Перейти к основному содержимому

2.01. Операционная система

ОБЯЗАТЕЛЬНОДЛЯ НОВИЧКОВНЕ ДЛЯ НОВИЧКОВВ РАЗРАБОТКЕ
Разработчику Архитектору Инженеру

Что такое ОС?​

★ Операционная система – самая главная программа, которая управляет всеми процессами в компьютере, обеспечивая работу оборудования, запуск приложений и взаимодействие пользователя с техникой. Без ОС компьютер – просто набор «железа», которое не понимает команд. Именно операционная система, словно душа, «оживляет» компьютер, превращая его в полезный инструмент.

ОС выполняет ключевые задачи:

  • Управление железом (процессором, памятью, дисками, ввод и вывод);
  • Запуск и работа программ (браузер, текстовый редактор, игры);
  • Организация файлов (хранение, поиск, копирование);
  • Обеспечение безопасности (разграничение прав пользователей, защита от вирусов);
  • Сетевые функции (подключение к сети).

Как работает ОС?​

ОС – посредник между пользователем, программами и железом, и состоит из следующих компонентов:

  • Ядро (Kernel) – сердце ОС, отвечает за базовые операции: управление памятью, процессами, драйверами;
  • Драйверы – программы для работы с устройствами (видеокарта, принтер, сетевая карта);
  • Интерфейс – позволяет пользователю взаимодействовать с системой, к примеру, вся возможность работать через графический интерфейс в Windows. Интерфейс может быть графическим (GUI – Graphic User Interface) и командным (Command Line Interface).
  • Системные службы – фоновые процессы (обновления, резервное копирование, сетевое соединение);
  • Системные утилиты – программы, которые позволяют выполнять базовые операции и обслуживать систему (форматирование диска, диспетчер задач, терминалы, архиваторы, антивирусы);
  • Файловая система – система связи с носителями информации, использующая API для доступа к файлам (NTFS, FAT32, ext4).

★ Службы – фоновые программы, которые работают без участия пользователя. Например, сетевые службы DHCP, DNS, службы печати для управления принтерами, или планировщик задач для автозапуска программ.

★ Файловая система определяет способ хранения данных на диске:

  • FAT32 — старая, поддерживается везде, но не работает с файлами >4 ГБ.
  • NTFS (Windows) — поддерживает шифрование, большие файлы, права доступа.
  • ext4 (Linux) — журналируемая, устойчивая к сбоям.
  • APFS (macOS) — оптимизирована для SSD, быстрая работа с файлами.
  • exFAT — для флешек и внешних дисков (поддержка больших файлов).

ОС контролирует процессы, при помощи встроенных менеджеров. Можно выделить четыре основных вида:

  • Менеджер процессов распределяет ресурсы CPU и RAM между программами;
  • Планировщик задач решает, какая программа будет выполняться в определенный момент;
  • Менеджер памяти следит, чтобы приложения не «съели» всю оперативную память;
  • Диспетчер устройств управляет подключенным оборудованием.

Операционная система работает с устройством при помощи инструкций. И в первую очередь, зависима от архитектуры процессора, от неё зависит скорость работы, энергопотребление и совместимость.

image.png

★ Архитектура процессоров бывает нескольких видов:

  1. x86 – старая архитектура с разрядностью в 32 бита. Поддерживает меньше ОЗУ (до 4 ГБ), медленная, и встречается на старых моделях процессоров вроде Intel Pentium или AMD Athlon.
  2. x64 – современная версия x86, с разрядностью в 64 бита, сейчас используется почти на каждом ПК, сервере или ноутбуке, где процессоры линейки Intel Core i3/i5/i7/i9 или AMD Ryzen.
  3. ARM64 – более энергоэффективная архитектура с разрядностью в 64 бита, но используется на смартфонах, планшетах, Apple M1/M2, и на некоторых серверах.

Важно: программы собираются под определённую архитектуру, и не все поддерживают совместимость с разными версиями, к примеру, некоторые новые программы не запустятся на x86 без «танцев с бубном».

Возможности ОС​

Операционная система — это базовый программный уровень, управляющий аппаратными ресурсами компьютера и предоставляющий интерфейсы для взаимодействия с ними. Она служит мостом между пользователем или приложением и «железом», обеспечивая структурированный доступ к вычислительным мощностям. Мы уже вкратце упомянули некоторые задачи ОС.

Но что же можно делать при помощи ОС?

  • использовать средства для взаимодействия пользователя с системой (графический или текстовый);
  • управлять процессором, памятью, дисками, сетевыми адаптерами и другими компонентами;
  • распределять ресурсы между выполняющимися задачами;
  • создавать изолированные окружения для программ, чтобы они не могли нарушить работу других частей системы;
  • работать с устройствами через стандартные вызовы, не заботясь о деталях железа;
  • загружать программы из долговременной памяти в оперативную, инициировать их выполнение, организуя обмен данными и завершение;
  • управлять пространством на диске, разрешать конфликты, обеспечивая целостность данных;
  • управлять подключениями, маршрутизацией, шифрованием и обработкой ошибок;
  • возможность добавления или удаления функциональных блоков (например, драйверов) без пересборки всей системы;
  • комбинировать маленькие, специализированные утилиты для решения сложных задач;
  • собирать информацию о состоянии системы, событиях, производительности;