Основные функции и назначение операционной системы

Современный мир трудно представить себе без использования компьютерной или мобильной техники. Она сегодня присутствует повсеместно. Все такие устройства работают под управлением операционных систем. Но что представляет собой любая ОС, каковы назначение и функции операционной системы? К сожалению, большинство рядовых пользователей четко на этот вопрос ответить не могут. Поэтому далее предлагается рассмотреть некоторые аспекты, связанные и с пониманием структуры ОС, и с ее функциями.

Операционная система: назначение и основные функции

Если несколько вникнуть в сам термин «операционная система», даже человек, не имеющий абсолютно никакого отношения к компьютерной технике, сразу сможет определить, что это такое. Раз система операционная, значит, она выполняет какие-то операции. Но какие?

Основное назначение операционной системы, если говорить в двух словах, сводится к тому, что в конечном счете она является средством взаимодействия пользователя с компьютером, аппаратной и софтверной части и программных компонентов между собой. Иными словами, здесь речь идет об организации и контроле вычислительных процессов с задействованием тех или иных компонентов, предназначенных для выполнения конкретных задач (пользовательских, системных и т. д.).

Сравнить любую ОС можно с неким посредником между всеми компонентами, которые осуществляют взаимодействие на всех уровнях исключительно через обращение к операционной системе, ее модулям и инструментам. Без нее ни установленное оборудование (не считая некоторых периферийных устройств), ни программы работать не будут. В качестве еще одного сравнения можно привести самый обычный автомобиль, у которого нет двигателя. Основные компоненты вроде кузова, колес или коробки передач имеются, водитель исполняет роль пользователя, а без двигателя ехать машина все равно не хочет. Так и тут.

Типы операционных систем

Оставим пока вопросы, связанные с назначением операционной системы компьютера, и рассмотрим, какие бывают ОС. Для них принято несколько базовых классификаций, в зависимости от разных объединяющих признаков.

Так, по типу пользовательского интерфейса и организации вычислительных процессов очень часто делается разделение на системы, созданные на основе объектно-ориентированного программирования в виде коммерческих систем Windows и MacOSX, DOS- и UNIX-подобные ОС (Linux, Solaris и т. д.), которые, кстати, являются бесплатными, имеют открытый исходный код и распространяются по лицензии GNU, что означает возможность их изменения другими разработчиками программного обеспечения или энтузиастами программирования, например, с целью модернизации.

Впрочем, если взять любую модификацию Linux, назначение операционной системы все равно останется тем же, что было описано в общем порядке.

С другой стороны, все операционные системы разделяют на четыре категории: однопользовательские (одно- и многозадачные) и аналогичные многопользовательские. Для понимания такой классификации, пожалуй, особые пояснения не нужны. Единственное, что стоит отметить, так это многозадачность в однопользовательских ОС. К тому, что мы наблюдаем, например, в Windows, она не имеет практически никакого отношения, а сводится в основном только к обмену данными между пользователем и машиной с последующим выводом результатов на печать.

Операционная система: состав и назначение основных модулей

Теперь давайте рассмотрим основные компоненты, которые присутствуют в ОС любого типа. Главными составляющими считаются такие:

• ядро;
• командный процессор;
• драйвера;
• сервисные инструменты.

Если говорить об основном функционале, здесь можно выделить такие направления:

• организация загрузки в оперативную память и выполнение программ любого уровня;
• управление ОЗУ на уровне распределения ее между запускаемыми процессами, в том числе и организация работы виртуальной памяти;
• управление доступом к энергозависимым компонентам компьютера и периферийным устройствам;
• работа с сетями и сетевыми протоколами;
• обеспечение функционирования пользовательского интерфейса.

Иногда в качестве дополнительных функций приводятся еще многозадачность (параллельное или псевдопараллельное выполнение нескольких задач), распределение системных ресурсов между процессами и службами с организацией приоритетов доступа, обеспечение бесперебойного взаимодействия между отдельными процессами, обеспечение безопасности самой ОС и пользовательских данных и т. д.

Взаимосвязь с первичной системой ввода/вывода

Несмотря на то что современные операционные системы умеют многое, тем не менее не могут обойтись без первичных модулей BIOS (или современных UEFI). Почему так?

