Разбираемся, как работают операционные системы. Что такое операционная система и зачем она должна быть установлена на компьютере

Список их сильно увеличился даже за последние 5 лет, особенно в связи с ростом числа мобильных устройств. Каковы их особенности, чем они отличаются, в чем их преимущества и недостатки?

Классификация систем

Они отличаются друг от друга по разным параметрам, в частности, по распределению функций между компьютерами. Классы операционных систем и сами сети бывают:

• одноранговыми;
• двуранговыми (имеют выделенные серверы).

Есть компьютеры, которые свои ресурсы предоставляют другим. В этом случае они выступают в роли сетевого сервера. Другой же является их клиентом. Компьютеры могут выполнять ту или вторую функцию или же совмещать их воедино. должна при этом соответствовать запросам покупателя.

Перечень наиболее востребованных систем

Какие же наиболее популярные среди пользователей операционные системы? Список выглядит таким образом:

• Windows.
• MacOS.
• Android.
• Ubuntu.
• Linux и другие.

Есть также менее популярные. Например, Fedora или Back Track. Но они распространены в довольно узкой среде специалистов.

Как выбрать?

Для пользователей есть разные критерии. Это прежде всего удобство применения и возможности операционных систем. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Одному важен функционал, второму - интерфейс, третьему - гарантия сохранности персональных данных. Операционные системы для ПК, список которых длиннее, чем тех, которые разработаны для мобильных устройств, отличаются от вторых своими требованиями к машине.

Они предлагают своим пользователям разный уровень комфорта и инновационных решений, во многом выбор обусловлен профессией человека.

Особенности Windows

За последние годы появились новые операционные системы. Список наиболее популярных дополнили Android и IOS. Однако именно ОС Windows, как и прежде, остается наиболее востребованной в мире.

Она не только самая популярная операционная система, но и наиболее комфортная в применении, отлично подходит для новичков. Школьники, офисные работники и люди разного возраста - практически все они применяют операционные системы Windows. Linux же традиционно используется профильными специалистами.

Плюсы

Ключевыми преимуществами всенародно любимой «Винды» являются такие факторы:

• удобный интерфейс;
• большое количество качественного программного обеспечения, которое можно установить на бесплатной основе;
• простота установки и настройки;
• легкость администрирования серверных.

Минусы Windows

Большинство версий «Виндоус» - это платные операционные системы. Список можно найти в открытых источниках. Высокая стоимость программного обеспечения - ключевой недостаток Windows.

Другой минус - это нестабильность и уязвимость всего семейства ОС к разного рода вредоносному ПО.

Последняя версия

Сколько стоит Windows 10? Все зависит от, какой будет версия - домашней или профессиональной. В первом случае стоимость составит около 6 тысяч рублей, а во втором - порядка 10 тыс.

Последняя модификация, как и предыдущая, может иметь классический интерфейс или же такой, как у «восьмерки», когда можно переключать иконки на рабочем столе.

Отвечая закономерным ответом на вопрос, сколько стоит Windows 10, тем, что стоимость немала, надо предупредить: не торопитесь переживать. Ведь лицензия, которая предоставляется пользователю, не имеет окончательного срока действия. А вот такое программное обеспечение, как онлайн-игры, антивирусы или Office, требует регулярного обновления на платной основе.

По традиции, если у вас на компьютере установлена предыдущая лицензированная версия Windows, то обновить ее до последней вы сможете бесплатно.

Предыдущие ОС Windows

Несмотря на выход нового программного обеспечения, есть те, кому комфортно использовать предыдущие. Разные версии операционных систем имеют свои преимущества. Сейчас, наряду с «десяткой», многие продолжают применять «восьмерки» и «семерки».

Windows 7 вышла еще в 2009 году. В ее состав вошли как разработки из предыдущей «Висты», так и совершенно новые решения, которые касались интерфейса и встроенных программ. Было исключено некоторое ПО - игры, приложения, ряд технологий и другое.

«Семерка» имеет несколько редакций:

• начальную;
• домашнюю базовую;
• домашнюю расширенную;
• корпоративную;
• профессиональную;
• максимальную.

Следующая версия операционной системы - Windows 8 вышла в 2012 году. Ее главным новшеством стал измененный интерфейс, который был более адаптированным к работе на мобильных устройствах. На сегодняшний день этот продукт компании является наиболее продаваемым.

