Операционная система — что это такое, функции. Что такое операционная система

Содержание

Приложения, работающие в пользовательском режиме, не могут напрямую обращаться к адресному пространству друг друга, только через системные вызовы.

Виды операционных систем: разбираемся в отличиях

Существует несколько типов операционных систем, классификация которых зависит как от типа устройства, на котором установлена операционная система, так и от ее внутренних функций и свойств. Однако функции и задачи всегда схожи и предназначены для облегчения управления и взаимодействия с устройством.

Для конечного пользователя важно, отвечает ли конкретная операционная система на его задачи. В этой статье объясняется, зачем нужна операционная система, различия между операционными системами и как выбрать правильную систему.

Понятие операционной системы

Операционная система — это набор взаимосвязанных программ, предназначенных для управления компьютером, ноутбуком или смартфоном. Поэтому основная задача операционной системы — управлять всеми элементами устройства. С его помощью люди могут взаимодействовать со своими устройствами. Кроме того, операционная система позволяет соответствующим образом распределять вычислительные ресурсы между процессами.

Концепция операционной системы

Операционные системы позволяют разработчикам программного обеспечения создавать различные программы, используя удобный для пользователя интерфейс. Важно понимать, что программное обеспечение разрабатывается строго для конкретной операционной системы.

Для большинства устройств операционная система является самым важным элементом программного обеспечения. Кроме того, операционные системы имеют различные наборы функций и ограничений. Однако некоторые типы операционных систем предоставляют возможность обновлять функциональность устройства по своему усмотрению путем установки любого типа программного обеспечения.

Операционные системы не существуют для простых машин. Например, некоторые стереосистемы, декодеры и кухонные приборы не имеют такой системы, так как в этих устройствах не так много программ, которые должны правильно взаимодействовать. Простые устройства также нуждаются в едином механизме хранения данных, волатильности и графической рабочей среде.

Самым важным элементом операционной системы является ядро. Она контролирует правильное выполнение процессов и координирует ресурсы, доступные на устройстве. Например, когда пользователь взаимодействует с компьютером, для запуска компьютерных процессов, конечно же, требуются определенные ресурсы, которые были бы недоступны без правильно разработанной операционной системы.

Задачи и функции операционной системы

Операционная система должна выполнять две основные задачи, которые определяют ее назначение

Управляет всеми ресурсами системы. Операционная система обеспечивает функционирование и правильную координацию процессов устройства;
Упрощает для пользователя работу с устройством.

Подарок для вас! Бесплатно до 19 июня!

Отличная работа гарантируется в течение 1-2 дней!

Операционная система позволяет эффективно взаимодействовать со всеми типами устройств и использовать широкий спектр приложений.

Хотя функциональность операционной системы зависит от разработчика и от самого устройства, есть определенные особенности, общие для всех операционных систем.

выполнение запросов ПО;
работа с программами и загрузка их в оперативную память;
обеспечение многозадачности и надежности вычислительных процессов;
стандартизированный доступ к устройствам ввода-вывода;
контроль над процессором, видеоадаптером, оперативной памятью и другими элементами девайса;
отладка и логирование ошибок;
предоставление удобного интерфейса;
правильная координация ресурсов устройства и их распределение между запущенными процессами.

Некоторые типы операционных систем имеют и другие особенности.

Операционная система открывает многие возможности используемого устройства. Поэтому важно знать, что это такое, что он может делать и на что способен.

Что такое операционная система

Операционная система (ОС) — это набор программного обеспечения, которое управляет ресурсами установленного устройства. Например, операционная система имеет полный контроль над всеми выключениями/устройствами компьютера, ноутбука или, например, смартфона. Она позволяет пользователям взаимодействовать с устройствами и обеспечивает эффективное распределение вычислительных ресурсов между процессами.

Операционные системы предоставляют разработчикам программного обеспечения простой интерфейс для создания программ, что значительно упрощает рост. Важно отметить, что программы пишутся специально для разных операционных систем. Мы уже подробно обсуждали это в материале — программа, что это такое.

В большинстве устройств операционная система является основной частью системного программного обеспечения. И в зависимости от самой операционной системы, она может предлагать пользователю различные функции. И в большинстве случаев, например, в случае с Windows, пользователь может свободно устанавливать программное обеспечение и расширять функции/возможности компьютера или ноутбука.

На данный момент наиболее распространенными являются Windows и Unix, аналогичные системы, тот же Linux, Mac OS, Android, iOS и т.д.

Интересно! Изученный материал типы операционных систем — типы операционных систем. Там вы найдете всю необходимую информацию в иллюстрированных изображениях.

Стоит отметить, что не все устройства используют операционную систему. Например, простые материалы не требуются. Сюда входят стереосистемы, простые декодеры и кухонные приборы. То есть, когда во время активации выполняются, по сути, простые программы.

Однако если требуется множество различных программ, необходим единый механизм хранения данных, изменчивость и графический интерфейс. Требуется операционная система.