Да только потому, что первичная система ввода/вывода содержит базовую информацию обо всех «железных» компонентах, установленных на компьютере (точнее, подключенных к материнской плате), и сразу после подачи питания еще перед непосредственным стартом основной операционной системы производит проверку их работоспособности, и только потом передает управление компьютером загрузчику ОС. Все обладатели стационарных терминалов знают, что в момент включения компьютера раздается звук из системного динамика. Одиночный сигнал как раз и свидетельствует о том, что с установленным оборудованием все в порядке (в противном случае сигналов может быть несколько, а их последовательности и количество могут выявить, какой именно компонент компьютера не работает, работает неправильно, поврежден или отсутствует). В некотором смысле BIOS тоже можно назвать своего рода операционной системой, назначение которой сейчас состоит в тестировании «железа» и сохранении информации о нем. Несколько раньше, когда использовались еще DOS-системы, BIOS содержал и инструмент старта загрузчика этих ОС.

Графический интерфейс

Первое, что видит пользователь после полной загрузки системы — основной графический интерфейс с «Рабочим столом», панелями и кнопками. Назначение операционной системы Windows с такой организацией внешнего вида ОС сводится к тому, чтобы пользователь мог максимально быстро и просто получить доступ к нужным ему функциям системы или установленным программам.

Во всех ОС, которые были разработаны с использованием объектно-ориентированного программирования на основе языка С+/++, основное управление осуществляется с использованием клавиатуры и манипуляторов (мыши, джойстики, тачпады, геймпады и т. д.), что самым кардинальным образом отличается от непосредственного ввода команд по типу DOS-систем (хотя в тех же ОС Windows любого поколения имеется похожий инструмент в виде командной строки).

Ядро

Ядро представляет собой базовый модуль, ответственный за организацию и управление файловой системой, а проще говоря, обеспечивает обмен данными между устройствами разных типов, включая и периферию.

Если говорить проще, это инструмент обеспечения взаимодействия аппаратной части («железа») на основе установленных драйверов с другими системными или пользовательскими приложениями.

Командный процессор

Говоря о назначении операционной системы в общих чертах, нельзя обойти стороной и командный процессор, иногда называемый еще интерпретатором, который либо запрашивает, либо выполняет пользовательские команды, либо и то и другое. Это может быть все что угодно. Тот же вывод разного рода сообщений, в которых пользователю предлагается выбор какого-то действия, и есть самое простое проявление работы этого процессора. С другой стороны, пользователь и сам может инициировать запрос на выполнение какой-то команды, например, в виде обычного запуска установленного приложения.

Драйверы устройств

Драйверы, устанавливаемые для оборудования любого типа (хоть «железного», хоть виртуального), выполняют одну из самых важных функций в системе – обеспечение корректной работы любого установленного оборудования (аппаратного комплекса). Без них – никуда.

Если рассматривать операционные системы Windows, они тестируют присутствующие компоненты еще в процессе собственной установки и инсталлируют необходимое управляющее программное обеспечение (но только из своей базы драйверов). Но такой подход достаточно часто оказывается неэффективным, поскольку в компьютерной системе могут присутствовать нестандартные устройства или оборудование, производитель которого у корпорации Microsoft поддержки не имеет. Тем не менее сами системы, несмотря на невозможность установки необходимого драйвера, все равно определяют такие устройства по специальным идентификаторам VEN (Vendor – производитель) и DEV (Device – устройство). Если знать их, найти в Интернете нужный драйвер, который будет максимально соответствовать установленному компоненту, не определенному системой, труда не составит.

Сервисные модули

Как уже говорилось, назначение операционной системы состоит еще и в том, чтобы производить обслуживание и ее самой, и используемых ею компонентов компьютера.

Так, в качестве самого простого примера можно привести инструменты проверки, очистки и дефрагментации жесткого диска, тестирования сетевых подключений, скажем, на основе применения команды ping, проведения некоторых операций с файлами и папками (архивирование, сжатие и т. д.).

Справочная система

Наконец, несколько слов об использовании справки. Эта система предназначена для быстрого получения ответа на интересующий пользователя конкретный вопрос. Если раньше доступ можно было получить только ко всему справочному каталогу (F1), со временем в тех же системах Windows появилась возможность поиска нужного раздела с конкретизацией вопроса. Кроме того, можно воспользоваться системой подсказок и рекомендаций, что может существенно облегчить работу с каким-то приложением или системным инструментом.

Краткий итог

Если подвести итог и сделать некоторые базовые выводы, можно отметить, что назначение программы «Операционная система» (а это, по большому счету, именно программа, ну или, если хотите, набор программ) сводится к обеспечению упрощенного взаимодействия пользователя с компьютером (для чего, собственно, все ОС и разрабатывались) за счет сокрытия выполнения фоновых процессов и осуществления связей между всеми компонентами программно-аппаратного комплекса на любом уровне.