Устаревшие версии

Есть и когда-то популярные, но сейчас практически забытые операционные системы. Список их можно начать с Windows 95, именно с этой версии в свое время многие начинали работу с ПК. После нее появилась не менее популярная Windows 98. Следующая система - Windows 2000 - вышла на стыке тысячелетий и предназначалась для применения на устройствах с 32-битными процессорами.

Однако настоящую популярность сыскала ОС Windows XP, появившаяся в 2001 году. Свое первенство она лишь недавно уступила седьмой и восьмой версии. Более 10 лет именно XP предпочитали устанавливать пользователи на свои компьютеры и ноутбуки.

Последующей пользовательской версией стала Vista, однако ее функционал и особенности, по мнению специалистов, были крайне слабыми, отчего она и не завоевала популярность.

Другие операционные системы для компьютеров

Однако не все пользуются ОС Windows. Есть и другие операционные системы для ПК. Список их включает в себя, в частности, MacOS, Linux Ubuntu идругие ее модификации. Их в основном используют узкопрофильные специалисты.

Ubuntu была создана на Ее интерфейс во многом напоминает Mac, но общий стиль похож на Windows. Пользователи оценили удобство использования, стабильность и то, что ОС можно получить бесплатно. Также им нравится скорость работы машины. Но есть у Ubuntu и минусы - малое количество ПО, игр, а также сложная схема администрирования.

MacOS - это операционная система, разработанная компанией Apple для компьютеров своего производства. Ее называют пользовательским продуктом класса премиум - она отличается красивым дизайном, удобным интерфейсом и отличными мультимедийными возможностями. Но это решение по карману далеко не всем, ведь как сами компьютеры, так и ОС марки Apple, по сравнению с другими, стоят невероятно дорого.

Также для ПК некоторые используют Linux. Эта система бесплатна, отличается стабильностью, оснащена большим количеством встроенного софта. Однако, несмотря на все эти преимущества, она требует высоких пользовательских навыков. Поэтому Linux чаще всего устанавливают программисты, сетевики и другие специалисты.

Работа на мобильных устройствах

Как известно, все больше пользователей предпочитают использовать интернет не с ноутбуков и ПК, а с мобильных устройств - смартфонов и планшетов. Есть операционные системы, которые разработаны специально для них. Наиболее распространены Android и IOS. А вот «Симбиан» уже потеряла былую популярность, поскольку ее возможности уже не могут покрыть потребности пользователей.

На первом месте в количественном отношении с большим отрывом стоит «Андроид». Ведь если IOS - это ОС, созданная специально для устройств компании Apple, то второй может работать на смартфонах и планшетах других марок, например:

• Samsung.
• Sony.
• Lenovo и другие.

«Андроид» имеет удобный интерфейс для своих пользователей, позволяет им пользоваться качественным софтом в большом количестве на бесплатной основе. Он подходит не только для смартфонов и планшетов, но и для современных «умных телевизоров». Устройства на основе этой ОС можно самостоятельно перепрошивать и вносить изменения в их работу.

Но IOS, которая является продуктом компании Apple, считается более стабильной и работает гораздо быстрее, предоставляет покупателям хорошие мультимедийные возможности. Но по сравнению с «Андроидом», она более затратна, поскольку бесплатного программного обеспечения в ней очень мало. А то, которое предоставляется за деньги, стоит очень дорого.

Примерно 10 лет и ранее назад те, кто пользовался интернетом на мобильных телефонах, активно использовали систему "Симбиан", которая являлась совместной разработкой ведущих на тот момент производителей (Nokia, Motorola и других). Она работает и сейчас, но, по сравнению с IOS и "Андроидом", она не в состоянии справиться с теми задачами, которые ставят перед собой теперешние владельцы мобильных устройств.

Прочие операционные системы

Помимо распространенных ОС для компьютеров и мобильных устройств, существуют и менее известные, многие из них созданы по типу Linux и требуют высокого уровня пользовательских навыков. Одной из таких систем является Fedora. Она отличается высокой стабильностью, практически не падает в плане работы. Можно навсегда забыть про зависания, внезапные перегрузки и другие проблемы.

Существуют и специфические операционные системы. Например, Back Track. Эта система бесплатная и применяется хакерами во всем мире. Большинство взломов проводилось именно благодаря Back Track. Она была изначально оптимизирована для получения несанкционированного доступа для скачивания данных с того или иного компьютера.