Ядро операционной системы — это самая важная часть операционной системы, которая контролирует выполнение процессов и все ресурсы компьютера/устройства. Он обеспечивает доступ к этим ресурсам для выполняемых процессов и координирует их работу.

Назначение операционной системы

Отметим две основные причины, по которым он необходим в компьютере, смартфоне или другом составном вычислительном устройстве

1. проверить всю начинку/инструменты в устройстве. Обеспечить его функционирование, взаимосвязь и контроль всех процессов.

2. обеспечить, чтобы пользователи могли взаимодействовать с устройством на понятном им языке. Разные устройства имеют разные типы взаимодействия. Современные операционные системы имеют графическую оболочку, которая обеспечивает управление различными способами.

Операционные системы позволяют использовать различные устройства и компьютеры и устанавливать программы и приложения.

Функции операционной системы

Функциональность операционной системы зависит от функций, которые разработчики интегрировали в нее, и от материала, установленного на устройстве/компьютере. Однако есть несколько самых основных, общих для всех операционных систем.

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

Существует также множество дополнительных функций, которые зависят от типа операционной системы. Например, многопользовательский режим, сетевой режим или режим безопасности.

Теперь давайте посмотрим на память. Естественная модель памяти современных систем представлена в виде таблицы байтов. Для чтения из памяти необходимо обратиться к ячейке, чтобы получить к ней доступ. Для описания или обновления данных необходимо также указать место записи данных и адрес ячейки.

Каталог Операционных систем

Принцип модульности — обособление составных частей ОС в отдельные модули (функционально законченные элементы системы), выполненное в соответствии с принятыми межмодульными интерфейсами;
Принцип генерируемости ОС — определяет такой способ исходного представления ядра ОС и основных компонентов ОС, который позволяет производить их настройку, исходя из конкретной конфигурации конкретного вычислительного комплекса и круга решаемых задач;
Принцип функциональной избыточности — учитывает возможность проведения одной и той же работы различными средствами;
Принцип виртуализации — представляет структуру системы в виде определенного набора планировщиков процессов и распределителей ресурсов и позволяет использовать единую централизованную схему распределения ресурсов, организуя тем самым работу виртуальной машины;
Принцип независимости программ от внешних устройств — связь программ с конкретными устройствами производится не на уровне трансляции программы, а в период планирования ее исполнения;
Принцип совместимости — способность ОС выполнять программы, написанные для других ОС или для более ранних версий данной операционной системы, а также для другой аппаратной платформы;
Принцип открытой и наращиваемой ОС — позволяет не только использовать возможности генерации, но и вводить в ее состав новые модули;
Принцип обеспечения безопасности при выполнении вычислений — является желательным свойством для любой многопользовательской системы;

Универсальность и разделение прав требуют определенной иерархии привилегий для элементов самой операционной системы. В операционной системе есть три группы элементов.

ядро, содержащее планировщик; драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием; сетевую подсистему, файловую систему;
системные библиотеки и
оболочку с утилитами.

Большинство программ, как системных (часть операционной системы), так и прикладных, работают в неперестроенном («пользовательском») режиме, манипулируя процессором и имея доступ к материалам (и, при необходимости, к другим). ресурсы ядра и ресурсы других программ) только через системные вызовы. Ядро выполняется в привилегированном режиме. В этом смысле говорят, что операционная система (точнее, ее ядро) управляет материалом.

Критерии функциональной целостности (закрытия) важны при определении синтеза операционной системы. Система должна позволять полностью использовать (включая модификацию) свои компоненты. Таким образом, полная операционная система также включает в себя набор инструментов (от текстовых процессоров до компиляторов, депривации и суставов). Большинство современных операционных систем — это хорошо структурированные и четко определенные системы, которые могут расти, расширяться и переноситься на новые платформы. Одним из способов построения операционной системы является различие между монолитными и микроядерными архитектурами.

Функции

Базовая функциональность (простейшие операционные системы):.

Загрузка приложений в оперативную память и их выполнение;
Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода);
Управление оперативной памятью (распределение между процессами, виртуальная память);
Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как Жёсткий диск, Компакт-диск и т. д.), как правило с помощью файловой системы;
Пользовательский интерфейс;
Сетевые операции, поддержка стека протоколов

Эволюция операционных систем и основные идеи

Предшественниками операционной системы следует считать служебные программы (загрузчики и экраны) и часто используемые библиотеки. Это начало развиваться с появлением первого поколения компьютеров общего назначения (конец 1940-х годов). Вспомогательные программы минимизировали физические манипуляции с оборудованием и оператором, использующим библиотеку, и позволили избежать повторного планирования одних и тех же действий (выполнение IO, расчет математических функций и т.д.).

Операционные системы появились около полувека назад. В основном это определялось и определяется развитием материалов и вычислительных устройств.

40s. Первые цифровые компьютеры без операционных систем. Организация процессов на компьютере решается программистами из офиса управления.

