что такое операционная система в компьютере для чайников
Что такое операционная система Windows
Операционная система — это главная программа, которая позволяет работать с компьютером. Она собирает сигналы с нажатий мышки и клавиатуры и отдает команды компьютеру. Это фундамент, на котором строится работа всех других программ.
Главный экран загруженной операционной системы
Всё, что мы видим, когда работаем за компьютером — это труды операционной системы. Она основа всех действий, а кроме того — посредник между нами и компьютером. Операционная система понимает, что мы двигаем мышку и отображает положение курсора на экране. Понимает, что мы печатаем на клавиатуре и говорит компьютеру, какие буквы нужно отрисовать. Операционная система контролирует и соединяет в единый организм все подключенные устройства.
Что такое Windows?
Операционные системы бывают разные, как и автомобили. Есть очень знаменитые и распространенные, такие как Mercedes, Toyota, Nissan и так далее, а есть не очень известные, например, Geely. Так и с операционными системами.
Windows — это название самой распространенной «операционки», но есть и другие, например, Linux (Линукс) или MacOs.
Вот так, например, выглядит MacOs:
Главный экран MacOs
Различия операционных систем не только во внешнем виде, но и в принципах работы.
При этом так же, как и у каждой марки автомобилей есть свои модели машин, так и операционная система Windows имеет разные версии.
Самые распространенные: Windows 7, Windows XP и Windows 8, Windows 10.
Однако, Windows 7, 8, XP уже можно считать устаревшими, так же как и Windows 95, 98, 2000, поскольку корпорация Microsoft официально объявила о том, что прекращает поддержку этой версии.
Самое простое: по внешнему виду. Если фон рабочего стола не был изменен, то обычно это видно по заставке, которая появляется при включении компьютера, а точнее по тому, в каком стиле нарисованы «окна». Так же это видно по оформлению кнопки «пуск».
Один из вариантов загрузки Windows7:
Если же изображение рабочего стола было изменено, есть другой способ.
Как узнать, какая на компьютере операционная система.
1. Открыть «Пуск»
2. Справа найти пункт «Компьютер» и нажать на него правой кнопкой мыши (ПКМ), после чего появится окно:
3. В появившемся окне выбрать ЛКМ самый последний пункт «Свойства», откроется окно просмотра сведений о системе, в котором и можно узнать, какая система установлена на компьютере.
Принцип работы у всех операционных систем Windows примерно тот же. Но в каждой следующей версии ускоряют работу программ, обновляют дизайн.
Операционная система есть не только у компьютера, но и у планшетов и смартфонов. Популярные операционные системы для них — Android и iOS для устройств фирмы Apple.
Подытожим
Зачем нужна операционная система? Плюсы и минусы 3-х основных ОСей
При использовании современных гаджетов часто можно услышать вопрос об операционной системе, многие люди даже не задумываются что же это такое. Все знают, что на их компьютерах находится ОС, но при объяснении этого понятия часто возникают проблемы. Данная статья поможет разобраться в этом вопросе.
Что такое Операционная Система
Операционная система — это комплект программ, управляющий памятью и процессами компьютера, смартфона или другого устройства и являющийся главной его частью.
ОС выглядит как рабочий стол с визуальным интерфейсом. Благодаря этому пользователи играют в игры, пишут документы и работают, ищут информацию в интернете. Операционная система нужна для того, чтобы решать много разных задач.
Как работает ОС
Когда происходит нажатие кнопки включения компьютера, операционная система загружается. В это время компьютером выполняются такие функции:
Какие задачи выполняет современная ОС
Функции ОС
Какие операционные системы существуют
Microsoft Windows
Это первая операционная система, имеющая интерфейс, к которому привык современный пользователь. Windows была выпущена в 1985 году. До этого существовал MS DOS, имеющий вид оболочки, в которую вводятся команды.
Выглядело это вот так.
А вот так выглядела первая версия Windows.
