Функции операционной системы

Функции операционной системы можно сравнить с обязанностями главного менеджера. Операционная система решает, какие ресурсы компьютера будут использованы, какие программы будут запущены и в каком порядке будут следовать эти и другие операции для выполнения поставленной пользователем задачи.
Итак, операционная система выполняет три основные функции:

	распределяет (allocates) и назначает (assigns) использование ресурсов компьютера,
	планирует (schedules) использование ресурсов компьютера и время исполнения задач,
	осуществляет текущий контроль (monitoring) работы компьютера.

Распределение и назначение

Операционная система распределяет ресурсы компьютера между приложениями, находящимися в очереди на исполнение. Например, в число задач операционной системы входит выделение отдельной области памяти каждому запущенному приложению и необходимым ему данным, а также управление устройствами ввода-вывода (клавиатурой, принтером, монитором, сетевой картой и т.п.).

Планирование

Как уже отмечалось, компьютер выполняет несколько программ одновременно. Каждая задача разбивается на множество "кусочков" или "порций", которые компьютер обрабатывает, переключаясь между задачами. Тысячи таких порций должны выполняться различными устройствами компьютера – одной программе необходимо произвести расчет электронной таблицы, второй – распечатать документ на принтере, третья обращается к серверу организации, на котором хранится база данных и т.д. Задача ОС – скоординировать работу всех компонентов компьютера так, чтобы все приложения выполнялись как можно быстрее и эффективнее. Для этого операционной системе необходимо осуществлять планирование использования различных ресурсов компьютера (прежде всего, ЦП, ОЗУ и жесткого диска). Как правило, каждой задаче присваивается приоритет выполнения, в соответствии с которым и осуществляется планирование. Скажем, в нашем примере расчет таблицы может иметь более высокий приоритет, чем задание на печать.

Контроль

ОС контролирует работу компьютера. Она отслеживает стадии выполнения каждой задачи, а также может вести журнал учета – кто использует компьютер, какие программы были запущены, наблюдались ли случаи несанкционированного использования программ или данных. В любом случае, ОС любого компьютера – и мэйнфрейма и ПК – сама по себе очень большая программа. Поэтому в оперативной памяти всегда хранится лишь часть ОС, называемая ядром (kernel). Большая же часть ОС хранится на жестком диске. Когда какая-либо часть операционной системы необходима для выполнения данного приложения, эта часть подгружается с жесткого диска в ОЗУ. Диск, на котором хранится операционная система, называется системным (system disk).

 

Каким образом компьютер может оперировать несколькими приложениями одновременно, если, как мы обсуждали, большинство компьютеров могут выполнять только одну инструкцию одной программы за раз? Как тогда компьютеры запускают десятки и даже сотни приложений? Это позволяют делать некоторые специальные возможности, или механизмы, операционных систем.

Многозадачность

Многозадачность (multitasking) – механизм, позволяющий выполнять на компьютере несколько задач (tasks). В зависимости от вида компьютера, применяется несколько видов реализации этого механизма.

В системах с поддержкой многозадачности компьютер используется более эффективно, благодаря возможности одновременной загрузки в память не одной, а нескольких программ.

Как показано на рисунке система без поддержки многозадачности (слева) может выполнять только одно приложение в данный момент времени. Такой режим работы компьютера зачастую не позволял полностью задействовать все его ресурсы – процессор мог быть недогружен, большая часть оперативной памяти оставалась свободной, периферийные устройства ожидали команд ввода или вывода информации. В случае же применения механизма многозадачности (справа), можно запустить несколько приложений. Самое важное при реализации этого механизма – не позволять каким-либо двум приложениям одновременно задействовать одни и те же ресурсы компьютера – будь то ЦПУ, память или периферийные устройства. В случае с оперативной памятью применяется разделение ее адресного пространства на отдельные непересекающиеся области и выделение таких областей каждому запущенному приложению. Таким образом, получается, что каждая отдельная программа работает в отведенном ей кусочке памяти и не конфликтует с другими программами. С разделением ресурсов процессора дело обстоит иначе. Как уже упоминалось, процессор может выполнять только одну инструкцию за цикл. Чтобы программы, находящиеся в ОЗУ могли выполняться вместе, каждой из них выделяется определенный интервал времени работы процессора (около двух миллисекунд); при этом процессор переключается с одной программы на другую. Конечно, вам может показаться, что интервал времени ничтожно мал, но ведь процессор работает на уровне наносекунд и за две миллисекунды успевает выполнить немало работы. Пользователь не замечает, что компьютер обрабатывает все программы по очереди – ему кажется, что все запущенные приложения выполняются одновременно. Кроме того, каждой программе, как вы помните, назначается приоритет. В первую очередь обрабатываются команды программ с более высоким приоритетом; в случае равного приоритета инструкции приложений выполняются в порядке очередности; наивысший приоритет всегда имеет ядро операционной системы. Благодаря многозадачности, вы можете запустить web-браузер, а пока ваш маршрутизатор выполняет операцию соединения с провайдером услуг Интернет, отредактировать сообщение электронной почты или распечатать отчет, выданный сервером баз данных вашей организации. При этом, скорее всего, операции выполнения соединения и программе, обрабатывающей вывод данных на печать, будет присвоен низкий приоритет, а редактору электронной почты – обычный.

 

Для кого же предназначены ОС?

Когда мы говорим, что «компьютеры» запускают операционные системы, мы не просто имеем в виду традиционные настольные ПК и ноутбуки. Ваш смартфон - это компьютер, как и планшеты, смарт-телевизоры, игровые консоли, смарт-часы и маршрутизаторы Wi-Fi.

Amazon Echo или Google Home является вычислительным устройством, которое работает под управлением операционной системы.

Знакомые настольные operating system включают Microsoft Windows, Apple MacOS, Google Chrome OS и Linux. Основными операционными системами для смартфонов являются iOS от Apple и Android от Google.

Другие устройства, такие как маршрутизатор Wi-Fi, могут запускать «встроенные операционные системы». Это специализированные операционные системы с меньшим количеством функций, чем обычная ОС, разработанная специально для одной задачи - например, для работы с маршрутизатором Wi-Fi, навигации или управления банкоматом.

Где заканчиваются операционные системы и начинаются программы?

Операционные системы содержат и другое программное обеспечение, включая пользовательский интерфейс, который позволяет людям взаимодействовать с устройством. Это может быть рабочий стол на ПК, сенсорный интерфейс на телефоне или голосовой интерфейс на цифровом помощнике.

Операционная система - это большое программное обеспечение, состоящее из множества различных приложений и процессов. Граница между тем, что является операционной системой и что такое программа, может иногда быть немного размытой. Точного официального определения операционной системы нет.