
Содержание:
Помимо привычных Windows и MacOS, существуют десятки мобильных и настольных операционных систем для разных устройств. Для конечного пользователя важно то, насколько та или иная ОС соответствует его задачам и облегчает работу с устройством и программами. «РБК Тренды» объясняют, зачем нужны операционные системы, как они устроены и какими бывают.
Что такое операционная система
Операционная система — это тип системного программного обеспечения, который управляет всеми ресурсами компьютера. Она контролирует и отслеживает выполнение всех программ, находящихся на компьютере, включая прикладные. Операционная система предоставляет пользователю удобный интерфейс для работы с любым приложением и работает как канал связи между системным оборудованием и софтом.
Структура операционной системы
Операционные системы состоят из нескольких основных элементов:
- система ввода-вывода или BIOS. Она направляет клавиатуре, мыши, сетевому адаптеру и другим устройствам периферии команды, обрабатывает ошибки, реагирует на прерывания. Так, при входе в папку BIOS обрабатывает действие по заранее прописанному сценарию, то есть открывает ее;
- загрузчик. Это программа, которая загружает файлы операционной системы, когда пользователь запускает компьютер;
- ядро. Это центральная часть любой ОС. Оно отвечает за управление аппаратными ресурсами компьютера, такими как процессор, память, диски и т. д. Ядро также обеспечивает интерфейс для приложений, позволяющий им взаимодействовать с аппаратными ресурсами;
- драйверы. Это софт для управления устройствами, которые подключают к ПК;
- командный процессор. Он передает действия пользователя компьютеру, чтобы тот их обработал.
- оболочка — программа, которая обеспечивает интерфейс для работы пользователя с операционной системой. Оболочка позволяет запускать приложения, управлять файлами и каталогами, настраивать систему и т.д.;
- приложения — программное обеспечение, которое пользователь запускает в операционной системе. Приложения могут быть системными (например, браузер, текстовый редактор) или пользовательскими (например, игры, программы для обработки фотографий).

Функции операционной системы
Операционная система отвечает за все процессы в компьютере. Можно выделить несколько ключевых аспектов работы ОС:
- управление памятью. Операционная система распределяет ресурсы оперативной и постоянной памяти ПК и высвобождает ее для различных процессов. Также ОС распределяет, в каком порядке, на какой срок и каким процессам предоставлять доступ к памяти. Это позволяет им не конфликтовать между собой, что обеспечивает бесперебойную работу системы;
- управление процессором. ОС распределяет вычислительные задачи между ядрами процессора, гарантируя, что каждое из них загружается равномерно. Это позволяет системе избегать перегрузок и обеспечивает быструю обработку задач;
- установка и обновление приложений и программ. ОС предоставляет инструменты для безопасной и удобной установки программного обеспечения, а также контролирует процесс обновления, обеспечивая совместимость новых версий приложений с системными компонентами.
- управление устройствами. ОС управляет связями между периферийными устройствами (клавиатура, мышь, принтер и т.д.) через соответствующие драйверы. Система назначает программу, ответственную за каждое устройство, а также решает, какой процесс получает доступ к определенному устройству и на какой срок;
- управление файлами. ОС организует данные в файловую систему для эффективной и простой навигации. Она отслеживает, где хранится информация, настройки доступа пользователя, статус каждого файла, процессы их создания, удаления, передачи, копирования и хранения. Это позволяет поддерживать целостность данных, хранящихся в этих файлах;
- управление вводом-выводом — это функция операционной системы, которая относится к тому, как ОС обрабатывает операции ввода-вывода между компьютером и внешними устройствами, такими как клавиатуры, мыши, принтеры, жесткие диски и мониторы.
- распределение потоков процессов и поддержка многозадачности. ОС управляет потоками выполнения задач, что позволяет одновременно запускать несколько приложений или процессов. Например, пользователь может слушать музыку, работать с электронной почтой и загружать файлы из Интернета без снижения производительности;
- графический интерфейс и взаимодействие с пользователем. ОС содержит уникальную графическую оболочку, которая предлагает интуитивное взаимодействие пользователя с компьютером — окна, панели управления и кнопки;
- загрузка компьютера. ОС может управлять этим процессом при так называемой теплой загрузке — когда ПК перезагружается.
- обеспечение безопасности. Операционная система использует защиту паролем и другие подобные методы, а также предотвращает несанкционированный доступ к этой информации. Для этого используются брандмауэры, антивирусы, а также инструменты контроля за производительностью системы.
История развития операционных систем
Хотя первые компьютеры появились еще в 1940-е годы, они работали не с операционными системами, а с отдельными программами. Это делало работу ПК неэффективной. Тогда инженеры задумались о создании единого интерфейса.
Первое поколение ОС (1955-1964 гг.)
В 1955 году инженер General Motors Роберт Л. Патрик и программист North American Airlines Оуэн Мок разработали первую похожую на современную систему ввода-вывода под названием GM-NAA I/O. Она предназначалась для компьютера IBM 704. GM-NAA I/O позволяла автоматически выполнять задания по проведению сложных математических вычислений, результаты которых выводились на подключенный принтер. Тем не менее, система требовала вмешательства в процессы человека-оператора, а также знаний машинного кода. Проблему решил разработчик из IBM Джон Бекус, который в 1956 году представил язык программирования Fortran. Он позволял общаться с компьютером на языке формул и без машинного кода.

