современные универсальные операционные системы можно охарактеризовать, прежде всего, как:
Многозадачность и распределение полномочий требуют определённой иерархии привилегий компонентов самой операционной системе. В составе операционной системы различают три группы компонентов:
Большинство программ, как системных (входящих в операционную систему), так и прикладных, исполняются в непривилегированном («пользовательском») режиме работы процессора и получают доступ к оборудованию (и, при необходимости, к другим ресурсам ядра, а также ресурсам иных программ) только посредством системных вызовов. Ядро исполняется в привилегированном режиме: именно в этом смысле говорят, что система (точнее, её ядро) управляет оборудованием.
В определении состава операционной системы значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав операционной системы включают и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков).
Ядро — центральная часть операционной системы, управляющая выполнением процессов, ресурсами вычислительной системы и предоставляющая процессам координированный доступ к этим ресурсам. Основными ресурсами являются процессорное время, память и устройства ввода-вывода. Доступ к файловой системе и сетевое взаимодействие также могут быть реализованы на уровне ядра.
Как основополагающий элемент операционной системы, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам вычислительной системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов межпроцессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.
Описанная задача может различаться в зависимости от типа архитектуры ядра и способа её реализации.
Эволюция и основные идеи
Предшественником операционных систем следует считать служебные программы (загрузчики и мониторы), а также библиотеки часто используемых подпрограмм, начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х годов). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволяли избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода, вычисления математических функций и т. п.).
В 1950—1960-х годах сформировались и были реализованы основные идеи, определяющие функциональность ОС: пакетный режим, разделение времени и многозадачность, разделение полномочий, реальный масштаб времени, файловые структуры и файловые системы.
Пакетный режим
Необходимость оптимального использования дорогостоящих вычислительных ресурсов привела к появлению концепции «пакетного режима» исполнения программ. Пакетный режим предполагает наличие очереди программ на исполнение, причём система может обеспечивать загрузку программы с внешних носителей данных в оперативную память, не дожидаясь завершения исполнения предыдущей программы, что позволяет избежать простоя процессора.
Разделение времени и многозадачность
Уже пакетный режим в своём развитом варианте требует разделения процессорного времени между выполнением нескольких программ.
Необходимость в разделении времени (многозадачности, мультипрограммировании) проявилась ещё сильнее при распространении в качестве устройств ввода-вывода телетайпов (а позднее, терминалов с электронно-лучевыми дисплеями) (1960-е годы). Поскольку скорость клавиатурного ввода (и даже чтения с экрана) данных оператором много ниже, чем скорость обработки этих данных компьютером, использование компьютера в «монопольном» режиме (с одним оператором) могло привести к простою дорогостоящих вычислительных ресурсов.
Разделение времени позволило создать «многопользовательские» системы, в которых один (как правило) центральный процессор и блок оперативной памяти соединялся с многочисленными терминалами. При этом часть задач (таких как ввод или редактирование данных оператором) могла исполняться в режиме диалога, а другие задачи (такие как массивные вычисления) — в пакетном режиме.
Разделение полномочий
Распространение многопользовательских систем потребовало решения задачи разделения полномочий, позволяющей избежать возможности изменения исполняемой программы или данных одной программы в памяти компьютера другой программой (намеренно или по ошибке), а также изменения самой системы прикладной программой.
Реализация разделения полномочий в операционных системах была поддержана разработчиками процессоров, предложивших архитектуры с двумя режимами работы процессора — «реальным» (в котором исполняемой программе доступно всё адресное пространство компьютера) и «защищённым» (в котором доступность адресного пространства ограничена диапазоном, выделенном при запуске программы на исполнение).
Реальный масштаб времени
Применение универсальных компьютеров для управления производственными процессами потребовало реализации «реального масштаба времени» («реального времени») — синхронизации исполнения программ с внешними физическими процессами.
Включение функции реального масштаба времени позволило создавать решения, одновременно обслуживающие производственные процессы и решающие другие задачи (в пакетном режиме и/или в режиме разделения времени).
Файловые системы и структуры
Постепенная замена носителей с последовательным доступом (перфолент, перфокарт и магнитных лент) накопителями произвольного доступа (на магнитных дисках).
Файловая система — способ хранения данных на внешних запоминающих устройствах.