На данный момент новейшей версией является Windows 10
Преимущества Windows
Недостатки
Linux
Эту ОС выпустили в 1991 году. Попытки конкуренции с Windows оказались неудачными, популярность эта операционная система так и не завоевала.
Плюсы
Минусы
Apple Mac OS X
Эту ОС поддерживает только техника Apple, она не совместима с устройствами других производителей.
Достоинства
Недостатки
ОС для мобильных устройств
Все ОС, о которых говорилось выше разработаны специально для настольных компьютеров и ноутбуков. Телефоны, смартфоны и планшеты имеют свои операционные системы. Они не такие функциональные, но хорошо справляются с основными задачами. Например, можно скачивать и пользоваться приложениями, смотреть фильмы, работать с информацией в интернете и даже создать документ.
В настоящее время существуют:
Автор, специалист в сфере IT и новых технологий.
Получил высшее образование по специальности Фундаментальная информатика и информационные технологии в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова. После этого стал экспертом в известном интернет-издании. Спустя время, решил попробовать писать статьи самостоятельно. Ведет популярный блог на Ютубе и делится интересной информацией из мира технологий.
Что такое операционная система и как она работает?¶
Цель конспекта — последовательно рассмотреть и объяснить принципы устройства и функционирования операционной системы, её основных компонентов и абстракций.
Введение¶
Операционные системы окружают нас повсюду – это основное программное обеспечение персональных компьютеров, серверов, мобильных устройств, сетевых устройств (роутеры, коммутаторы) и даже современных автомобилей (борт-компьютер), телевизоров и прочего. Перечислять можно очень долго, ведь они требуются практически в каждой компьютерной системе.
Любой компьютер представляет собой связанную совокупность: процессора, памяти и устройств ввода-вывода.
Рис. 1. Общее представление архитектуры компьютера
Например, процессор умеет выполнять только четыре базовых типа инструкции:
Получается, что непосредственное создание и управление сложными процессами (приложениями) на аппаратуре становится крайне неэффективным и неудобным. То есть, например, создать и запустить на исполнение программу-браузер исключительно с помощью данных инструкций становится крайне сложной задачей. Особенно при условии, что помимо этого процесса (браузера) существуют и другие процессы, которые также пользуются ресурсами вычислительной машины.
Возникает вопрос — Как заставить всё это слаженно и эффективно работать, сделав пользование компьютером удобным как для обычного человека, так и для прикладного программиста?
Чтобы ответить на этот вопрос более последовательно, немного заглянем туда, откуда всё начиналось.
Немного истории¶
На заре компьютерной эпохи, первые компьютеры представляли собой огромные блоки (занимавшие большие комнаты), в которых размещались основные его компоненты: процессор, память и устройства ввода-вывода. И всего можно было выделить два состояния, в котором, в реальном времени находится компьютерная система:
Важная идея! Так как вычисления производятся быстрее, чем непосредственный ввод-вывод данных, разработчикам пришла идея о том, что к ресурсам можно допускать не одного пользователя (процесс), а множество, предоставляя им способ независимо друг от друга загружать (ввод) и получать (вывод) данные через отдельные терминалы, чтобы более эффективно использовать ресурсы компьютера и вычислительные модули не простаивали в ожидании ввода/вывода.
Далее, термины: процесс, приложение идут как синонимы термину пользователь ресурсов.
Зачем нужна Операционная Система?¶
Существует три ключевых элемента операционной системы:
Фунции ОС¶
Основные абстракции ОС¶
Положение ОС в многоуровневой иерархии организации компьютера¶
Современный компьютер можно представить в виде иерархии уровней (от двух и более), где на каждом уровне выделяются свои абстракции и набор возможных функций.
Рис. 2. Основные уровни устройства ПК
Операционная система является одним из таких уровней и представляет собой интерфейс («прослойку») между пользователем ресурсов компьютера и самими ресурсами, управляющий взаимодействиями как между пользователь-ресурс, так и пользователь-пользователь, устройство-устройство.
В целом, общей схемой это можно отобразить так:
Рис. 3. Место ОС в компьютерной системе
Интерфейс — набор правил и средств взаимодействия двух систем. Иными словами способ взаимодействия.