Уже в 1964 году Мичиганский университет, General Electric и Bell Labs представили первую похожую на современную ОС Multics (Multiplexed Information and Computing Service). Она позволяла параллельно работать с несколькими программами, поддерживала виртуальную память и файловую систему на основе дерева каталогов.
Второе поколение ОС (1965–1980 гг.)
В 1969 году в исследовательской лаборатории Bell Labs разработали ОС Unix, которая и стала основой для современных операционных систем. Это была первая многопользовательская и многозадачная ОС. Она поддерживала использование простых текстовых файлов для настройки и управления, а также утилиты, которые запускались из командной строки. ОС взаимодействовала с пользователем посредством виртуального устройства — терминала.

В 1973 году компания Xerox разработала Alto OS — первую операционную систему с графическим интерфейсом. Она получила окна с различными типами элементов управления, такими как кнопки, поля ввода и списки. Alto получила текстовый процессор Bravo, менеджеры сообщений Laurel и Hardy, иллюстратор документов Markup, векторный редактор Draw, файловый менеджер Neptune и другие программы. Однако ОС работала только на компьютерах Xerox Alto и не нашла широкого применения.
Третье поколение ОС (1980 г. — настоящее время)
Это поколение операционных систем развивалось в эпоху появления персональных компьютеров и рабочих станций для обычных пользователей. Первой такой ОС стала System 1 от Apple, которая предназначалась для компьютеров Macintosh и вышла в 1984 году. Она работала с дискетами и мышью, а также использовала плоскую файловую систему (MFS).

Уже в 1985 году Microsoft представила Windows 1.0 в виде графической оболочки для MS-DOS — продукта, созданного для компании IBM, который представлял собой однозадачную дисковую ОС.

В 1991 году независимый разработчик Линус Торвальдс начал разрабатывать свою версию ОС на базе Unix, которую он назвал Linux. Эта операционная система имела открытый исходный код, и к ее разработке стали подключаться другие программисты. Однако первую графическую оболочку GNOME она получила лишь в 1999 году.

