Оперативни систем

У рачунарству, оперативни систем (ОС) је скуп програма и рутина одговоран за контролу и управљање уређајима и рачунарским компонентама као и за обављање основних системских радњи. Оперативни систем обједињује у целину разнородне делове рачунара и сакрива од крајњег корисника детаље функционисања ових делова. Оперативни систем ствара за корисника радно окружење које рукује процесима и датотекама, уместо битовима, бајтовима и блоковима.

Место оперативног система у приказу коришћења рачунара

Већина оперативних система долази са апликацијом која обезбеђује кориснички интерфејс за руковање оперативним системом, као што су интерпретер командне линије и графички кориснички интерфејс. Додатно, оперативни систем омогућава покретање других, корисничких, програма као што су едитори, преводиоци и интернет претраживачи. Мрежни оперативни систем је друга врста оперативног система.

Најкоришћенији оперативни систем у употреби на стоним и преносивим рачунарима је Microsoft Windows. Јачи сервери користе Linux, FreeBSD и друге врсте јуниксоликих оперативних система. Међутим, и ови оперативни системи, посебно Mac OS X, се такође користе на персоналним рачунарима.

Увод

Снимак екрана система Windows Vista

Рани рачунари нису имали оперативни систем (погледати Историја оперативних система). Оператор је особа која је ручно уносила и покретала програме. Када су развијени програми за учитавање и покретање других програма логично је било да такви програми добију назив по ономе чији посао обављају.

Првим рачунаром ћемо сматрати такав електронски рачунар који је одговарао Фон Нојмановој архитектури - код кога су и програм и подаци у истој меморији. Када су се са следећим рачунарима појавили и први спољашњи уређаји - читачи папирне траке и бушач картица - појавила се прилика за следећи степен аутоматизације. Уобичајени скуп картица на којима су се налазили кодови за улазне и излазне операције су биле клица за будући развој оперативних система.

Најчешћа употреба појма "оперативни систем" данас, од опште и стручне јавности, се односи на сав софтвер потребан кориснику за управљање системом и покретање свих програма који могу радити на том систему. По општеприхваћеним нормама то подразумева не само најниже слојеве језгра (кернел) који непосредно управљају уређајима него и библиотеке неопходне корисничким програмима као и основне програме за баратање датотекама и конфигурисање система.

Граница између оперативног система и корисничких програма није прецизно одређена и представља често предмет расправа. На пример, једно од кључних питања у антимонополском судском случају Сједињене Америчке Државе против Мајкрософта је да ли је Мајкрософтов претраживач Интернет Експлорер део оперативног система Виндоуз или је део скупа корисничких програма. Други пример је неслагање око именовања ГНУ/Линукс, јер у основи јесте Линукс кернел али многи управо цео оперативни систем зову Линукс.

Најнижи ниво сваког оперативног система је кернел, језгро, први слој софтвера који се учитава у рачунарску меморију при покретању. Као први софтверски слој, он обезбеђује свом осталом софтверу који се потом учита у оперативну меморију заједничке услуге језгра. Основне услуге које пружа ово заједничко језгро су приступ дисковима, управљање меморијом, управљање процесима и пословима и приступ осталим рачунарским уређајима. Као и код оперативног система и овде постоји питање шта тачно треба да чини "кернел". Постоје мишљења која подржавају концепт "микрокернела" или "монолитни кернел" или нешто треће, чак се постављају питања као на пример—треба ли систем за управљање датотекама (фајл систем) бити део кернела?

Системски позиви

Системски позиви су услуге које кориснички програми захтевају од оперативног система. Системски позиви често користе посебне процесорске наредбе које узрокују да процесор мења мод, a неки примери су "заштићени мод" (protected mode) или "надзорнички мод" (supervisor mode).

Заједничке услуге језгра

Како су се оперативни системи развијали, све више услуга се очекивало од заједничког језгра. Од 1990их се од оперативних система често очекује да пруже могућност повезивања на локалну мрежу и на Интернет. Чак се очекује да заштите остали софтвер на рачунару од штете коју могу нанети злонамерни програми, као што су вируси. Списак услуга које се очекују од језгра се и даље шири.

Програми међусобно комуницирају кроз апликативни програмски интерфејс (АПИ), слично као што људи са рачунаром комуницирају кроз корисничко сучеље - кориснички интерфејс. Ово посебно важи у комуникацији између корисничких програма и оперативног система. Заједничким услугама језгра оперативног система кориснички програми приступају кроз АПИ. Тиме оперативни систем омогућава комуникацију између софтвера и хардвера, то јест, програма и уређаја. У основне функције оперативног система свакако треба навести управљање процесором.

Погледати: POSIX

Оперативни системи данашњице

Најраширенији оперативни системи данашњице који се користе на рачунарима опште намене (ту рачунамо и личне рачунаре - Пи Си) су груписани у две породице: породица Јуниксоликих и породица Мајкрософт Виндоуз оперативних система. Велики рачунари и рачунари посебне намене користе измењене или посебно наручене оперативне системе који не морају бити ни у каквој вези са Виндоузом или Јуниксом али су, по правилу, ближи Јуниксу него Виндоузу.

Јуниксолики системи

Снимак екрана оперативног система Ubuntu

Породица јуниксоликих система је разнородна група оперативних система која укључује и System V, BSD, и ГНУ/Линуx. Име јуникс је заштићено од стране Отворене Групе (The Open Group) која даје лиценцно право коришћења имена када се покаже да предметни оперативни систем задовољава све потребне задате услове. Сам назив се односи на велики скуп оперативних система који подсећају на првобитни јуникс.