Kernel space — адресное пространство ядра ОС, в котором процессы имеют привилегированный доступ к ресурсам компьютера и другим процессам.
User space — адресное пространство, отведённое для пользовательских процессов (приложений), то есть не имеющих привилегированный доступ к ресурсам.
Как операционная система загружается в компьютер?¶
Процесс загрузки операционной системы и вообще компьютера имеет несколько этапов, основные из которых:
Что делает ядро ОС?¶
Ядро ОС – центральная часть операционной системы. По сути, это и есть ОС.
Это реакционный механизм, то есть его работа заключается исключительно в реакции на какие-либо события для их последующей обработки.
Процессорное время измеряется в тиках или секундах. Часто бывает полезно измерение процессорного времени в процентах от мощности процессора, которое называется загрузкой процессора.
Прерывания¶
Эта часть больше относится непосредственно к аппаратной части, но этот механизм стоит освятить, так как именно это основной аппаратный механизм реализации ОС.
Прерывание – сигнал остановки последовательного выполнения программы, для обработки запроса или реакции на событие.
Чтобы получить код обработки прерывания, в памяти расположена специальная таблица обработчиков прерываний, в которой для каждого типа прерывания содержится указатель на тот участок памяти, где расположен соответствующий код обработки данного прерывания.
Инициализация данной таблицы первично осуществялется BIOS’ом в соответствии с архитектурой процессора. После, её инициализирует операционная система для дополнения этой таблицы какими-либо своими прерываниями.
Как приложения взаимодействуют с ОС?¶
Взаимодействие процессов с ОС осуществляется с помощью системных вызовов.
Механизм системных вызовов — это интерфейс, который предоставляет ядро ОС (kernel space) пользовательским процессам (user space).
Системный вызов – программное прерывание, обращение пользовательского процесса к ядру операционной системы для выполнения какой-либо операции.
Например, чтобы выполнить обычное действие, с точки зрения прикладного программиста, – вывод строки в консоль, необходимо загрузить исполнимый код в оперативную память и передать его процессору. С помощью системных вызовов, запускающий процесс (уже запущенный процесс, из которого вызывается новый процесс — одни процессы порождают другие) обращается к соответствующим сервисам ОС и передаёт им управление для выполнения этих функций.
То есть с помощью системных вызовов выполняются те рутинные действия, которые раньше осуществлялись вручную, — загрузка кода программы в память, передача его на исполнение процессору и прочее.
Схема организации ОС расширяется добавлением интерфейса для взаимодействия приложений с ядром ОС — механизмом системных вызовов:
Рис 4. Интерфейс системных вызовов
Как оборудование взаимодействует с ОС?¶
Оборудование взаимодействует с ОС с помощью аппаратных прерываний. И одна из функций ОС — абстрагирование оборудования.
Что это значит?¶
Рис 5. Интерфейс драйверов
Сервисы ОС¶
Функции ОС заключены в её сервисах (модулях). Реализация организации которых зависит от архитектуры ядра. Рассмотрим на примере монолитного ядра:
Рис 6. Основные компоненты ОС
Основные¶
Как говорилось в части о загрузке ОС, реализация планировщика осуществляется с помощью прерывания по таймеру — каждый квант времени происходит прерывание, которое передаёт управление ОС и она анализирует состояние всех процессов и что с каким процессом сделать: запустить, приостановить, завершить или изменить приоритет.
Дополнительные¶
Основные абстракции¶
Процесс¶
Компьютерная программа сама по себе — лишь пассивная последовательность инструкций. В то время как процесс — непосредственное выполнение этих инструкций.
В рамках ОС, это абстракция, которая предоставляет иллюзию персональной машины. То есть то, что данный исполнимый код полностью владеет всеми вычислительными ресурсами машины.
Состояние (контекст) процесса¶
Изнутри, процесс можно условно разделена на четыре части: Stack, Heap (кучу), Text (код) и данные (Data).
