Що таке операційна система?

Операційна система – це основне програмне забезпечення, яке управляє всім апаратним та іншим програмним забезпеченням на комп’ютері. Операційна система, також відома як «ОС», взаємодіє з апаратним забезпеченням комп’ютера та надає послуги, якими можуть користуватися додатки.

Що робить операційна система?

Операційна система – це основний набір програмного забезпечення на пристрої, який зберігає все разом. Операційні системи взаємодіють з апаратним забезпеченням пристрою. Вони обробляють все – від клавіатури та мишей до радіостанції Wi-Fi, пристроїв зберігання даних та дисплея. Іншими словами, операційна система обробляє пристрої введення та виведення. Операційні системи використовують для взаємодії зі своїми пристроями драйвери пристроїв, написані розробниками обладнання.

Операційні системи також включають багато програмного забезпечення – такі речі, як загальні системні служби, бібліотеки та інтерфейси прикладного програмування (API) що розробники можуть використовувати для написання програм, які працюють в операційній системі.

Операційна система знаходиться між запущеними програмами та апаратним забезпеченням, використовуючи драйвери обладнання як інтерфейс між ними. Наприклад, коли програма хоче щось надрукувати, вона передає це завдання операційній системі. Операційна система надсилає інструкції принтеру, використовуючи драйвери принтера для надсилання правильних сигналів. Додаток, який друкує, не повинен дбати про те, який у вас принтер, або розуміти, як він працює. ОС обробляє деталі.

ОС також виконує багатозадачність, розподіляючи апаратні ресурси серед декількох запущених програм. Операційна система контролює, які процеси виконуються, і розподіляє їх між різними процесорами, якщо у вас є комп’ютер кілька процесорів або ядер , дозволяючи паралельно запускати кілька процесів. Він також управляє внутрішньою пам’яттю системи, розподіляючи пам’ять між запущеними програмами.

Операційна система – це одна велика частина програмного забезпечення, що запускає шоу, і вона відповідає за все інше. Наприклад, операційна система також контролює файли та інші ресурси, до яких ці програми можуть отримати доступ.

Більшість програмних програм написані для операційних систем, що дозволяє операційній системі робити багато важких завдань. Наприклад, коли ви запускаєте Minecraft, ви запускаєте його в операційній системі. Minecraft не повинен точно знати, як працює кожен окремий апаратний компонент. Minecraft використовує різноманітні функції операційної системи, і операційна система переводить їх у апаратні інструкції низького рівня. Це позбавляє розробників Minecraft – і будь-якої іншої програми, що працює в операційній системі – багато клопоту.

Операційні системи – це не лише для ПК

Коли ми говоримо, що «комп’ютери» працюють під операційними системами, ми маємо на увазі не лише традиційні настільні ПК та ноутбуки. Ваш смартфон – це комп’ютер, як і планшети, смарт-телевізори, ігрові приставки, розумні годинники та маршрутизатори Wi-Fi. Ан Amazon Echo або Домашня сторінка Google – це обчислювальний пристрій, що працює під керуванням операційної системи.

До відомих настільних операційних систем належать Microsoft Windows, Apple macOS, ОС Chrome від Google та Linux. Домінуючими операційними системами для смартфонів є iOS від Apple та Android від Google.

На інших пристроях, наприклад, на маршрутизаторі Wi-Fi, можуть працювати вбудовані операційні системи. Це спеціалізовані операційні системи з меншою кількістю функцій, ніж типова операційна система, розроблена спеціально для одного завдання – наприклад, запуску маршрутизатора Wi-Fi, забезпечення GPS-навігації або управління банкоматом.

Де закінчуються операційні системи та починаються програми?

Операційні системи також включають інше програмне забезпечення, включаючи користувальницький інтерфейс, який дозволяє людям взаємодіяти з пристроєм. Це може бути інтерфейс робочого столу на ПК, інтерфейс сенсорного екрану на телефоні або голосовий інтерфейс на пристрої цифрового помічника.

Операційна система – це велика частина програмного забезпечення, що складається з безлічі різних додатків та процесів. Грань між операційною системою та програмою іноді може бути трохи розмитою. Не існує точного, офіційного визначення операційної системи.