50s. Просмотр оригинальной операционной системы — системы мониторинга, применяющей систему пакетной обработки работ.

1965-1980s. Миграция на интегральные схемы. IBM/360. были реализованы практически все основные концепции, присущие современным операционным системам: разделение времени и политермичность, разделение мощности, реальные масштабы, файловые структуры, файловые системы. Внедрение полипрограммы потребовало внесения очень существенных изменений в компьютерную документацию. Функции привилегированного пользователя, средства защиты областей памяти, продвинутые системы отдыха.

Конец 1970-х годов; создана функциональная версия стека протоколов TCP/IP. Стандартизирован в 1983 году. Благодаря своей независимости от поставщиков, а также гибкости и эффективности для успешной работы Интернета, этот стек протоколов стал основным стеком протоколов для большинства операционных систем.

1980s. Дисплей персональных компьютеров. Быстрое развитие локальных сетей. Сетевые возможности стали обязательным условием. Были приняты базовые стандарты технологии связи локальных сетей: Ethernet, Token Ring и FDDI, которые обеспечили совместимость сетевых систем, работающих на более низких уровнях.

Начало 1990-х годов. Почти все операционные системы были объединены в сеть. Начали появляться специальные сетевые операционные системы (например, маршрутизаторы iOS).

Последнее десятилетие. Особое внимание уделяется корпоративным сетевым операционным системам, характеризующимся высокой масштабируемостью, поддержкой сетевого взаимодействия, расширенными функциями безопасности и способностью работать в гетерогенных средах при наличии централизованного управления.

Усилия по созданию архитектуры после Unix также включают разработку системы программирования Oberon и среды Oberon в Цюрихской школе технологий ETH под руководством профессора Никлаусворта.

Классификация операционных систем

Операционные системы могут быть отсортированы различными способами.

По способу организации вычислений:
- системы пакетной обработки (batch processing operating systems) – целью является выполнение максимального количества вычислительных задач за единицу времени; при этом из нескольких задач формируется пакет, который обрабатывается системой;
- системы разделения времени (time-sharing operating systems) – целью является возможность одновременного использования одного компьютера несколькими пользователями; реализуется посредством поочередного предоставления каждому пользователю интервала процессорного времени;
- системы реального времени (real-time operating systems) – целью является выполнение каждой задачи за строго определённый для данной задачи интервал времени.

системы с монолитным ядром (monolithic operating systems);
системы с микроядром (microkernel operating systems);
системы с гибридным ядром (hybrid operating systems).

однозадачные (single-tasking operating systems);
многозадачные (multitasking operating systems).

однопользовательские (single-user operating systems);
многопользовательские (multi-user operating systems).

однопроцессорные (uniprocessor operating systems);
многопроцессорные (multiprocessor operating systems).

локальные (local operating systems) – автономные системы, не предназначенные для работы в компьютерной сети;
сетевые (network operating systems) – системы, имеющие компоненты, позволяющие работать с компьютерными сетями.

серверные (server operating systems) – операционные системы, предоставляющие доступ к ресурсам сети и управляющие сетевой инфраструктурой;
клиентские (client operating systems) – операционные системы, которые могут получать доступ к ресурсам сети.

открытые (open-source operating systems) – операционные системы с открытым исходным кодом, доступным для изучения и изменения;
проприетарные (proprietary operating systems) – операционные системы, которые имеют конкретного правообладателя; обычно поставляются с закрытым исходным кодом.

операционные системы мэйнфреймов – больших компьютеров (mainframe operating systems);
операционные системы серверов (server operating systems);
операционные системы персональных компьютеров (personal computer operating systems);
операционные системы мобильных устройств (mobile operating systems);
встроенные операционные системы (embedded operating systems);
операционные системы маршрутизаторов (router operating systems).

Требования к операционным системам

Основным требованием к современным операционным системам является выполнение перечисленных выше функций в «функциональных функциях системы». Помимо этого очевидного требования, существуют и другие требования, зачастую не менее важные3:.

расширяемость – возможность приобретения системой новых функций в процессе эволюции; часто реализуется за счет добавления новых модулей;
переносимость – возможность переноса операционной системы на другую аппаратную платформу с минимальными изменениями;
совместимость – способность совместной работы; может иметь место совместимость новой версии операционной системы с приложениями, написанными для старой версии, или совместимость разных операционных систем в том смысле, что приложения для одной из этих систем можно запускать на другой и наоборот;
надежность – вероятность безотказной работы системы;
производительность – способность обеспечивать приемлемые время решения задач и время реакции системы.

Резюме

В этой лекции дается определение операционной системы, представлены типы программного обеспечения и описаны функции и структура операционной системы. Особое внимание будет уделено понятию «ядро». Существуют также различные способы классификации операционных систем и требования к современным операционным системам.

В следующих лекциях представлен обзор операционной системы Microsoft Windows.