Существующие операционные системы
UNIX, стандартизация операционных систем и POSIX
К концу 1960-х годов отраслью и научно-образовательным сообществом был создан целый ряд операционных систем, реализующих все или часть очерченных выше функций. К ним относятся Atlas (Манчестерский университет), CTTS и ITSS (Массачусетский технологический институт, MIT), THE (Эйндховенский технологический университет), RS4000 (Университет Орхуса) и др. (всего эксплуатировалось более сотни различных ОС).
Наиболее развитые операционные системы, такие как OS/360 (IBM), SCOPE (CDC (англ.)) и завершённый уже в 1970-х годах Multics (MIT и Bell Labs), предусматривали возможность исполнения на многопроцессорных компьютерах.
Эклектичный характер разработки операционных систем привёл к нарастанию кризисных явлений, прежде всего, связанных с чрезмерными сложностью и размерами создаваемых систем. Системы были плохо масштабируемыми (более простые не могли использовать все возможности крупных вычислительных систем; более развитые неоптимально исполнялись на малых или не могли исполняться на них вовсе) и полностью несовместимыми между собой, их разработка и совершенствование затягивались.
Задуманная и реализованная в 1969 году Кеном Томпсоном при участии нескольких коллег (включая Денниса Ритчи и Брайана Кернигана), операционная система UNIX (первоначально UNICS, что обыгрывало название Multics) вобрала в себя многие черты более ранних систем, но обладала целым рядом свойств, отличающих её от большинства предшественниц:
UNIX, благодаря своему удобству прежде всего в качестве инструментальной среды (среды разработки), обрела популярность сначала в университетах, а затем и в отрасли, получившей прототип единой операционной системы, которая могла использоваться на самых разных вычислительных системах и, более того, могла быть быстро и с минимальными усилиями перенесена на любую вновь разработанную аппаратную архитектуру.
В конце 1970-х годов сотрудники Калифорнийского университета в Беркли внесли ряд усовершенствований в исходные коды UNIX, включая работу с протоколами TCP/IP. Их разработка стала известна под именем BSD (Berkeley Software Distribution).
Задачу разработать независимую (от авторских прав Bell Labs) реализацию той же архитектуры поставил и Ричард Столлман, основатель проекта GNU.
Благодаря конкурентности реализаций архитектура UNIX стала вначале фактическим отраслевым стандартом, а затем обрела статус и стандарта юридического — ISO/IEC 9945 [1] (POSIX).
Только системы, отвечающие спецификации Single UNIX Specification, имеют право носить имя UNIX. К таким системам относятся AIX, HP-UX, IRIX, Mac OS X, SCO OpenServer, Solaris, Tru64 и z/OS.
Операционные системы, следующие стандарту POSIX или опирающиеся на него, называют «POSIX-совместимыми» (чаще встречается словоупотребление «UNIX-подобные» или «семейство UNIX», но оно противоречит статусу торгового знака «UNIX», принадлежащего консорциуму The Open Group и зарезервированному для обозначения только операционных систем, строго следующих стандарту). Сертификация на совместимость со стандартом платная, из-за чего некоторые системы не проходили этот процесс, однако считаются POSIX-совместимыми по существу.
К UNIX-подобным относятся операционные системы, основанные на последней версии UNIX, выпущенной Bell Labs (System V), на разработках университета Беркли (FreeBSD, OpenBSD, NetBSD), на основе Solaris (OpenSolaris, BeleniX, Nexenta), а также Linux, разработанная в части утилит и библиотек проектом GNU и в части ядра — сообществом, возглавляемым Линусом Торвальдсом.
Стандартизация операционных систем преследует цель упрощения замены самой системы или оборудования при развитии вычислительной системы или сети и упрощении переноса прикладного программного обеспечения (строгое следование стандарту предполагает полную совместимость программ на уровне исходного текста; из-за профилирования стандарта и его развития некоторые изменения бывают всё же необходимы, но перенос программы между POSIX-совместимыми системами обходится на порядки дешевле, чем между альтернативными), а также преемственность опыта пользователей.
Самым заметным эффектом существования этого стандарта стало эффективное разворачивание Интернета в 1990-х годах.
Пост-UNIX-архитектуры
Коллектив, создавший UNIX, развил концепцию унификации объектов операционной системы, включив в исходную концепцию UNIX «устройство — это тоже файл» также и процессы, и любые другие системные, сетевые и прикладные сервисы, создав новую концепцию: «что угодно — это файл». Эта концепция стала одним из основных принципов системы Plan 9 (название было позаимствовано из фантастического триллера «План 9 из открытого космоса» Эдварда Вуда-младшего), призванной преодолеть принципиальные недостатки дизайна UNIX и сменившей «рабочую лошадку» UNIX System V на компьютерах сети Bell Labs в 1992 году.