Люди, далекие от компьютерной сферы, мало знают об особенностях операционных систем и их реальном количестве. На ноутбуках или компьютерах они ставят «Виндоус», айфоны оснащены собственным ПО, а на других смартфонах или планшетах установлен по умолчанию «Андроид».

Но есть и других систем, они в основном не предназначены для широкого круга по причине своих особенностей. Выбор той или иной ОС зависит прежде всего от тех задач, которые ставит перед собой человек.

У новых компьютерных пользователей обычно возникает масса вопросов, на которые необходимо получить ответы в наиболее понятной и доступной форме. Одним из них является следующий: "Что такое операционная система?". Давайте разберемся в нем.

Что такое и в чем состоит ее предназначение?

Она представляет собой специализированную оболочку, предназначенную для управления компьютером, запуска программ, обеспечения эффективной защиты хранимых на компьютере данных, выполнения разнообразных сервисных функций по запросам от программ и пользователей. Услугами пользуется любая программа, поэтому работа может осуществляться исключительно под управлением определенной ОС. Только при выполнении этого условия можно рассчитывать на слаженную деятельность компьютера.

Обязательные части, входящие в состав следующие:

Ядро, которое представляет собой командный интерпретатор, то есть своеобразный переводчик, переносящий запросы от пользователей или программ в понятный для физических компонентов компьютера вид;

Специализированные программные компоненты, ориентированные на управление разнообразными устройствами, которые включены в состав компьютера, их принято называть драйверами;

То есть удобная оболочка, посредством которой и осуществляется основное общение.

Что такое операционная система и что входит в ее состав?

ОС представляет собой комплекс, сформированный из связанных между собой программ, который предназначен для организации удобного взаимодействия пользователя и компьютера, а также для выполнения остальных программ. Важно понимать, что установка второй операционной системы возможна только на другой так как у каждой из них имеются собственные модули и компоненты. Можно рассмотреть которая состоит из вполне конкретных компонентов и модулей:

Ядро системы или базовый модуль предназначен для управления работой программы и файловой системы, обеспечивая удобный доступ к ней, а также обмен файлами между периферийными устройствами;

Командный процессор создан для расшифровки и исполнения пользовательских команд, которые поступают обычно посредством клавиатуры;

Драйвера для предназначены для обеспечения согласованности работы устройств и процессора, они необходимы в связи с тем, что каждое из периферийных устройств обрабатывает информацию по-разному и с разной скоростью;

Утилиты, представляющие собой дополнительные сервисные программы, делающие процесс пользовательского общения с компьютером многосторонним и максимально удобным.

Если с тем, что такое операционная система, все более или менее понятно, то можно рассмотреть вопросы, связанные с ее загрузкой. Файлы, входящие в состав ОС, хранятся на диске. Известно, что для выполнения программ они должны находиться в оперативной памяти. Для начала должна быть выполнена программа загрузки, изначально отсутствующая в оперативной памяти. И тут есть выход - ОС поэтапно загружается в оперативную память.

Первый отрезок системы загружается из где находятся все программы тестирования блоков питания ПК. Они выполняются моментально после поступления первых токовых импульсов. В это же время на начальном секторе диска запускается программа загрузки, берущая управление на себя. Это приложение ищет базовый модуль ОС, а потом передает ему управление. Загрузчик из базового модуля отыскивает все остальные компоненты и загружает их в ОЗУ. Когда ОС загружена, управление вручается командному процессору, после чего пользователь может вступать во взаимодействие с системой. Мобильные операционные системы работают по схожему принципу, однако, с некоторыми видоизменениями, связанными с особенностью устройств.

Такой принцип распространяется абсолютно на все современные ОС.

Linux, Windows, Mac OS? Зачем они нужны? Понимание того, как работают операционные системы, поможет создавать качественные приложения.

Есть несколько причин, почему программистам стоит знать, как работают операционные системы. Одна из них – чтобы понимать, как работают программы. Представьте: вы пишете код, который кажется рабочим, но программа тормозит. Что делать? Можно попробовать разобраться с ограничениями операционной системы, но вы ведь не умеете!

Если стремитесь построить карьеру программиста, стоит понять, как работают операционные системы. Например, можно изучить курс «Введение в операционные системы» от Georgia Tech. В нем рассказывается, как работают ОС: механизмы работы, параллельное программирование (потоки и синхронизация), взаимодействие между процессами, распределённые ОС.

