Razumijevanje operativnih sustava u računalnim znanostima
U srži funkcionalnosti svakog računala nalazi se operativni sustav (OS). To je glavni softver koji kontrolira hardver, upravlja resursima sustava i olakšava interakciju između korisnika, aplikacija i stroja. Zaronimo u osnove operativnih sustava, razumijevajući njihove komponente, tipove i funkcije u sferi računalne znanosti.
Što je operativni sustav?
Operativni sustav (OS) moćan je i neophodan softver koji upravlja hardverskim i softverskim resursima računala, pružajući zajedničke usluge za računalne programe. Svako računalo mora imati barem jedan OS za pokretanje drugih programa. OS djeluje kao posrednik između korisnika i hardvera računala. Primjeri popularnih operativnih sustava uključuju Microsoft Windows, macOS, Linux i Android.
Osnovne funkcije operativnog sustava
Operativni sustav ima široku lepezu funkcija koje su ključne za funkcioniranje računalnog sustava. Neke od njegovih temeljnih funkcija uključuju:
- Upravljanje procesima: upravlja stvaranjem, raspoređivanjem i završetkom procesa. Proces je program u izvršavanju, a OS učinkovito upravlja tim procesima kako bi osigurao glatku izvedbu sustava.
- Upravljanje memorijom: OS upravlja memorijom sustava, što uključuje dodjelu i oslobađanje memorije procesima kada im je potrebna i oslobađanje kada im nije potrebna.
- Upravljanje datotečnim sustavom: Bavi se pohranjivanjem, dohvaćanjem, imenovanjem, dijeljenjem i zaštitom datoteka. OS održava hijerarhije datoteka i prati podatke, poput lokacije datoteke, veličine i vrste.
- Upravljanje uređajem: OS upravlja komunikacijom uređaja putem odgovarajućih upravljačkih programa. Obavlja zadatke kao što je slanje naredbi za ispis na pisač, čitanje podataka s tipkovnice i upravljanje CPU operacijama.
- Sigurnost i kontrola pristupa: OS osigurava da neovlašteni korisnici ne pristupaju sustavu i štiti od zlonamjernih prijetnji. Upravlja korisničkim računima, lozinkama i raznim dozvolama za zaštitu podataka.
Vrste operativnih sustava
Operativni sustavi mogu se kategorizirati na temelju njihovih funkcionalnosti i usluga koje pružaju. Najčešće vrste uključuju:
- Skupni operativni sustavi: Ovi operativni sustavi ne komuniciraju izravno s računalom. Ovdje se poslovi prikupljaju, grupiraju i obrađuju jedan po jedan bez intervencije korisnika.
- Operativni sustavi s više zadataka/dijeljenjem vremena: oni omogućuju istovremeno pokretanje više programa dijeleći vremenske odsječke CPU-a. Primjeri uključuju Linux i Windows.
- Operativni sustavi u stvarnom vremenu (RTOS): RTOS se koriste u okruženjima u kojima su vremenska ograničenja stroga, kao što su ugrađeni sustavi. Oni obrađuju podatke kako dolaze, bez kašnjenja međuspremnika.
- Mrežni operativni sustavi: Oni rade na poslužiteljima i pružaju mogućnost posluživanja više klijenata, upravljanja podacima, korisnicima, grupama, sigurnošću i aplikacijama preko mreže.
- Distribuirani operativni sustavi: upravljaju grupom neovisnih računala i čine da se korisniku prikazuju kao jedno računalo. Obrada je raspoređena na više fizičkih strojeva.
Upravljanje memorijom
Upravljanje memorijom uključuje dodjelu i ponovnu dodjelu određenih memorijskih blokova pojedinačnim procesima od strane OS-a sustava. Jedan ključni aspekt upravljanja memorijom je razlika između fizičke i virtualne memorije.
- Fizička memorija: ovo je stvarni RAM (Random Access Memory) dostupan u sustavu.
- Virtualna memorija: To je prostor na tvrdom disku koji se koristi za simulaciju dodatnog RAM-a. Omogućuje izvršavanje velikih aplikacija ili više aplikacija istovremeno, izvan mogućnosti same fizičke memorije.
Najjednostavnija tehnika upravljanja memorijom je kontinuirana dodjela , gdje je svaki proces sadržan u jednom neprekidnom odjeljku memorije. Međutim, ova metoda ima nedostatke, poput fragmentacije. Kako bi se to prevladalo, moderni OS-i koriste straničenje i segmentaciju .
Planiranje procesa
Raspored procesa je metoda kojom OS odlučuje koji će proces u redu čekanja izvršiti procesor. Primarni cilj je maksimalno povećati iskorištenost procesora. Algoritmi zakazivanja uključuju:
- First-Come, First-Served (FCFS): procesima se pristupa redoslijedom kojim pristižu.
- Najkraći sljedeći posao (SJN): Ovaj algoritam odabire sljedeći proces s najkraćim vremenom izvršenja. To može dovesti do boljih performansi, ali zahtijeva prethodno znanje o vremenu izvršenja.
- Round Robin (RR): Svakom procesu je dodijeljen fiksni vremenski interval i izvršava se redom. Ova metoda osigurava pravednost među procesima.
- Prioritetno raspoređivanje: svakom procesu se dodjeljuje prioritet, a izvršenje se temelji na redoslijedu prioriteta. Procesi višeg prioriteta izvršavaju se prije onih nižeg prioriteta.
Datotečni sustavi
Datotečni sustav je organizirana metoda koju OS koristi za pohranjivanje, organiziranje i upravljanje datotekama na disku. Aplikacijama omogućuje čitanje i pisanje na diskovnu pohranu. Uobičajene vrste datotečnih sustava uključuju FAT32, NTFS za Windows i Ext3, Ext4 za Linux. Datotečni sustav upravlja metapodacima o datotekama, uključujući naziv datoteke, veličinu, stvaranje i datume izmjene.
Zaključak
Operativni sustav sastavni je dio rada računala i računalnih uređaja. Omogućuje osnovno sučelje između korisnika i hardvera, učinkovito upravlja resursima i osigurava ukupnu sigurnost i učinkovitost sustava. Razumijevanje funkcionalnosti, tipova i komponenti operativnih sustava temeljno je u polju računalnih znanosti.