Кроме реализации всех объектов системы в виде файлов и размещения их на едином и персональном для каждого терминала вычислительной сети пространстве (namespace), были пересмотрены другие архитектурные решения UNIX. Например, в Plan 9 отсутствует понятие «суперпользователь», и, соответственно, исключаются любые нарушения режима безопасности, связанные с нелегальным получением прав суперпользователя в системе. Для представления (хранения, обмена) информации Роб Пайк и Кен Томпсон разработали универсальную кодировку UTF-8, на сегодняшний день ставшую стандартом де-факто. Для доступа к файлам используется единый универсальный протокол 9P, по сети работающий поверх сетевого протокола (TCP или UDP). Таким образом, для прикладного ПО сети не существует — доступ к локальным и к удалённым файлам единообразен. 9P — байт-ориентированный протокол, в отличие от других подобных протоколов, являющихся блок-ориентированными. Это также результат работы концепции: доступ побайтно — к унифицированным файлам, а не поблочно — к разнообразным и сильно изменяющимися с развитием технологий устройствам. Для контроля доступа к объектам не требуется иных решений, кроме уже существующего в операционной системе контроля доступа к файлам. Новая концепция системы хранения избавила администратора системы от изнурительного труда по сопровождению архивов и предвосхитила современные системы управления версиями файлов.
Операционные системы, созданные на базе или идеях UNIX, такие как всё семейство BSD и системы GNU/Linux, постепенно перенимают новые идеи из Bell Labs. Возможно, эти новые идеи ждёт большое будущее и признание ИТ-разработчиков.
Новые концепции были использованы Робом Пайком в Inferno.
На основе Plan 9 в Испании разрабатываются системы Off++ и Plan B, носящие экспериментальный характер.
К попыткам создать пост-UNIX-архитектуру можно также отнести разработку системы программирования и операционной среды Оберон в Швейцарской высшей технической школе (ETH Zurich) под руководством профессора Никлауса Вирта.
Операционные системы
Операционная система — комплекс программ, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера, организующий работу с файлами и выполнение прикладных программ, осуществляющий ввод и вывод данных.
На сегодняшний день, операционная система — это первый и основной набор программ, загружающийся в компьютер. Помимо вышеуказанных функций ОС может осуществлять и другие, например, предоставление общего пользовательского интерфейса.
Сегодня наиболее известными операционными системами являются ОС семейства Microsoft Windows и UNIX-подобные системы.
Содержание
Функции [ править ]
Файловые системы [ править ]
Файловая система представляет из себя порядок организации и хранении файлов на электронном устройстве. Файловая система определяет формат данных, которые хранятся в этой файловой системе и способы хранения информации. В файловой системе все обычно хранится в виде файлов.
Файловая система определяет:
С точки зрения операционной системы, весь жесткий диск представляет собой набор кластеров (обычно размер кластера 512 байт)
Мультизагрузка [ править ]
Список операционных систем [ править ]
Более полный список операционных систем можно увидеть здесь.
UNIX [ править ]
Операционная система UNIX была разработана группой сотрудников Bell Labs под руководством Денниса Ричи, Кена Томпсона и Брайана Кернигана в 1969 году.
BSD [ править ]
В конце 1970-х годов сотрудники Калифорнийского университета в Беркли внесли ряд усовершенствований в исходные коды UNIX, включая работу с протоколами TCP/IP. Их разработка стала известна под именем BSD — Berkeley Systems Distribution. Она распространялась под лицензией, позволяющей дорабатывать и совершенствовать продукт и передавать результат третьим лицам, с исходными кодами или без них, при условии указания авторства кода, написанного в Беркли.
Linux [ править ]
В начале 1990-х годов студент Хельсинкского университета Линус Торвальдс начал разработку ядра новой ОС для IBM-совместимых ПК, которое было названо Linux. В настоящее время GNU/Linux (совокупность различных дистрибутивов построенных на базе ядра Linux) стоит на втором месте по популярности среди ОС, используемых на рабочих столах пользователей (первое место принадлежит Microsoft Windows).
Amiga OS [ править ]
Операционная система для персональных компьютеров семейства Amiga (процессор Motorola 68k), имеет атипичное микроядро называемое Exec. Классическую AmigaOS принято рассматривать как совокупность двух составляющих: Kickstart и Workbench.