Осветим 10 наиболее важных принципов, о которых говорилось в курсе Udacity, и разберемся как же работают операционные системы.

Что такое операционная система

Это первое, о чем нужно задуматься, если вы решили разобраться, как работают операционные системы. ОС представляют собой набор программного обеспечения. Это ПО управляет компьютерным оборудованием и предоставляет техническую базу для программ. А ещё они управляют вычислительными ресурсами и обеспечивают защиту. Главное, что у них есть, – это доступ к управлению компонентами компьютера.

Файловая система, планировщик и драйверы – всё это основные инструменты работы ОС.

Существует три ключевых элемента операционной системы:

1. Абстракции (процессы, потоки, файлы, сокеты, память).
2. Механизмы (создание, управление, открытие, запись, распределение).
3. Реализации (алгоритмы LRU, EDF).

Кроме того, есть два основных принципа проектирования операционных систем:

1. Максимальная гибкость: отделение механизмов от конкретных реализаций.
2. Ориентация на пользователей: на каких устройствах будет работать ОС, что нужно пользователю, каковы требования к производительности.

Теперь подробнее разберём глобальные концепции, которые помогут сформировать понимание того, как работают операционные системы.

Процессы и управление

Процесс – не что иное, как исполнение программы. Так как программа записана в виде последовательности действий в текстовый файл, процессом она становится только при запуске.

Загруженная в память программа может быть условно разделена на четыре части: стек, кучу, контекст и данные.

• Stack: стек процесса содержит временные данные, такие как параметры метода, адрес возврата и локальные переменные.
• Heap: это динамически распределяемая память процесса времени его выполнения.
• Text: хранит состояние регистров, состояние программного счетчика, режим работы процессора, незавершенные операции ввода-вывода, информацию о выполненных системных вызовах.
• Data: раздел содержит глобальные и статические переменные.

Когда процесс выполняется, он проходит через разные состояния. Эти этапы могут различаться в разных операционных системах.

Общая картина выглядит так:

• Start: начальное состояние при создании процесса.
• Ready: процесс ожидает исполнения на процессоре. В течение работы процессор может переключаться между процессами, переводя одни в режим готовности, другие – в режим исполнения.
• Running: выполнение инструкций.
• Wait: процесс переходит в состояние ожидания. Например, ждёт ввода данных или получения доступа к файлу.
• Terminated: как только процесс завершится, он перейдёт в это состояние и будет ожидать удаления.

Немного терпения: мы уже близки к пониманию того, как работают операционные системы 😉

Блок управления процессов (Process Control Block) – это структура данных, поддерживаемая операционной системой для каждого процесса. PCB имеет идентификатор PID. Именно PCB хранит всю информацию, необходимую для отслеживания процесса.

• Process ID: идентификатор каждого из процессов в ОС.
• State: текущее состояние процесса.
• Privileges: разрешения доступа к системным ресурсам.
• Pointer: указатель на родительский процесс.
• Priority: приоритет процесса и другая информация, которая требуется для планирования процесса.
• Program Counter: указатель на адрес следующей команды, которая должна быть выполнена.
• CPU registers: регистры процессора, необходимые для состояния исполнения.
• Accounting Information: уровень нагрузки на процессор, статистика и другие данные.
• I/O Information: список ресурсов, использующих чтение и запись.

Потоки и параллелизм

Поток (нить, thread) – это ход исполнения программы. Он также имеет свой program counter, переменные, стек.

Потоки одной программы могут работать с одними данными, а взаимодействовать между собой через код.

Поток – это легковесный процесс. Вместе они обеспечивают производительность приложений и ОС за счет параллелизма на уровне программы.

Каждый поток относится к какому-то процессу и не может существовать без него. Сегодня потоки широко применяются в работе серверов и многопроцессорных устройств с общей памятью.

Чем хороши потоки:

• Они минимизируют время переключения контекста (процессора).
• Их использование обеспечивает параллелизм процесса.
• Они эффективно общаются между собой.
• Потоки позволяют использовать многопроцессорные архитектуры в большем масштабе.

Потоки имеют два уровня реализации:

• Пользовательский уровень, то есть потоки, управляемые приложениями;
• Уровень ядра, то есть потоки, управляемые ядром операционной системы.