Рис 7. Сегменты памяти процесса
Состояния исполнения¶
Когда процесс выполняется, он проходит через разные состояния. Эти этапы могут различаться в разных операционных системах.
Общая картина выглядит так:
Рис 8. Состояния исполнения процесса
Информация о процессе¶
Рис 9. Process Control Block
Информацию о процессах в целом, ОС хранит в специальной таблице процессов.
Поток¶
Процесс может делиться на потоки (threads). Они обеспечивают параллелизм, то есть одновременное исполнение нескольких потоков инструкций, на уровне программы.
Поток выполнения (нить, thread) — последовательность исполнения инструкций. Ход исполнения программы**.
Процесс является контейнером ресурсов (адресное пространство, процессорное время и тд), а поток – последовательность инструкций, которые исполняются внутри этого контейнера.
Реализация потоков выполнения и процессов в разных операционных системах отличается друг от друга, но в большинстве случаев поток выполнения находится внутри процесса.
Рис 10. Многопоточный процесс
Потоки, существующие в рамках одного процесса, в его адресном пространстве, могут совместно использовать ресурсы процесса, например такие как память или файл. Тогда как процессы не разделяют этих ресурсов, так как каждый существует в своём адресном пространстве.
Также поток называют легковесный процесс.
Сегодня потоки широко применяются в работе серверов и многопроцессорных устройств с общей памятью.
Рассмотрим на примере утилиты htop.
Рис 11. Вывод утилиты мониторинга процессов htop
PID — Process ID; Уникальное число идентификатор для каждого процесса
TGID — Tread Group ID; Индентификатор группы потоков
Чем хороши потоки¶
Это очень широкое и многогранное понятие. Но если выделить наиболее общее, то получится, что файл — это универсальный системный интерфейс для обращения к тем или иным данным.
А файловая система — это система имён. То есть возможность выделять те или иные объекты данных и присваивать им имена, а также выделять иерархию.
По другому, файл и файловую систему можно также представить как структуру данных и связи между этими структурами.
Реализация многозадачности¶
Осуществляется при помощи следующих механизмов:
Переключение контекста¶
Контекст процесса — это состояние регистров, при его выполнении на процессоре.
Но происходит прерывание и «процесс 1» снимается с выполнения на процессоре, чтобы вместо него выполнялся «процесс 2». Следовательно, нужно заполнить регистры уже теми данными, что относятся к «процессу 2».
Однако, «процесс 1» ещё не выполнился полностью, и для дальшейнего исполнения ему нужны те данные, что хранились в регистрах при прерываний, то есть необходим его контекст. Операционная система должна обеспечивать подобные смены контекстов без потери данных.
В целом, смена контекста происходит между состояниями «Готов», «Ожидает» и «Исполняется».
Критические секции и блокировки¶
Одна из основных проблем с которыми может столкнуться такая система с вытесняющей многозадачностью — порядок доступа процессов к их общим ресурсам.
Возникают, так называемые, критические секции – участки исполняемого кода программы, в которых производится доступ к общему ресурсу (данным или устройству), который не должен быть одновременно использован более чем одним потоком выполнения.
Рис 12. Критические секции в потоках процесса
Может возникнуть такая ситуация, когда один поток, «потребитель», начинает использовать данные, которые должен подготовить другой поток, «производитель», но этот производитель ещё не закончил их подготовку и снялся с исполнения. Таким образом, «потребитель» использует некорректные данные, что с высокой долей вероятности приведёт к ошибке.
Данная проблема решается с помощью механизма блокировок – когда поток, получивший доступ к ресурсу, блокирует его, не давая другим потокам пользоваться этим захваченным ресурсом до разблокировки. То есть, если один поток хочет захватить (заблокировать) ресурс, а он уже занят другим потоком, то первый будет ожидать пока этот другой поток-владелец сам не освободит этот ресурс.
Все эти механизмы обеспечиваются операционной системой
Чтобы лучше это понять, можно обратиться к аналогии с туалетом — им может пользоваться только один человек. Если другой хочет им воспользоваться, то ему нужно дождаться когда его освободит уже им пользующийся.