Наприклад, у Windows програма Провідник файлів (або Провідник Windows) є одночасно важливою частиною операційної системи Windows – вона навіть обробляє малювання інтерфейсу робочого столу – і програмою, яка працює в цій операційній системі.

Ядром операційної системи є ядро

На низькому рівні “ядро” є основною комп’ютерною програмою в основі вашої операційної системи. Ця окрема програма є однією з перших речей, які завантажуються під час запуску операційної системи. Він обробляє розподіл пам’яті, перетворення програмних функцій в інструкції для центрального процесора вашого комп’ютера та обробку вхідних та вихідних даних апаратних пристроїв. Ядро, як правило, працює в ізольованій області, щоб запобігти його пошкодженню іншим програмним забезпеченням на комп’ютері. Ядро операційної системи є дуже важливим, але є лише однією частиною операційної системи.

Рядки тут теж можуть бути трохи нечіткими. Наприклад, Linux – це просто ядро. Однак Linux все ще часто називають операційною системою. Android також називають операційною системою, і це так побудований навколо ядра Linux . Дистрибутиви Linux як Ubuntu, візьміть ядро ​​Linux і додайте додаткове програмне забезпечення навколо нього. Їх також називають операційними системами.

У чому різниця між прошивкою та ОС?

Багато пристроїв просто працюють “ прошивка “- тип низькорівневого програмного забезпечення, яке зазвичай запрограмоване безпосередньо в пам’яті апаратного пристрою. Прошивка – це, як правило, лише невелика частина програмного забезпечення, призначеного лише для абсолютних основ.

Коли сучасний комп’ютер завантажується, він завантажується Прошивка UEFI з материнської плати. Ця прошивка є програмним забезпеченням низького рівня, яке швидко ініціалізує обладнання вашого комп’ютера. Потім вона завантажує вашу операційну систему з твердотільного диска або жорсткого диска вашого комп’ютера. (Цей твердотільний диск або жорсткий диск має власну внутрішню прошивку, яка обробляє зберігання даних про фізичні сектори всередині диска.)

Межа між прошивкою та операційною системою також може трохи розмитися. Наприклад, операційну систему для iPhone і iPad від Apple, яку називають iOS, часто називають «прошивкою». Операційну систему PlayStation 4 офіційно також називають прошивкою.

Це операційні системи, які взаємодіють з декількома апаратними пристроями, надають послуги програмам і розподіляють ресурси між програмами. Однак дуже просте програмне забезпечення, яке працює, наприклад, на пульті дистанційного керування телевізора, зазвичай не називається операційною системою.

Пересічній людині не потрібно точно розуміти, що таке операційна система. Однак може бути корисно дізнатись, з якою операційною системою потрібно знати, з яким програмним та апаратним забезпеченням сумісний ваш пристрій.

Операційні системи

Лекція 1. Поняття операційних систем та їх призначення

1.1 . Визначення операційної системи.

Операційна система, скорочено ОС — це базовий комплекс програм, що виконує керування апаратною складовою комп’ютера або віртуальної машини; забезпечує керування обчислювальним процесом і організовує взаємодію з користувачем.

Операційна система звичайно складається з ядра операційної системи та базового набору прикладних програм.

Поняття операційної системи напряму пов’язане з такими поняттями, як:

• Файл — іменований впорядкований набір даних на пристрої зберігання інформації; операційна система забезпечує організацію файлів в файлові системи.
• Файлова система — набір файлів (можливо порожній), організованих за заздалегідь визначеними правилами. Якщо організація файлів в файлову систему відбувається з використанням каталогів, то така файлова система називається ієрархічною.
• Програма — файл, що містить набір інструкцій для виконання. Виконавцем інструкцій програми може бути:

o центральний процесор — якщо програма містить машинний код (звичайно отримують шляхом компіляції вихідного текста програми, написаного однією з компільованих мов);
o інтерпретатор — інша програма, яка забезпечує розпізнавання і виконання інструкцій (в окремих випадках інтерпретатор також називають віртуальною машиною).