В первом случае ядро ​​управления потоками ничего не знает о существовании потоков вообще. А библиотека потоков просто содержит код для создания и уничтожения потоков, а также передачи сообщений и данных между ними для планирования выполнения потоков и сохранения (восстановления) контекстов потоков.

Во втором случае ядро выполняет создание потоков, а ещё планирование и управление в пространстве ядра. Заметим, что потоки ядра обычно медленнее, чем потоки пользователей.

Планирование

Планировщик – это часть менеджера процессов, которая ответственна за переключение между процессами и выбор очереди по какой-либо стратегии.

ОС поддерживает все блоки управления процессом (PCB) в очередях планирования процесса:

• Очередь задач (job queue) поддерживает все процессы в системе.
• Очередь ожидания (ready queue) хранит информацию обо всех процессах, находящихся в основной памяти в состоянии ожидания. В эту очередь попадают и новые процессы.
• Очереди из устройств (device queue) – это процессы, заблокированные из-за недоступности устройств ввода-вывода.

ОС может использовать разные методы реализации для управления очередями (FIFO, Round Robin, Priority). Планировщик ОС определяет, когда и как перемещать процессы между готовыми и запущенными очередями (могут иметь только одну запись на ядро ​​процессора в системе). На приведенной выше диаграмме он был объединен с процессором.

Модели состояния делятся на активные и неактивные:

• Активные: при создании нового процесса он переходит в класс активных.
• Неактивные: процессы, которые не выполняются, а ждут завершения других процессов. Каждая запись в очереди является указателем на конкретный процесс. Очередь реализуется с использованием связанного списка. Использование диспетчера заключается в следующем: когда процесс прерывается, то переносится в очередь ожидания. Если процесс завершен или отменен – он отменяется вовсе.

Переключение контекста – это механизм сохранения (в PCB) и восстановления контекста процессора с ранее запущенного промежутка времени. При использовании этого метода, коммутатор контекста позволяет использовать один процессор для нескольких действий одновременно. Кстати, контекстное переключение является неотъемлемой частью многозадачной операционной системы.

Когда планировщик переключает процессор с одного процесса на другой, состояние из текущего запущенного процесса сохраняется в блоке управления. Затем состояние для следующего процесса загружается из своего PCB в регистры процессора. Только потом второй процесс может быть запущен.

При переключении следующая информация сохраняется для последующего использования: счетчик программы, информация планировщика, значение регистра базы и лимита, используемый в настоящее время регистр, измененное состояние, информация о состоянии ввода и вывода, учетная информация.

Управление памятью

Ещё одна важная часть – та, что отвечает за все операции по управлению первичной памятью. Существует менеджер памяти, который обрабатывает все запросы на получение памяти и высвобождение. Он же следит за каждым участком памяти, независимо от того, занят он или свободен. И он же решает, какой процесс и когда получит этот ресурс.

Адресное пространство процесса – набор логических адресов, к которым программа обращается в коде. Например, если используется 32-битная адресация, то допустимые значения варьируются от 0 до 0x7fffffff, то есть 2 Гб виртуальной памяти.

Операционная система заботится о том, чтобы сопоставить логические адреса с физическими во время выделения памяти программе. Нужно также знать, что существует три типа адресов, используемых в программе до и после выделения памяти:

• Символьные адреса : или по-другому адреса, используемые в исходном коде. Имена переменных, константы и метки инструкций являются основными элементами символического адресного пространства.
• Относительные адреса : компилятор преобразует символические адреса в относительные адреса.
• Физические адреса : загрузчик генерирует эти адреса в момент загрузки программы в основную память.

Виртуальные и физические адреса одинаковы как в процессе загрузки, так и во время компиляции. Но они начинают различаться во время исполнения.

Набор всех логических адресов, которые создала программа, называется логическим адресным пространством . Набор всех физических адресов, соответствующих этим логическим адресам, называется физическим адресным пространством.

Межпроцессорное взаимодействие

Существует два типа процессов: независимые и взаимодействующие. На независимые не оказывается влияние процессов сторонних, в отличие от взаимодействующих.

Можно подумать, что процессы, которые работают независимо, выполняются эффективнее, но зачастую это не так. Использование кооперации может повысить скорость вычислений, удобство и модульность программ.

Межпроцессная коммуникация (IPC) – это механизм, который позволяет процессам взаимодействовать друг с другом и синхронизировать действия. Связь между этими процессами может рассматриваться как сотрудничество.

