Операционные системы играют важную роль в функционировании компьютеров и других цифровых устройств. Существует множество их разновидностей с различными характеристиками и функциональностью. В этой статье мы познакомимся с основными видами ОС, их архитектурой и принципами работы. Узнаем, что повлияло на их развитие, и что определяет популярность определенных систем у пользователей.
История появления и эволюция ОС
Первые системы управления компьютерами появились в 1950-60-х годах. Они представляли собой примитивные программы, выполняющие базовые функции, такие как загрузка данных с перфолент, распределение ресурсов и планирование задач.
Уже тогда закладывались основные принципы построения операционных систем - абстракция оборудования, управление приложениями, файловые системы.
Следующим важным этапом стало появление в 1970-80-х годах таких ОС как Unix, MS DOS, VMS. Они включали в себя командные интерпретаторы, стеки протоколов, механизмы защиты памяти. Это позволило компьютерам начать широко использоваться в университетах, бизнесе, военных и государственных организациях.
Появление персональных компьютеров и графических ОС
1980-90-е годы ознаменовались выходом первых персональных компьютеров от IBM, Apple, Amiga. Вместе с ними появились операционные системы с графическим интерфейсом пользователя (GUI) - виды операционных систем Macintosh System Software, GEM, Windows и другие:
- Позволяли управлять компьютером при помощи мыши, окон, иконок
- Сделали ПК доступнее для рядовых пользователей
- Послужили толчком для взрывного роста рынка персональных компьютеров и программного обеспечения
С появлением Интернета и распространением персональных компьютеров началась активная конкурентная борьба между разработчиками операционных систем. Особенно остро соперничали Windows и Mac OS в 1990х. В 2000-х появились мобильные ОС для смартфонов и планшетов - виды операционных систем iOS и Android, которые сейчас доминируют на рынке.
Классификация ОС по различным признакам
Операционные системы можно классифицировать по разнообразным признакам, отражающим их внутреннее устройство, сферу применения, модель лицензирования и т.д. Рассмотрим основные из них.
По типу ядра
Это один из важнейших классификационных признаков, так как ядро - ключевой компонент ОС, отвечающий за управление приложениями и оборудованием. Выделяют несколько типов ядер:
- Монолитные - ядро и драйверы компонуются в единый модуль
- Микроядерные - ядро минимально, а драйверы и сервисы работают в отдельных процессах
- Гибридные - комбинируют подходы монолитных и микроядерных ОС
К монолитным относятся как Windows, так и большинство UNIX-подобных систем, включая Mac OS до версии X. Современные мобильные ОС, такие как Android и iOS используют гибридные ядра, чтобы оптимизировать производительность и энергопотребление.
По числу одновременных пользователей
- Однопользовательские - предназначены для работы одного человека, не подразумевают одновременный доступ к системе извне. Пример - персональные версии Windows, Mac OS, Linux.
- Многопользовательские - позволяют одновременную работу множества людей как локально, так и удаленно. Чаще используются на серверах, мэйнфреймах, в облачных вычислениях.
По модели лицензирования ПО
Этот критерий определяет права пользователя на использование, изменение, распространение ОС. Среди моделей лицензирования выделяют:
| Коммерческие ОС | Закрытый исходный код | Проприетарные Windows, iOS |
| Условно-бесплатные ОС | Закрытый исходный код | Android |
| Бесплатные ОС | Открытый исходный код | Linux, BSD |
Как видим, одним из ключевых различий является наличие открытого исходного кода, который позволяет свободно модифицировать ОС под нужды пользователя.
Архитектура современных операционных систем
Любая современная ОС представляет собой сложный программный комплекс, состоящий из множества компонентов и подсистем. Рассмотрим основные из них:
Ядро
Это сердце любой ОС, которое управляет задачами, памятью, процессором, вводом-выводом. Ядро обеспечивает абстракцию оборудования, благодаря чему прикладные программы не зависят от технических деталей железа. Современные ядра поддерживают многозадачность, защиту памяти, расширяемость посредством модулей.
Драйверы устройств
Драйверы обеспечивают взаимодействие между аппаратными компонентами и ядром ОС. С их помощью реализуется доступ к жестким дискам, видеокартам, принтерам, сканерам и прочим устройствам, подключаемым к компьютеру.
Библиотеки подпрограмм
Библиотеки содержат наборы готовых функций, которые могут использовать разные приложения. Это позволяет избежать дублирования кода и упрощает разработку ПО. В ОС есть библиотеки для работы с графикой, звуком, сетями и т.д.
Помимо перечисленных компонентов, в состав ОС входит еще множество подсистем, отвечающих за планирование процессов, файловые операции, безопасность, сетевое взаимодействие и пр.
Интерфейсы взаимодействия с ОС
Помимо внутренних компонентов, важную роль в ОС играет интерфейс взаимодействия с пользователем. Существуют два основных типа интерфейсов:
- Командная строка. Представляет собой текстовый режим ввода инструкций для выполнения различных действий. Исторически появилась раньше. Используется преимущественно опытными пользователями и администраторами.
- Графический пользовательский интерфейс (GUI). Подразумевает управление при помощи визуальных элементов (окна, меню, кнопки). Появился в 1990х годах. Отличается интуитивностью и простотой использования.
Современные ОС поддерживают оба режима взаимодействия, что делает их удобными как для новичков, так и опытных пользователей.
Механизмы и сервисы ОС
Помимо интерфейсов и аппаратных абстракций, в ОС реализован широкий набор механизмов и сервисов - специальных программных средств, которые выполняют важные системные задачи.
Планировщик (scheduler)
Этот компонент отвечает за распределение ресурсов процессора (времени выполнения) между запущенными приложениями и процессами ОС. С помощью планировщика реализуется многозадачность.
Диспетчер процессов и потоков
Позволяет ОС управлять выполнением программ, выделять им память, регулировать приоритеты. Диспетчер создает абстракции процессов и потоков.
Файловые системы
Служат для хранения, организации и манипулирования файлами. Обеспечивают доступ к данным на дисках согласно правилам файловой структуры - иерархии каталогов и файлов. Примеры разновидностей: FAT32, NTFS, ext4.
В комплексе все эти механизмы позволяют ОС эффективно управлять работой компьютера, выделять ресурсы, обеспечивать безопасность и удобство использования.
Особенности настольных ОС
Рассмотрим подробней основные операционные системы для персональных компьютеров, их особенности и области применения.
Windows
Эта закрытая коммерческая ОС от корпорации Microsoft доминирует на рынке уже долгие годы. Последние популярные настольные версии - Windows 7, Windows 8.1, Windows 10. Отличительные черты Windows:
- Огромное количество прикладных программ и драйверов
- Простота использования, много графических средств
- Интеграция с офисными и игровыми экосистемами Microsoft
- Закрытый исходный код ограничивает гибкость изменений
Windows активно используется на офисных и домашних компьютерах, игровых ПК. Менее популярна для программирования и во встраиваемых системах.