Јуникс системи покрећу рачунаре разноликих унутрашњих архитектура. Најраспрострањенија примена је међу серверима у корпоративном сектору али и међу радним станицама у академском и инжењерском окружењу. Слободно доступне варијанте Јуникса, као што су Линукс и БСД су у успону популарности. Направљен је пробој и на тржишту стоних рачунара, посебно "пријатељским" Линукс дистрибуцијама, као што је Убунту ГНУ/Линукс.

Неке власничке варијанте Јуникса, као што је ХП-ов HP-UX и ИБМ-ов AIX су направљени посебно да раде само на рачунарима и са опремом оригиналног произвођача. Други, као Соларис, могу радити на оригиналним рачунарима али и на другим рачунарима који одговарају произвођачевим захтевима. Еплов Mac OS X је БСД варијанта настала из NeXTSTEP и FreeBSD је замена за ранији Mac OS у уском сегменту тржишта, али постаје временом најпопуларнији власнички Јуникс систем.

Током претходних година су слободни Јуникс системи потиснули власничке из многих области. На пример, научничко моделовање и рачунарска анимација су некад били територија Силикон Графикса и његовог ИРИКС оперативног система. Данас су они под влашћу рачунарских система под ГНУ/Линуксом.

Мајкрософт Виндоуз

Мајкрософт Виндоуз породица оперативних система настаје као графичка надоградња поврх старог МС ДОС оперативног система ПИ СИ рачунара. Данашње верзије се базирају на једној напреднијој варијанти која је названа Виндоуз НТ и не представља више само графичко окружење већ уистину потпуни оперативни систем. Виндоуз ради на рачунарима заснованим на процесорима фирме Интел и њима сличним. Ознака за такве процесоре је х86 компатибилни, а најпознатији су фирме АМД. Постоје или су постојале варијанте које раде на процесорима DEC Alpha, MIPS и PowerPC. Постоје такође и варијације за процесоре са 32 и са 64 бита.

Данас је Виндоуз најпопуларнији оперативни систем, уживајући огромну надмоћ на светском тржишту стоних рачунара од преко 90%. Такође је значајно распрострањен и у сегменту малих и средњих сервера у применама као што су мрежни сервери или сервери база података.

Други оперативни системи

Оперативни системи за велике рачунаре као што је ИБМ-ов z/OS и оперативни системи посебне намене, као што су QNX, eCos, и PalmOS нису блиски Јуниксу нити Виндоузу сем Виндоуз СЕ који је близак Виндоузу и неколико Линукс и БСД дистрибуција које су посебно кројене за специфичне примене.

Поред оперативних система за велике рачунаре постоје и оперативни системи за мање уређаје (мобилни телефони, дигитрони и сл.) и уређаје специјалне намене (микро-процесорски системи у аутомобилима, системи за аутоматско отварање врата и сл.), који захтевају рад у реалном времену. Популарни оперативни системи за мобилне телефоне су Симбијан и ОСЕ, док за уређаје специјалне намене велико упориште имају ОСЕЦК и ОСЕ Епсилон и сл.

Старији оперативни системи који се још увек понегде користе су Виндоузу-налик OS/2 од IBM-а; ОпенВМС од Хјулит Пакарда (некада Диџитал корпорације); Мек ОС, Еплов претходни не-јуникс оперативни систем; РИСК ОС, посебно створен за АРМ процесоре и њихову архитектуру; АмигаОС, први графички оријентисан оперативни систем са мултимедијалним могућностима и то још за широку публику.

Истраживање и развој нових врста оперативних система је засебна област науке о рачунарима.

Класификација и терминологија

Оперативни систем је суштински састављен из три скупа компоненти:

• Корисничког интерфејса, који може бити графичког типа или имати интерпретер командне линије који се још зове и шкољка ("shell")
• Системске рутине ниског нивоа
• Језгро-кернел који је срце оперативног система

Као што назив сугерише, шкољка је спољашњи програмски омотач језгра, док језгро непосредно комуницира са уређајима. Код неких оперативних система, као што је Јуникс, шкољка и језгро су различити и самостални ентитети, што омогућује произвољне комбинације и лаку замену шкољке. Други оперативни системи само формално приказују постојање различитих компоненти док су у суштини монолитни.

Идеје пројектовања језгра оперативног система су се временом издиференцирале у следеће концепте

• монолитно језгро
• микројезгро
• егзојезгро

Већина најраспрострањенијих оперативних система има језгра монолитног типа, као што су Јуникс, Линукс и Виндоуз. Неки новији оперативни системи имају микројезгро, као Епл МекОС Х, АмигаОС, QNX и БеОС. Међу истраживачима и развојном заједницом је микројезгро приступ веома популаран, као што је Хурд/ГНУ. Оба система имају својих предности и успешно живе на многим машинама. На системима посебне намене који подразумевају уградњу система и софтвера у електронски производ се примењује пројектовање егзокернела, тачно за један уређај и једну примену.

Додатно читање - књиге

• Бесплатна и добра књига за Линукс у електронском облику, на српском језику: "Оперативни системи: јуникс и Linux"
• Свеобухватна књига - уџбеник о оперативним системима на српском језику: "Оперативни системи – теорија, пракса и решени задаци"

Списак оперативних система

• БСД
• MVS
• OS/2
• Јуникс
• Мајкрософт Виндоуз
• MS Dos
• Линукс
• Mac OS
• OS/390
• DOS
• CP/M
• Palm OS
• Symbian

Литература

• „Оперативни системи (проблеми и структура)“ - Мирослав Хајдуковић, Предраг Ракић