Процессы могут взаимодействовать двумя способами: через общую память или через передачу сообщений.

Метод использования общей памяти

Допустим, есть два процесса: исполнитель (производитель) и потребитель. Один производит некоторый товар, а второй его потребляет. Эти два процесса имеют общее пространство или ячейку памяти, известную как «буфер». Там хранится элемент, созданный исполнителем, оттуда же потребитель получает этот элемент.

Однако у этих версий есть как минимум две значимые проблемы: первая известна как проблема безграничного буфера: исполнитель может продолжать создавать элементы без ограничений на размер буфера. Вторая заключается в том, что исполнитель, заполнив буфер, переходит в режим ожидания.

В задаче с ограниченным буфером у исполнителя и потребителя будет общая память. Если общее количество произведенных товаров равно размеру буфера, то исполнитель будет ждать их потребления.

Аналогично потребитель сначала проверит наличие товара, и если ни один элемент не будет доступен, придётся ждать его освобождения.

Метод анализа сообщений

С помощью этого метода процессы взаимодействуют друг с другом без использования общей памяти. Допустим, есть два процесса, p1 и p2, которые хотят взаимодействовать друг с другом. Они работают следующим образом:

• Устанавливается связь (если её ещё не существует).
• Начинается обмен сообщениями с помощью базовых примитивов. Нам нужно как минимум два примитива – отправить (сообщение, пункт назначения) или получить (сообщение).

Размер сообщения может быть фиксированным или переменным. Проектировщикам ОС проще работать с сообщениями фиксированного размера, а программистам – переменного. Стандартное сообщение состоит из двух частей – заголовка и тела.

Управление вводом и выводом

Одной из важнейших задач операционной системы является управление различными устройствами ввода и вывода вроде мыши, клавиатуры, дисководов, etc.

Система ввода и вывода принимает запрос приложения на ввод или вывод данных, а затем отправляет его на соответствующее физическое устройство. После возвращает приложению полученный ответ. Устройства ввода и вывода можно разделить на две категории:

• Блочные: то есть устройства, с которыми драйверы связываются, отправляя целые блоки данных. Например, жесткие диски, USB-камеры, Disk-On-Key.
• Символьные: те устройства, с которыми драйвер связывается, отправляя и получая одиночные символы (байты или октеты). Например, последовательные порты, параллельные порты, звуковые карты и так далее.

ЦПУ должен иметь способ передачи информации на устройство ввода-вывода и обратно. И есть три способа сделать это:

1. Специальные инструкции

Особые, неуниверсальные инструкции процессора, внедренные специально для контроля устройств ввода-вывода. Они позволяют отправлять данные на устройство и считывать их оттуда.

1. Входы и выходы с отображением памяти

Когда используется ввод-вывод с отображением памяти, одно и то же адресное пространство разделяется памятью и устройствами ввода-вывода. Устройство подключается непосредственно к ячейкам памяти так, чтобы можно было передавать блок данных без применения ЦПУ.

1. Прямой доступ к памяти (DMA)

Медленные устройства, такие как клавиатуры, генерируют прерывания ЦПУ после передачи каждого байта. Если бы быстрые устройства работали похожим образом, то ОС бы тратила большую часть времени впустую, на обработку этих прерываний. Поэтому для снижения нагрузки обычно используется прямой доступ к памяти (DMA).

Это означает, что ЦПУ предоставляет модулю ввода и вывода полномочия для чтения или записи в память. Сам модуль управляет обменом данными между основной памятью и устройством ввода-вывода. ЦПУ участвует в начале и конце передачи, а прерывается только после полной передачи блока.

Организация прямого доступа к памяти требует специального оборудования, называемого контроллером DMA (DMAC). Он управляет передачей данных и доступом к системной шине. Контроллеры запрограммированы с указателями источника и места назначения, счетчиками для отслеживания количества переданных байтов и прочими настройками.

Виртуализация

Технология, которая позволяет создавать несколько сред или выделенных ресурсов из единой физической аппаратной системы называется виртуализация

Программное обеспечение, гипервизор, напрямую подключается к этой аппаратной системе и позволяет разбить ее на отдельные, безопасные среды – виртуальные машины. По идее, гипервизор должен аппаратные ресурсы между виртуальными машинами так, чтобы процессы выполнялись быстрее.