При этом с 1998 года уже начали разрабатываться ОС для мобильных устройств. Первой такой системой стала Symbian — ОС для Nokia, а в 1999 году вышла BlackBerry OS. В 2007 году появилась Apple iOS, созданная на ядре Linux. Она поддерживала виртуальную клавиатуру, синхронизацию с iTunes и браузер Safari. В 2008 году Google представила Android, которую также создали на ядре Linux, но распространили с открытым исходным кодом. Первая версия ОС вышла на смартфоне HTC Dream.
Виды операционных систем
Операционные системы можно разделить на пять основных типов:
- десктопные, которые работают на персональных компьютерах и ноутбуках. Такие ОС предназначены для обычных пользователей и обеспечивают интерфейс для запуска прикладных программ. К ним можно отнести Windows, macOS и Linux;
- мобильные, которые работают на смартфонах и планшетах. Эти ОС предоставляют интерфейс, адаптированный для мобильных приложений. К ним можно отнести Android, iOS, HarmonyOS, KaiOS и другие;
- серверные. Такие операционные системы запускаются на серверах и предлагают функционал для управления сетевыми ресурсами и сетевой инфраструктурой, хранения данных b обеспечения безопасности. К этому типу ОС относятся Windows Server, Ubuntu Server, CentOS, Red Hat Enterprise Linux;
- ОС для встроенных систем. Такие операционные системы используются в бытовых приборах и устройствах Интернета вещей. Они предназначены для выполнения определенных задач устройством, которое не является компьютером;
- ОС реального времени (RTOS). Эти операционные системы в основном используются в сценариях, где важна синхронизация. Сюда входят приложения для нужд промышленной автоматизации, авиации и медицинских устройств. Использование RTOS позволяет гарантировать, что критически важные задачи будут выполняться точно и с минимальными задержками.
Кроме того, выделяют гибридные и специальные ОС. Первые обычно представляют собой специфическую комбинацию различных функций разных типов операционных систем, например, серверных и RTOS, для поддержки более широкого спектра приложений. Это позволяет создавать решения для требовательных сред. Вторые же разработаны для определенных функций или устройств, например, управления медицинским оборудованием, сетевыми маршрутизаторами и т. д.
Также операционные системы классифицируют по иным признакам: количеству ядер (одноядерные и многоядерные), числу пользователей для одновременной работы (однопользовательские и многопользовательские), объему доступной для процессора памяти (32-разрядные и 64-разрядные) и так далее.
Популярные операционные системы
Самой распространенной десктопной ОС считается Windows, на долю которой приходится 68% рынка. Среди мобильных операционных систем уверенно лидирует Android с 80% рынка.
Linux
Это открытая Unix-подобная операционная система, которую развивает сообщество разработчиков. Она предназначена для компьютеров, серверов, мобильных и встраиваемых устройств, а также поддерживается практически на всех основных компьютерных платформах, включая x86, ARM и SPARC. На базе ядра Linux создали ОС-дистрибутивы Ubuntu, Debian и Fedora.

Плюсы:
- не требует покупки лицензии;
- бесплатные программы;
- высокая безопасность;
- низкие требования к системе.
Минусы:
- относительно немного поддерживаемого софта и игр;
- ограниченная поддержка аппаратного обеспечения;
- сложная для неопытных пользователей.
Windows
Это операционная система с графическим интерфейсом от Microsoft. Начиная с версии Windows XP, компания предлагает различные редакции ОС: для домашних компьютеров (Windows Home), для опытных пользователей и предприятий малого и среднего бизнеса (Professional).

Плюсы:
- привычный интерфейс с окнами;
- простая установка программ;
- большой выбор софта;
- регулярные обновления.
Минусы:
- слабая антивирусная защита;
- высокие требования к системным ресурсам;
- наличие ненужных компонентов и программ
- долгая загрузка ОС.
MacOS
Это операционная система с графическим интерфейсом, специально разработанная Apple для компьютеров компании. В свое время именно эта операционная система помогла популяризировать графические пользовательские интерфейсы (GUI) и вдохновила Microsoft отказаться от своего метода ввода данных.

Плюсы:
- хорошая антивирусная защита;
- нативные приложения, специально разработанные для ОС;
- наличие экосистемы;
- высокая скорость программ;
- отлаженная работа с минимальными багами.
Минусы:
- более узкий выбор программ и игр, чем в Windows;
- предназначена только для компьютеров Apple;
- высокая цена лицензии;
- ограниченное количество драйверов.
Android
Это мобильная операционная система на базе Linux от Google, которая предназначена для смартфонов и планшетов. Благодаря открытому исходному коду разработчики могут выпускать разные вариации ОС для других устройств, таких как игровые консоли и цифровые камеры.

Плюсы:
- бесплатная;
- работает на устройствах разных производителей;
- большой выбор приложений;
- опции искусственного интеллекта;
- приложения можно скачивать из сторонних источников;
- есть предустановленный софт.
Минусы:
- проблемы с безопасностью;
- частые баги;
iOS
Это фирменная мобильная операционная система от Apple, которая предназначена для iPhone. Она также стала основой для разработки iPadOS, tvOS и watchOS.

Плюсы:
- высокая производительность работы;
- соблюдение конфиденциальности и хорошая защита данных;
- защита от спама;
- ввод жестами и функции ИИ;
- долгосрочная поддержка.
Минусы:
- высокая цена;
- отсутствие совместимости с устройствами с другими ОС;
- большинство приложений платные.
HarmonyOS
Это операционная система китайской компании Huawei, которая разработана как альтернатива Android. Она предназначена для устройств Huawei с упором на работу в экосистемах «умного дома».