Рис 13. Аналогия пробки на перекрёстке с Deadlock
Deadlock — ситуация, при которой несколько потоков находятся в состоянии ожидания ресурсов, занятых друг другом, и ни один из них не может продолжать свое выполнение.
Пример Deadlock’a на псевдокоде¶
| Шаг | Поток 1 | Поток 2 |
|---|---|---|
| 0 | Хочет захватить A и B, начинает с A | Хочет захватить A и B, начинает с B |
| 1 | lock(A) — Захват А | lock(B) — Захват B |
| 2 | lock(B) — Ожидает освобождения ресурса B | lock(A) — Ожидает освобождения ресурса A |
| … | DEADLOCK –> Далее код не выполнится, так как произошел Deadlock в коде выше | |
| n | unlock(A) — освобждение A | unlock(B) — освобждение B |
| n+1 | unlock(B) — освобждение B | unlock(A) — освобждение A |
Схематично, Deadlock можно изобразить так:
Адреса и управление памятью¶
Тема адресации очень сложна, поэтому здесь я лишь проведу краткий обзор общей технологии.
Чтобы отобразить логический адрес в физический, существует специальный аппаратный механизм.
Начав с базовой архитектуры и небольшой истории развития компьютера, мы разобрали причины появления такого комплекса программ как операционная система и выделили главную её цель – обеспечение согласованного доступа к ресурсам компьютера множеству пользователям этих ресурсов, а также управление как самими ресурсами, так и пользователями.
Основные механизмы (сервисы)¶
Рассмотрели основные механизмы реализации этой цели: Scheduler (планировщик), Inter Process Communication (межпроцессное взаимодействие), Memory manager (управление памятью) и другие.
Абстракции¶
Ряд абстракций, которые вводит ОС: Process (процесс), Thread (поток исполнения), File (файл).
Заключение¶
Ух, и вот наконец-то я закончил писать этот материал. Надеюсь, вам было интересно и полезно.
Если вы хотите как-то дополнить материал, дать критику по его содержанию или структуре – пожалуйста, пишите в Issue данного репозитория поднимая ту или иную тему для обсуждения и доработки.
Также, вы можете сделать Fork данного репозитория и после внести свои дополнения с помощью Pull Request. Спасибо за внимание!
Операционная система в компьютере: что это такое и как узнать какая у вас установлена
Здравствуйте, друзья! Многие, пользуясь компьютером, даже не подразумевают, что он работает благодаря установленной на него операционной системы, которая отвечает за аппаратное и программное обеспечение компьютера (ПК).
Сейчас существует несколько основных операционных систем, о которых мы будем говорить в этой статье, но более популярной среди новичков является windows. Поэтому больше внимания я буду уделять именно ей.
Операционная система (ОС)
И так друзья что же такое операционная система в компьютере?
Если говорить простым языком это программное обеспечение вашего ПК, как правило, предоставляемое вместе с компьютером, которое управляет ресурсами ПК и организует взаимодействие с пользователями.
ОС отвечает за работу всех установленных программ, запущенных процессов и правильную работу подключенного оборудования к вашему ПК. Без установленной операционной системы компьютер просто бесполезен.
После нажатия кнопки старт на ПК сразу начинается процесс загрузки ОС и во время него происходит следующие:
ОС выполняет следующие основные функции
Основные виды ОС
Используя ПК дома, вы даже не задумываетесь, какая именно стоит ОС. А эту информацию знать необходимо хотя бы, потому что если вы вдруг захотите установить, какую ни будь программу, то вам придется выбрать именно ту, которая будет совместима с вашей системой.
Приступим к небольшому обзору трех самых популярных операционных систем.
Windows
Самая востребованная это Microsoft Windows выпущенная корпорацией Microsoft а сама система Windows в переводе означает – окна.