Физическая машина с гипервизором называется хостом , а виртуальные машины, которые используют ресурсы данного хоста – гостями . Для них ангаром ресурсов являются процессор, память, хранилище. Для получения доступа к этим ресурсам операторы управляют виртуальными экземплярами.

В идеале, все связанные виртуальные машины управляются с помощью единой веб-консоли управления виртуализацией. Она нужна, чтобы ускорять работу. Виртуализация позволяет определить, сколько вычислительной мощности и памяти выделять виртуальным машинам. Кроме того, так как виртуальные машины технически не связаны между собой, это повышает безопасность сред.

Проще говоря, виртуализация создает дополнительные мощности для выполнения процессов.

Типы виртуализации

1. Данные: позволяет компаниям обеспечивать вычислительные мощности для объединения данных из нескольких источников, размещения новых источников и преобразования данных в соответствии с потребностями пользователя.
2. Рабочий стол: легко спутать с виртуализацией операционной системы. Виртуализация рабочего стола позволяет центральному администратору одновременно развёртывать смоделированные среды на сотнях физических машин. Виртуальные системы позволяют администраторам выполнять массовые конфигурации, обновления и проверки безопасности на всех устройствах сразу.
3. Серверы : программная имитация с помощью специального ПО аппаратного обеспечения компьютера: процессор, память, жесткий диск, и т. д. На такой виртуальный компьютер можно установить операционную систему, и она будет на нем работать точно так же, как и на простом, «железном» компьютере. Самое интересное достоинство этой технологии – это возможность запуска нескольких виртуальных компьютеров внутри одного физического. При этом, все виртуальные компьютеры могут работать независимо друг от друга.
   Сервер – компьютер, спроектированный под выполнение большого объема специфических задач. Виртуализация сервера позволит ему выполнять больше этих специальных задач, а также разделить функционал на разные компоненты.
4. ОС : это способ одновременного запуска Linux и Windows-сред. Преимущество в том, что это уменьшает затраты на оборудование, повышает безопасность и экономит время на обслуживании.
5. Сетевые функции : разделяет ключевые функции сети (например, службы каталогов, общий доступ к файлам и IP-конфигурацию) для распределения между средами. Виртуальные сети сокращают количество физических компонентов: коммутаторов, маршрутизаторов, серверов, кабелей.

Система файловой дистрибуции

Распределенная файловая система – это клиентское или клиент-серверное приложение, которое позволяет получать и обрабатывать данные. Они хранятся на сервере, как если бы они находились на персональном компьютере. Когда пользователь запрашивает файл, сервер отправляет ему копию запрашиваемого файла, который кэшируется на компьютере пользователя во время обработки данных, а затем возвращается на сервер.

Бывает так, что за одними и теми же данными одновременно обращаются сразу несколько пользователей. Для этих целей сервер должен иметь механизм организации обновлений, чтобы клиент всегда получал самую актуальную версию данных. Распределенные файловые системы обычно используют репликацию файлов или баз данных для защиты от сбоев.

Сетевая файловая система Sun Microsystems (NFS), Novell NetWare , распределенная файловая система Microsoft и DFS от IBM являются примерами распределенных файловых систем.

Распределенная общая память

Распределенная общая память (DSM) – это компонент управления ресурсами распределенной операционной системы. В DSM доступ к данным осуществляется из общего пространства, аналогично способу доступа к виртуальной памяти. Данные перемещаются между дополнительной и основной памятью, а также между разными узлами. Изменения прав собственности происходят, когда данные перемещаются с одного узла на другой.

Преимущества распределенной общей памяти:

• Программистам можно не беспокоиться о передаче памяти между машинами, потому что перемещение данных можно скрыть;
• Можно передавать сложные структуры по ссылке, упрощая разработку алгоритмов для распределенных приложений;
• Это дешевле, чем многопроцессорные системы и может быть реализовано с использованием обычного оборудования;
• Можно использовать неограниченное количество узлов;
• Программы, написанные для мультипроцессоров с общей памятью, могут быть запущены в системах DSM.

Облачные вычисления

Всё больше процессов переходит в облако. По сути, облачные вычисления – это своего рода аутсорсинг компьютерных программ. Используя облачные вычисления, пользователи могут получать доступ к программному обеспечению и приложениям из любого места. Это означает, что им не нужно беспокоиться о таких вещах, как хранение данных и питание компьютера.

