Розуміння операційних систем в інформатиці
В основі функціональності кожного комп’ютера лежить операційна система (ОС). Це головне програмне забезпечення, яке керує обладнанням, системними ресурсами та полегшує взаємодію між користувачем, програмами та машиною. Давайте заглибимося в основи операційних систем, зрозуміємо їх компоненти, типи та функції в сфері інформатики.
Що таке операційна система?
Операційна система (ОС) — це потужне та важливе програмне забезпечення, яке керує апаратними та програмними ресурсами комп’ютера, надаючи загальні служби для комп’ютерних програм. Кожен комп’ютер повинен мати принаймні одну ОС для запуску інших програм. ОС діє як посередник між користувачами та апаратним забезпеченням комп’ютера. Приклади популярних операційних систем включають Microsoft Windows, macOS, Linux і Android.
Основні функції операційної системи
Операційна система має широкий набір функцій, ключових для функціонування комп’ютерної системи. Деякі з його основних функцій включають:
- Керування процесами: забезпечує створення, планування та завершення процесів. Процес — це програма, яка виконується, і ОС ефективно керує цими процесами, щоб забезпечити безперебійну роботу системи.
- Управління пам’яттю: ОС керує пам’яттю системи, що включає виділення та звільнення пам’яті для процесів, коли вони цього потребують, і звільнення її, якщо вони цього не потребують.
- Керування файловою системою: стосується зберігання, пошуку, іменування, спільного використання та захисту файлів. ОС підтримує ієрархію файлів і відстежує інформацію, як-от розташування, розмір і тип файлу.
- Керування пристроями: ОС керує зв’язком пристроїв через відповідні драйвери. Він виконує такі завдання, як надсилання команд друку на принтер, читання даних із клавіатури та керування операціями ЦП.
- Безпека та контроль доступу: ОС гарантує, що неавторизовані користувачі не отримають доступ до системи, і захищає від шкідливих загроз. Він керує обліковими записами користувачів, паролями та різними дозволами для захисту даних.
Типи операційних систем
Операційні системи можна класифікувати на основі їх функцій і послуг, які вони надають. Найпоширеніші види включають:
- Пакетні операційні системи: ці ОС не взаємодіють із комп’ютером безпосередньо. Тут завдання збираються, групуються та обробляються по одному без втручання користувача.
- Багатозадачні операційні системи/операційні системи з поділом часу: вони дозволяють одночасно працювати декільком програмам шляхом спільного використання часових проміжків ЦП. Приклади включають Linux і Windows.
- Операційні системи реального часу (RTOS): RTOS використовуються в середовищах із суворими часовими обмеженнями, наприклад у вбудованих системах. Вони обробляють дані, щойно вони надходять, без затримок буфера.
- Мережеві операційні системи: вони працюють на серверах і надають можливість обслуговувати декілька клієнтів, керувати даними, користувачами, групами, безпекою та програмами в мережі.
- Розподілені операційні системи: вони керують групою незалежних комп’ютерів і роблять їх для користувача єдиним комп’ютером. Обробка розподілена між кількома фізичними машинами.
Управління пам'яттю
Управління пам’яттю передбачає виділення та перерозподіл певних блоків пам’яті окремим процесам ОС системи. Одним з найважливіших аспектів керування пам’яттю є відмінність між фізичною та віртуальною пам’яттю.
- Фізична пам'ять: це фактична оперативна пам'ять (оперативна пам'ять), доступна в системі.
- Віртуальна пам'ять: це простір на жорсткому диску, який використовується для імітації додаткової оперативної пам'яті. Це дозволяє виконувати великі додатки або кілька додатків одночасно, що перевищує можливості лише фізичної пам’яті.
Найпростішою технікою керування пам’яттю є безперервний розподіл , коли кожен процес міститься в одній безперервній ділянці пам’яті. Однак цей метод має недоліки, такі як фрагментація. Щоб подолати це, сучасні ОС використовують розбиття сторінок і сегментацію .
Планування процесів
Планування процесів — це метод, за допомогою якого ОС вирішує, який процес у черзі готовності повинен виконати процесор. Основна мета — максимізувати використання ЦП. Алгоритми планування включають:
- Перший прийшов, перший обслужений (FCFS): процеси обслуговуються в порядку їх надходження.
- Найкоротше наступне завдання (SJN): цей алгоритм вибирає наступний процес із найкоротшим часом виконання. Це може призвести до кращої продуктивності, але вимагає попереднього знання часу виконання.
- Round Robin (RR): Кожному процесу призначається фіксований часовий проміжок і він виконується по черзі. Цей метод забезпечує справедливість між процесами.
- Пріоритетне планування: кожному процесу призначається пріоритет, і виконання базується на порядку пріоритетів. Процеси з вищим пріоритетом виконуються раніше, ніж процеси з нижчим пріоритетом.
Файлові системи
Файлова система — це організований метод, який використовує ОС для зберігання, організації та керування файлами на диску. Він надає програмам можливість читати та записувати на диск. Поширені типи файлових систем включають FAT32, NTFS для Windows і Ext3, Ext4 для Linux. Файлова система керує метаданими про файли, включаючи назву файлу, розмір, дати створення та модифікації.
Висновок
Операційна система є невід’ємною частиною роботи комп’ютерів і обчислювальних пристроїв. Він забезпечує основний інтерфейс між користувачем і обладнанням, ефективно керує ресурсами та забезпечує загальну безпеку та ефективність системи. Розуміння функціональних можливостей, типів і компонентів операційних систем є фундаментальним у галузі інформатики.
