Операционная система – это комплект программного обеспечения, предназначенный для управления компьютером и обеспечивающий поддержку хранения, исполнения и разработки прикладных программ. Любая современная операционная система должна, как минимум, решать следующие задачи:

1) хранение, загрузка и исполнение прикладных программ;

2) организация файловой системы на устройствах долговременной памяти;

3) планирование и динамическое перераспределение ресурсов компьютера;

4) взаимодействие параллельных программ и синхронизация их работы;

5) учет и разграничение полномочий пользователей системы;

6) предоставление пользовательского интерфейса для работы с компьютером;

7) защита данных от несанкционированного доступа, разрушения, других случайных или намеренных вредоносных действий, как во время выполнения программ, так и при хранении данных в файлах

Состав операционной системы и связь ее базовых подсистем с решаемыми задачами, схематично показаны на следующем рисунке (Рисунок 1).

Рисунок 1 Состав и назначение основных подсистем операционной системы

Ряд подсистем операционной системы на рисунке (Рисунок 1) объединены в общий блок, названный ядро операционной системы. Понятие ядра является одним из наиболее важных понятий, как и роль ядра в операционной системе. Ядро объединяет в себе базовые компоненты операционной системы, во многом определяющие специфику и основную область применения данной операционной системы. Важнейшим свойством ядра, отличающим его от любых других системных или пользовательских программ, является то, что код ядра исполняется с максимально высоким уровнем привилегий – ему доступны все команды процессора и разрешен прямой доступ к любой аппаратуре компьютера. В конечном итоге, ядро изолирует все остальные программы от аппаратуры компьютера. Все остальные программы получают доступ к аппаратным ресурсам только через посредничество ядра операционной системы.

Чем больше возможности ядра системы, тем более разносторонний сервис операционная система может в конечном итоге предоставить пользователю.

Функции операционной системы

Требования к архитектуре операционной системы Архитектура операционной системы должна обеспечивать расширяемость операционной системы, переносимость операционной системы и совместимость различных операционных систем.

Во-первых, она управляет аппаратными и программными ресурсами системы. В настольном компьютере такими ресурсами являются процессор, оперативная память, дисковое пространство и т.п. (В сотовом телефоне это клавиатура, экран, адресная книга, номеронабиратель, батарея и средства подключения к сети).

ОС обеспечивает для программ стабильный единообразный подход к взаимодействию с аппаратными средствами без необходимости уточнения подробностей устройства и работы этих средств.

Первая задача, предусматривающая управление аппаратными и программными ресурсами, очень важна, поскольку различные программы и методы ввода информации для своей работы претендуют на использование вычислительных ресурсов центрального процессора (ЦП), а также нуждаются в оперативной памяти, средствах долговременного хранения информации и использовании полосы устройства ввода/вывода. Осуществляющая общее управление операционная система играет роль справедливого родителя, следя за тем, чтобы каждое приложение получило необходимые ресурсы без ущемления других приложений, и экономно расходуя ограниченные средства системы с максимальной пользой для всех пользователей и приложений.

Вторая задача, заключающаяся в обеспечении совместимого интерфейса приложений, особенно важна в том случае, когда операционная система должна использоваться более чем на одном определенном типе компьютеров, либо если в компьютере время от времени производят замену составляющих его узлов.

Упомянутые возможности обеспечиваются благодаря тому, что управлением аппаратной частью и распределением ее ресурсов занимается не каждое отдельное приложение, а операционная система.

Одна из серьезных задач, которую должны решать разработчики, состоит в необходимости обеспечения достаточной гибкости операционных систем, для возможности работы с оборудованием, изготовленным тысячами различных производителей. Современные ОС способны взаимодействовать с тысячами разных принтеров, дисководов и специальных периферийных устройств в любых возможных сочетаниях.

1) Производительность. ОС должна обладать настолько хорошим быстродействием и временем реакции, насколько это позволяет аппаратная платформа. На производительность ОС оказывает влияние множество факторов, среди которых основными являются архитектура ОС, многообразие реализуемых ею функций, количество ресурсов, потребляемых самой ОС для выполнения поставленных перед ней задач, качество программного кода.

2) Надежность. Это требование ОС определяется архитектурными решениями, положенными  в ее основу, а также качеством реализации, обратно пропорциональным количеству ошибок в комплексе программ, составляющих ОС.

3) Защищенность. Система должна быть защищена как от внутренних, так и от внешних ошибок, сбоев и отказов. Ее действия должны быть всегда предсказуемы, а приложения не должны иметь возможности наносить вред. Современная ОС защищает данные и другие ресурсы вычислительной системы от несанкционированного доступа и от попыток непреднамеренного повреждения этих данных.

4) Расширяемость. ОС является расширяемой, если в нее можно вносить дополнения и изменения, не нарушая целостности системы. Расширяемость достигается за счет модульной структуры ОС, при которой программы строятся из отдельных модулей, взаимодействующих только через функциональный интерфейс. Такая архитектура позволяет в случае необходимости добавлять новые или удалять ненужные компоненты. Однако простота, с которой пользователь или системный программист сможет производить такие функциональные изменения, определяется совершенством и продуманностью применяемых при построении системы решений.

5) Переносимость. В идеальном случае ОС должна легко переноситься с одного типа аппаратной платформы на другой. Реально это далеко не всегда быстро  и легко выполнимая задача. Как правило, ОС разрабатывается для определенного типа аппаратных платформ и перенос ее на платформу с принципиально иным строением может стать трудной задачей.

6) Совместимость. ОС всегда изменяются со временем, и эти изменения более значимы, чем изменения аппаратных средств. Изменения ОС обычно заключаются в приобретении ими новых свойств, добавлении новых и модификации имеющихся функций. Под требованием совместимости понимается сохранение возможности использования прикладных программ, написанных для “старой” или вообще другой ОС, в новой ОС.

7) Удобство. Средства ОС должны быть простыми и гибкими, а логика ее работы  ясна пользователю. Современные ОС ориентированы на обеспечение пользователю максимально возможного удобства при работе с ними. Необходимым условием этого стало наличие у ОС графического пользовательского интерфейса и всевозможных мастеров – программ, автоматизирующих установку, настройку и эксплуатацию системы.

Под совместимостью понимается способность операционной системы исполнять прикладные программы, ориентированные на другие операционные системы, или на более ранние версии той же самой операционной системы.

Необходимость организации совместимости операционных систем объясняется следующим. У пользователей обычно скапливается некоторая библиотека прикладных программ, в приобретение которых были вложены некоторые средства. Немаловажным является и тот факт, что пользователь уже умеет работать с этими программами, ведь обучение требует времени, а часто и материальных затрат. Поэтому пользователь не примет операционную систему, не совместимую с его старыми программами. Следовательно, если производитель операционной системы заинтересован в ее продвижении, он должен позаботиться о вопросах совместимости.