01. Понятие и назначение операционных систем
Введение
Современный компьютер состоит из множества аппаратных и программных компонентов.
К аппаратным компонентам относятся: - процессор; - оперативная память; - накопители; - видеокарта; - клавиатура и мышь; - сетевой адаптер; - монитор; - принтер и другие устройства.
Кроме аппаратного обеспечения, на компьютере работают различные программы: - текстовые редакторы; - браузеры; - игры; - средства разработки; - серверные приложения; - антивирусы; - сетевые службы и другие программы.
Однако прикладная программа не работает с аппаратным обеспечением полностью самостоятельно.
Например, браузеру необходимо: - получить данные из сети; - вывести информацию на экран; - записать файлы на диск; - выделить оперативную память; - получить данные от клавиатуры.
Для этого браузеру не нужно самостоятельно управлять каждым электронным компонентом компьютера.
Эту работу в значительной степени выполняет операционная система.
Что такое операционная система
Операционная система (ОС) — это комплекс системного программного обеспечения, который управляет аппаратными ресурсами компьютера, обеспечивает выполнение программ и предоставляет пользователю и приложениям средства взаимодействия с компьютером.
Проще говоря:
Операционная система — это основной программный слой, который связывает пользователя и приложения с аппаратным обеспечением компьютера.
Упрощённо взаимодействие можно представить следующим образом: Пользователь → Прикладные программы → Операционная система → Аппаратное обеспечение
Например: Пользователь → браузер → ОС → сетевой адаптер → сеть
или: Пользователь → текстовый редактор → ОС → SSD → файл
Зачем нужна операционная система
Основная задача ОС — сделать использование компьютера управляемым и удобным.
Без операционной системы каждая программа должна была бы самостоятельно решать множество низкоуровневых задач: - работать с процессором; - управлять оперативной памятью; - взаимодействовать с дисками; - работать с клавиатурой и мышью; - взаимодействовать с сетевым адаптером; - управлять другими устройствами; - обеспечивать доступ к файлам; - обрабатывать ошибки.
Это значительно усложнило бы разработку программ.
Операционная система предоставляет программам готовые механизмы для выполнения таких операций.
Например, программе необходимо сохранить файл.
Вместо непосредственного управления SSD программа обращается к средствам ОС: Программа → ОС → файловая система → накопитель
Основные задачи операционной системы
Операционная система выполняет большое количество функций.
Основные из них: 1. Управление процессором и выполнением программ. 2. Управление оперативной памятью. 3. Управление файлами и накопителями. 4. Управление устройствами компьютера. 5. Обеспечение взаимодействия пользователя с компьютером. 6. Обеспечение взаимодействия программ с аппаратным обеспечением. 7. Управление пользователями и правами доступа. 8. Обеспечение сетевого взаимодействия. 9. Обеспечение безопасности системы. 10. Диагностика и обработка ошибок.
Что происходит при включении компьютера
Операционная система не начинает работать непосредственно в момент нажатия кнопки питания.
Упрощённо процесс выглядит следующим образом: 1. Включение компьютера. 2. Запуск BIOS/UEFI. 3. Проверка и первоначальная настройка оборудования. 4. Поиск загрузочного устройства. 5. Запуск загрузчика операционной системы. 6. Загрузка ядра ОС. 7. Запуск системных компонентов и служб. 8. Предоставление интерфейса пользователю.
После этого пользователь получает возможность работать с системой.
Основные компоненты операционной системы
Ядро
Ядро — центральная часть ОС, которая непосредственно управляет важнейшими ресурсами компьютера.
Оно занимается, в частности: - процессами; - памятью; - устройствами; - системными вызовами.
Драйверы
Обеспечивают взаимодействие ОС с аппаратными устройствами.
Файловая система
Обеспечивает организацию хранения и доступа к файлам.
Системные службы
Выполняют различные задачи в фоновом режиме.
Например: - сетевые службы; - службы печати; - службы обновления; - службы журналирования.
Пользовательская оболочка
Предоставляет пользователю интерфейс взаимодействия с ОС.
Это может быть: - графическая оболочка; - командная оболочка; - терминал.
Примеры операционных систем
Windows
Разрабатывается компанией Microsoft.
Широко используется: - на персональных компьютерах; - в организациях; - в образовательных учреждениях; - на рабочих станциях; - на серверах.
Linux
Linux — семейство операционных систем на основе ядра Linux.
Существует большое количество дистрибутивов.
Например: - Ubuntu; - Debian; - Fedora; - Arch Linux; - Linux Mint; - Red OS; - Astra Linux; - ALT Linux.
Linux широко используется на серверах и в сетевой инфраструктуре.
macOS
Операционная система компании Apple для компьютеров Mac.
Android
Мобильная операционная система, основанная на ядре Linux и предназначенная главным образом для мобильных устройств.
Другие ОС
Также существуют: - FreeBSD; - OpenBSD; - NetBSD; - ChromeOS; - различные специализированные и встроенные ОС.
Операционная система на сервере
На рабочем компьютере ОС в первую очередь должна обеспечивать удобство пользователя.
На сервере важными становятся: - стабильность; - безопасность; - управление пользователями; - сетевые службы; - удалённое администрирование; - журналирование; - резервирование; - мониторинг; - автоматизация.
Например, сервер Linux может работать без графического интерфейса.
Администратор подключается к нему по SSH и выполняет необходимые операции через командную строку.
Это позволяет серверу использовать ресурсы более рационально и облегчает автоматизацию.
Итог
Операционная система является основным системным программным обеспечением компьютера.
Она обеспечивает взаимодействие: пользователя → приложений → аппаратного обеспечения.
Основные задачи ОС: - управление процессами; - управление оперативной памятью; - управление файлами; - управление устройствами; - обеспечение пользовательского интерфейса; - управление пользователями и правами; - сетевое взаимодействие; - обеспечение безопасности; - обновление и обслуживание системы; - обработка ошибок и диагностика.