Kickstart обеспечивает абстрагирование от уникального аппаратного обеспечения Amiga и содержит в себе: шедулер вытесняющей многозадачности (Exec), дисковую операционную систему (AmigaDOS) и библиотеки графического интерфейса (Intuition).
Workbench является графическим интерфейсом пользователя, и представлен как правило одноимённым рабочим столом или другим файловым менеджером.
История AmigaOS начинается в 1984 году. Это была первая операционная система в которой были одновременно реализованы вытесняющая многозадачность реального времени, графический интерфейс пользователя и командная строка. Имеет 3 полноценных ответвления (наследующих архитектуру AmigaOS):
DOS [ править ]
1 августа 1984 IBM объявляет о выпуске нового поколения персональных компьютеров — IBM PC/AT.
Free DOS [ править ]
FreeDOS — свободно-распространяемая функциональная копия известной операционной системы MS-DOS.
FreeBSD [ править ]
FreeBSD Свободная операционная система семейства Unix, потомок AT&T Unix по линии BSD, создана Калифорниским Университетом Беркли.
Mac OS [ править ]
Mac OS — Unix подобная операционная система, разработанна компанией Apple Computers Co. в 1984 году, под названием «System 1». В 1997 году, была выпущена 8-я версия операционной системы, и операционная система была переименована в Mac OS (Полное название: Macintosh Operating System).
macOS [ править ]
macOS — десятый выпуск линейки Mac OS, разрабатываемая и выпускаемая американской компанией Apple Computers Co. (Сегодня: Apple Inc.). В отличие от Mac OS 9, macOS X была разработана на ядре XNU, и имела код из FreeBSD. Начиная с версий OS X Yosemite, была введена функция Hand Off. С этой функцией можно было взаимодействовать с iOS и перехватывать данные приложения, и передать данные на iOS устройства c запущенным приложением.
Microsoft Windows [ править ]
Microsoft Windows — это семейство операционных систем компании Microsoft. Была создана для компьютеров IBM с поддержкой MS-DOS.
IBM OS/2 [ править ]
OS/2 — операционная система, разрабатывавшаяся компанией IBM (первоначально совместно с Microsoft, позже самостоятельно). В настоящее время работы над клиентскими версиями прекращены, в связи с широким распространением операционных систем семейства Windows NT. Серверные версии продолжают поддерживаться в связи с широким ареалом внедрения. Широко использовалась в США, в банковской и производственной сферах, а также в России, в банкоматах.
ReactOS [ править ]
ReactOS — операционная система, один из проектов сообщества Open Source. В ходе разработки предполагается добиться полной совместимости с приложениями и драйверами Microsoft Windows(R) NT4. Это открытая операционная система, основанная на принципах архитектуры Windows NT® (такие продукты компании Microsoft, как Windows XP, Windows 7, Windows Server 2012 построены на архитектуре Windows NT). Система была разработана с нуля, и таким образом не основана на Linux и не имеет ничего общего с архитектурой UNIX.
Plan 9 [ править ]
Plan 9 — Операционная система, разработанная в Bell Labs — колыбели UNIX и языка Си. Построена на идее использования файловых иерархий для представления любых ресурсов операционной системы и оборудования. Идеально подходит для построения распределенных систем.
Inferno OS [ править ]
Inferno — продолжатель идей Plan9, отличительной особенностью которой является малые требования к ресурсам компьютера и возможность работы как поверх установленной ОС, так и самостоятельно. VitaNuova
Menuet OS [ править ]
Menuet — самостоятельная операционная система написанная на языке программирования ассемблер. 64-битная версия коммерческая и требуется оплата.
Колибри ОС [ править ]
Колибри — ответвление от Menuet OS, в отличие от Menuetа, полностью бесплатная.
Мобильные операционные системы [ править ]
iOS [ править ]
iOS (до 24 июня 2010 года — iPhone OS) — мобильная операционная система для смартфонов, электронных планшетов, носимых проигрывателей и некоторых других устройств, основанная на macOS X, разрабатываемая и выпускаемая американской компанией Apple.
Android [ править ]
Android — операционная система, основана на ядре Linux, предназначена для смартфонов, планшетов, электронных книг, цифровых проигрывателей, наручных часов, фитнесс-браслетов, игровых приставок, ноутбуков, нетбуков, смартбуков, очков Google Glass, телевизоров и других устройств (в 2015 году появилась поддержка автомобильных развлекательных систем и бытовых роботов). Android имеет бесчисленное количество форков, которые в сообществе называются — оболочками Android.