Традиционные бизнес-приложения всегда были очень сложными, дорогими в обслуживании – нужна команда экспертов для установки, настройки, тестирования, запуска, защиты и обновления. Это одна из причин, почему стартапы проигрывают корпорациям.

Используя облачные вычисления, вы передаёте ответственность за аппаратное и программное обеспечение опытным специалистам, таким как Salesforce и AWS. Вы платите только за то, что вам нужно, апгрейд платежного плана производится автоматически по мере ваших потребностей, а масштабирование системы протекает без особых сложностей.

Приложения на базе облачных вычислений могут работать эффективнее, дольше и стоить дешевле. Уже сейчас компании используют облачные приложения для множества приложений, таких как управление отношениями с клиентами (CRM), HR, учет и так далее.

Итоги

В заключение хочется ещё раз вернуться к тому, зачем вообще разбираться в том как работают операционные системы. Операционная система – это «мозг», который управляет входными, обрабатываемыми и выходными данными. Все остальные компоненты также взаимодействуют с операционной системой. Понимание того, как работают операционные системы, прояснит некоторые детали и в других компьютерных науках, ведь взаимодействие с ними организуется именно средствами ОС.

Что такое операционная система, зачем она нужна? Достаточно часто можно услышать подобные вопросы от начинающих пользователей. Дать четкий и однозначный ответ очень сложно. В сущности, это комплекс программ, который обеспечивает аппаратным ресурсам ПК работу в соответствии с требованиями пользователя. То есть данный элемент позволяет оживить груду железа и сделать из нее вполне боеспособный механизм.

Основа

Для того чтобы получить ответ на вопрос о том, что такое операционная система, постараемся выяснить, что у большинства таких программных элементов есть общего. В первую очередь стоит выделить загрузочную запись накопителя. На английском его название звучит как "Boot Record". Именно эта запись указывает компьютеру на то место, с которого должна быть загружена ОС. Второй обязательный компонент для любого ПО подобного класса - это базовая система организации ввода/вывода. В оригинале ее название - BIOS. Данный компонент хранит информацию о составе аппаратного обеспечения компьютера и выполняет низкоуровневые тесты, результаты которых в обязательном порядке передаются ОС.

Состав современной операционной системы

В состав устаревшей операционной системы от компании Microsoft под названием MS-DOS входило всего 5 файлов в базовом исполнении:

• IO.SYS - этот файл организовывал работу с периферийными устройствами, то есть обеспечивал обмен информацией между ПК и внешним миром.
• MSDOS.SYS - системное ядро операционной системы.
• COMMAND.COM - это командный процессор, которых хранил внутри себя все базовые команды этой ОС.
• CONFIG.SYS - конфигурационный файл, с помощью которого загружались все вспомогательные драйвера
• AUTOEXEC.BAT - файл, который загружал прикладное программное обеспечение.

Несмотря на то, что со времени последнего релиза MS-DOS прошло много времени, состав современных таких продуктов не сильно изменился. Он только расширился и увеличился. С этой позиции можно дать следующий ответ на вопрос о том, что такое операционная система: это сердце программного комплекса любого электронно-вычислительного механизма.

Новые веянья

Современные смартфоны и планшеты по вычислительной мощности не сильно уступают персональным ЭВМ 10-летней давности. Такую революцию позволили реализовать мобильные операционные системы. Ведущие позиции на данном рынке занимают такие продукты, как Android и iOS. Именно под их управлением и работает большинство мобильных систем.

А может, две?

Некоторые пользователи для расширения кругозора, например, устанавливают несколько системных программ на второй ПК. Установка второй операционной системы делается намного проще, если это продукты одного разработчика. Очень легко инсталлировать и настроить на одном компьютере софт от Microsoft. Важно только ставить сразу более старую систему, а затем более свежую. Это позволит избежать многих проблем и значительно упростит процесс установки. Сложнее будет, если это комбинация продуктов разных производителей. Например, нужно установить Windows и Linux. Это непростая задача, которая имеет практическое решение.

Заключение

Что такое операционная система, зачем она нужна, что в нее входит? Это очень обширные вопросы, которым посвящено множество книг и статей. Для обычного пользователя это базовая среда компьютера, в которой он работает. А все, что выходит за эти рамки, должно касаться только специалистов, которые регулярно решают подобные проблемы.