Плюсы:
- оптимизирована для работы в экосистеме Huawei;
- быстро интегрируется с экосистемой умных устройств;
- хорошая производительность на устройствах Huawei.
Минусы:
- ограниченное количество приложений в AppGallery;
- поддерживается в основном только устройствами Huawei.
- нет привычного доступа к сервисам Google на устройствах.
Российские операционные системы
В России разрабатываются собственные операционные системы на базе Linux. Они предназначены как для домашнего использования, так и для корпоративного.
РЕД ОС
Это операционная система на базе ядра Linux, которая разработана компанией РЕД СОФТ с использованием открытых исходных кодов и собственных решений. Она предназначена для серверов и рабочих станций.

Плюсы:
- сертифицирована ФСТЭК РФ и включена в реестр Минцифры;
- включает множество дополнительных элементов безопасности для установки проверенного софта и обновлений;
- поддерживает платформы x86-64, x86 и ARM;
- простая установка.
Минусы:
- непривычный для неопытного пользователя интерфейс;
- отсутствие возможности установить сторонние приложения;
- более узкий выбор софта и отсутствие магазина приложений;
- высокая стоимость лицензии.
Astra Linux
Это операционная система на базе ядра Linux, которая внедряется в качестве альтернативы Windows в государственных организациях. Она обеспечивает степень защиты обрабатываемой информации до уровня государственной тайны «особой важности» включительно.

Плюсы:
- поддержка ГОСТов, стандартов ФСТЭК и ФСБ, несколько уровней защиты данных;
- различные версии (десктопная, мобильная и встраиваемая);
- независимость от иностранных технологий;
- техподдержка.
Минусы:
- сложный интерфейс;
- ограниченный выбор программ и драйверов;
- небольшое сообщество.
Альт Linux
Это одна из старейших российских ОС на базе Linux. Она предлагает сборки для серверов, рабочих станций, учреждений образования и домашнего использования, а также для отечественных процессоров «Эльбрус».

Плюсы:
- модульность;
- широкий выбор софта для разных нужд;
- средства защиты данных и механизмы обязательного контроля доступа;
- бесплатная для домашних пользователей.
Минусы:
- ограниченный выбор софта;
- возможны проблемы с драйверами для оборудования.
«Атлант»
Это ОС на базе Linux российской компании Applite, которая обеспечивает централизованную систему удаленного управления рабочими станциями. Она позволяет удаленно устанавливать, обновлять, удалять софт без использования пакетного менеджера, а также комплексно обновлять ядро операционной системы.

Плюсы:
- входит в реестр отечественного софта;
- поддерживает широкий спектр российских пользовательских и серверных программ;
- предлагает удаленные обновления и мониторинг ПК;
- гибкие настройки и выбор интерфейса.
Минусы:
- ограниченный выбор совместимого аппаратного обеспечения;
- меньше доступного программного обеспечени;
- ограниченная поддержка сообщества и документации;
- недостаточная совместимость с экосистемой других разработчиков.
«Роса»
Это семейство операционных систем на базе ядра Linux, разработанное российской компанией «НТЦ ИТ РОСА». Оно включает настольные, мобильные и серверные ОС, а также системы для облачных и инфраструктурных сервисов.

Плюсы:
- бесплатная лицензия для домашних пользователей;
- понятный интерфейс;
- широкий выбор приложений;
- наличие лицензий Роскомнадзора, ФСБ и ФСТЭК.
Минусы:
- отсутствие официальной поддержки пользователей;
- неудобное переключение рабочих столов;
- проблемы с автовходом;
- ограниченная аппаратная поддержка.
Читайте также:
- Разница поколений: как работают ПК, суперкомпьютер и квантовый компьютер
- HarmonyOS: как устроена и какие у нее перспективы
- Вместо Windows: как российское ПО отвоевывает рынок
- Дискеты, факс и Windows XP: где устаревшие технологии все еще актуальны
- Типы данных в программировании: какие существуют и зачем нужны
- Первый компьютер: когда появился и кто его изобрел
➤ Подписывайтесь на телеграм-канал «РБК Трендов» — будьте в курсе последних тенденций в науке, бизнесе, обществе и технологиях.