• Задача — програма в процесі виконання (в термінології операційних систем UNIX використовують термін «процес»).
• Команда — ім’я, яке використовує користувач ОС або інша програма для виконання вказаної програми (може збігатися з іменем файла з програмою) або поіменованої дії (вбудованої команди).
• Командний інтерпретатор — середовище, яке забезпечує інтерфейс з користувачем і виконання команд.

1.2. Функції операційних систем.

• Виконання на вимогу користувача тих елементарних (низькорівневих) дій, які є спільними для більшості програм і часто зустрічаються майже в усіх програмах (введення та виведення даних, запуск і зупинка інших програм, виділення та вивільнення додаткової пам’яті тощо).
• Стандартизований доступ до периферійних пристроїв (пристрої введення-виведення).
• Завантаження програм в оперативну пам’ять і їх виконання.
• Керування оперативною пам’яттю (розподіл між процесами, організація віртуальної пам’яті).
• Керування доступом до даних енергонезалежних носіїв (апаратний диск, оптичні диски тощо), організованим в тій чи іншій файловій системі.
• Відтворення інтерфейсу користувача.
• Мережеві операції, підтримка стеку мережевих протоколів.

• Паралельне або псевдопаралельне виконання задач (багатозадачність).
• Розподіл ресурсів обчислювальної системи між процесами.
• Організація надійних обчислень (неможливості впливу процесу на перебіг інших), основана на розмежуванні доступу до ресурсів.
• Взаємодія між процесами: обмін даними, синхронізація.
• Захист самої системи, а також даних користувача і програм від дій користувача або інших програм.
• Багатокористувацький режим роботи та розподілення прав доступу (автентифікація, авторизація).

1.3. Складові операційної системи

До складу операційної системи входять:

• ядро операційної системи, що забезпечує розподіл та управління ресурсами обчислювальної системи;
• базовий набір прикладних програм, системні бібліотеки та програми обслуговування.

Ядро системи — це набір функцій, структур даних та окремих програмних модулів, які завантажуються в пам’ять комп’ютера при завантаженні операційної системи та забезпечують три типи системних сервісів:

• управління введенням-виведенням інформації (підсистема вводу-виводу ядра ОС);
• управління оперативною пам’яттю (підсистема управління оперативною пам’яттю ядра ОС);
• управління процесами (підсистема управління процесами ядра ОС).

Кожна з цих підсистем представлена відповідними функціями ядра системи.

Багатозадачні операційні системи також включають ще одну обов’язкову складову — механізм підтримки багатозадачності. Ця складова не надається як системний сервіс і тому не може бути віднесена до жодної з підсистем.

Існує три основних механізми забезпечення багатозадачності (планування задач):

1. шляхом надання процесора окремій задачі на квант часу, який визначається самою задачею (кооперативна багатозадачність; останнім часом практично не використовується або область використання значно обмежена всередині процесів);
2. шляхом надання процесора окремій задачі на квант часу, який визначається обладнанням обчислювальної системи — інтервальним таймером;
3. виділення під окрему задачу окремого процесора в багатопроцесорних системах.

У перших двох випадках на кожному з процесорів в окремо взятий момент часу обраховується лише одна задача, але за рахунок достатньо малого кванту часу (в межах мілісекунд), що почергово надається кожній з задач, виникає ілюзія одночасного виконання в системі багатьох задач.

В сучасних системах, як правило комбінуються методи 2 і 3.

1.4. Вимоги до обладнання

Окрема операційна система зазвичай може виконуватись на обмеженому переліку обладнання, яке забезпечує потрібні їй механізми. Сучасні універсальні (і не тільки) операційні системи зазвичай вимагають апаратної підтримки наступних механізмів:

• підтримка сторінкового поділу оперативної пам’яті з можливістю апаратного захисту сторінок від модифікації даних окремими задачами (процесами);
• підтримка захищеного режиму виконання процесора (режиму ядра ОС), який передбачає можливість виконання операцій процесора по управлінню обладнанням системи, при цьому спроба виконати подібну операцію в прикладній програмі блокується апаратно.

Можуть існувати і інші вимоги.