В настоящее время поддерживаются производителем несколько версий:
Но не пугайтесь, у кого сейчас установлены версии 7 и 8.1. Прекращение обслуживания не означает, что у вас они перестанут работать, корпорация просто прекратит выпускать обновления для них. Я знаю людей, которые до сих пор работают с Виндовс XP, хотя обновления для нее прикатились выпускаться еще в 2014 году.
Располагается операционная система на жестком диске, в большинстве случаях это раздел «Локальный диск С» где при установке создаются такие папки как:
Внимание настоятельно рекомендую в первых двух папках, не вносить ни каких изменений, так как так как можно повредить файлы ОС или установленных программ. В результате чего ПК или установленная программа может перестать работать.
Теперь давайте подробнее разберем, как узнать свою версию Windows.
1. На рабочем столе находим значок «Компьютер» или «Этот компьютер»
Если этого значка у вас нет, то мы можем за несколько кликов вывести его на рабочий стол.
Для этого кликаем правой кнопкой мыши на свободной области рабочего стола, в открывшемся меню выбираем пункт персонализация.
В открывшемся окне для виндовс 7 и 8 ищем пункт «Изменение значков рабочего стола»
Для виндовс 10 пункт будет называться «Темы» и уже в правой части открытого окна ищем и жмем на «Параметры значков рабочего стола»
В появившемся окне (для всех Windows оно практически одинаковое) ставим галочку возле надписи компьютер и жмем кнопку «ок». Вот и все, значок мой компьютер на рабочем столе.
2. Наводим курсор мыши на значок компьютера, жмем правую кнопку и в открывшемся меню выбираем «свойства»
В открывшемся окне внимательно изучаем информацию о системе, которая установлена на ваш ПК.
У меня это Windows 10 Pro. Помимо этого есть информация о процессоре, объеме оперативной памяти, о типе системы, а также об активации моей Windows.
И так с виндовс разобрались, теперь переходим разбору остальных систем.
Apple Mac Os X
Mac Os специально выпускается компанией Apple (в переводе с английского — яблоко) с 1984 года для компьютеров Macintosh сокращенно «Mac».
Так как данная ОС устанавливается только на продукцию Apple а эти устройства стоят дорого, среди пользователей большей популярностью пользуется виндовс ведь она может работать на любых компьютерах.
Для того чтобы посмотреть какая версия Mac Os установлена нужно курсор мыши навести в левый верхний угол на кнопку Apple или значок «яблока» и нажать левой кнопкой. В открывшемся меню выбрать пункт «Об этом Mac»
Linux
Отличительной чертой Linux является то, что эта ОС с открытым исходным кодом, который может изменить любой пользователь, в связи с этим сейчас существует много версий этой ОС, каждая из которых имеет свой собственный внешний вид.
Вот три самых популярных версий (дистрибутив) Linux:
Есть несколько преимуществ Линукс:
Если у вас установлен Linux но вы не знаете какой именно дистрибутив используется то следует в консоли ввести следующие команды:
Российские разработки
Совсем недавно государством был дан курс на импортозамещение, это вдохнуло новую жизнь в разработку отечественных операционных систем.
Разработчиками было предложено много интересных продуктов, даже одна из госкорпораций анонсировала ОС с интересным названием «ОСь».
Она должна была заменить Windows в государственных учреждениях, но почему-то сегодня на официальном сайте ее даже невозможно скачать.
Еще хотелось бы отметить, что в основном все отечественные ОС написаны на основе Linux. Лично у меня складывается такое впечатление, что они просто меняют обои рабочего стола. За бюджетные деньги.
А так хочется что-то наше на русском языке и чтобы работало с программным обеспечением, заточенным под другие системы.
Заключение
Теперь я думаю, что вы разобрались, что такое ОС и с легкостью сможете посмотреть, какая версия у вас установлена.
Ну вот, вроде бы и все. Ничего сложного. Это все что я хотел рассказать вам сегодня.
Как вам статья? Считаете ее полезной? То поделитесь ей в социальных сетях, нажав кнопки расположенные ниже. И подпишитесь на обновления блога чтобы не пропустить следующую.