Operačný systém

Operačný systém (OS) je základné programové vybavenie každého počítača, ktoré zabezpečuje využívanie všetkých hardvérových súčastí, ako sú klávesnica, obrazovka, diskový systém, periférie a iné. Okrem toho sa stará o správu operačnej pamäte, koordináciu behu programov a uľahčuje komunikáciu medzi užívateľom a počítačom.

Primárne funkcie operačného systému

Hlavnou úlohou operačného systému je poskytovanie podpory pre realizáciu počítačových programov. OS umožňuje aplikáciám využívať hardvérové zdroje a zabezpečuje ich správnu spoluprácu. Medzi kľúčové úlohy operačného systému patrí:

1. Umožniť aplikáciám využívať hardvér – Operačný systém poskytuje potrebné rozhrania, aby aplikácie mohli využívať zariadenia počítača.
2. Zabezpečiť spoluprácu aplikácií – OS zabezpečuje efektívnu spoluprácu medzi rôznymi aplikáciami a ich koordináciu.

Každý operačný systém obsahuje množstvo programov, ktoré sú zodpovedné za správu systémových zdrojov, konfiguráciu, riadenie spojení s ostatnými systémami, zálohovanie a podobne.

Funkcie operačného systému

Operačný systém sa stará o:

• Spúšťanie a beh programov
• Využívanie zariadení
• Komunikáciu medzi užívateľom a počítačom
• Sieťové služby – napríklad zabezpečenie pripojenia k internetu a ďalšie.

Typy operačných systémov

Operačné systémy môžeme rozdeliť podľa rôznych kritérií:

• Jednoúlohové a viacúlohové operačné systémy – Jednoúlohové systémy umožňujú spustiť len jeden program naraz, kým viacúlohové operačné systémy umožňujú súčasný beh viacerých programov.
• Jednoužívateľské a viacužívateľské operačné systémy – Jednoužívateľské systémy umožňujú používanie počítača iba jedným používateľom, zatiaľ čo viacužívateľské systémy podporujú prácu viacerých používateľov súčasne.

Príklady operačných systémov zahŕňajú MS-DOS, Windows 3.1, Windows 95, Windows 98, Windows XP, Unix a mnoho ďalších.

Vývoj operačných systémov

Operačné systémy boli pôvodne písané v strojovom kóde, neskôr sa prešli na programovanie v assembleri. S príchodom C-jazyka sa začali písať aj v C, neskôr v C++, Objective C a ďalších jazykoch.

Vrstvová štruktúra operačného systému

Operačný systém je rozdelený na niekoľko vrstiev, kde vyššie vrstvy využívajú služby nižších vrstiev, avšak nikdy naopak. Hlavné vrstvy operačného systému sú:

1. Aplikácie – Programy, ktoré využívajú funkcie operačného systému.
2. Aplikačné programové rozhranie (API) – Sada príkazov, ktoré aplikácie používajú na komunikáciu s operačným systémom.
3. Jadro – Hlavný modul operačného systému, ktorý spravuje systémové prostriedky a riadi všetky procesy.
4. Ovládače zariadení – Programy, ktoré umožňujú operačnému systému komunikovať s hardvérovými zariadeniami.
5. Hardvér – Základné hardvérové komponenty počítača.

Aplikačné programové rozhranie (API)

API je množina príkazov, ktoré môže aplikácia využiť na komunikáciu s operačným systémom. Tieto príkazy umožňujú aplikáciám vykonávať základné operácie ako vytváranie súborov, čítanie vstupov z klávesnice alebo interakciu s inými zariadeniami.

Ovládače zariadení

Ovládače (drivers) sú programy, ktoré umožňujú operačnému systému komunikovať s periférnymi zariadeniami. Vzhľadom na rozmanitosť a neustály vývoj hardvéru musia byť ovládače pravidelne aktualizované a inštalované, aby správne fungovali so systémom.

Jadro operačného systému

Jadro je srdcom operačného systému, ktoré spravuje všetky systémové prostriedky. Je zodpovedné za:

• Riadenie procesov – Rozdeľovanie času procesora medzi rôzne aplikácie.
• Správu pamäte – Rozdeľovanie operačnej pamäte medzi procesy a ochranu pamäte.
• Prideľovanie zariadení – Zabezpečenie prístupu k hardvéru.
• Zabezpečenie systémových priorít – Určovanie, ktorý proces dostane prístup k systémovým prostriedkom ako prvý.

Úlohy operačného systému

Operačný systém plní množstvo úloh, ktoré sú nevyhnutné pre efektívnu a bezpečnú prevádzku počítača. K najdôležitejším patrí:

Správa operačnej pamäte

Správa pamäte je jedným z najdôležitejších modulov operačného systému. Úlohou správcu pamäte je efektívne prideľovať pamäť procesom, sledovať, ktoré časti pamäte sú voľné a ktoré sú už použité, a ochrániť pamäť pred neoprávneným prístupom.

Hlavné úlohy správcu pamäte:

1. Prideľovanie pamäte – Procesom je pridelená potrebná pamäť podľa ich požiadaviek.
2. Udržiavanie informácií o pamäti – Správca pamäte udržuje zoznamy o voľnej a pridelené pamäti.
3. Ochrana pamäte – Zabránenie prístupu jedného procesu k pamäti iného procesu.

Ochrana pamäte

Ochrana pamäte zabezpečuje, že procesy nemôžu zasahovať do pamäte, ktorá je pridelená iným procesom alebo operačnému systému. Tieto mechanizmy sú najdôležitejšie v systémoch s viacerými behajúcimi procesmi (multitasking).

Správa procesov

Správa procesov je jedným z najkomplikovanejších a najdôležitejších aspektov operačného systému. OS musí efektívne prideľovať čas procesora a spravovať viaceré bežiace procesy.

Existujú rôzne druhy multitaskingu:

1. Kooperatívny multitasking – Procesy sa musia medzi sebou dohodnúť na tom, kedy sa im odoberie čas procesora.
2. Preemptívny multitasking – Operačný systém sám rozhoduje, ktorý proces bude vykonávať a kedy sa procesy prestriedajú.

Multithreading

Multithreading umožňuje rozdelenie jedného procesu na viacero menších „vlákien“, ktoré môžu bežať paralelne. Tento prístup znižuje nároky na systémové prostriedky a zlepšuje efektivitu.

Multiprocessing

Multiprocessing umožňuje systému využívať viacero procesorov. Existujú dva hlavné typy:

• Symetrické multiprocessing (SMP) – Všetky procesory majú rovnaké práva.
• Asymetrické multiprocessing (AMP) – Jeden procesor je dominantný, ostatné procesory sú pod jeho riadením.

Systém súborov

Operačný systém musí spravovať súbory a adresáre, zabezpečiť ich správne uloženie a prístup. Používa rôzne súborové systémy, ako sú FAT, NTFS a ďalšie, ktoré určujú spôsob organizácie súborov na disku.

Správa vstupno/výstupných zariadení

OS zabezpečuje správu periférnych zariadení (tlačiarne, klávesnice, myši a pod.) a rozhrania medzi aplikáciami a hardvérom. Dôležitou úlohou je zabezpečiť efektívne prideľovanie zariadení medzi jednotlivé procesy a monitorovanie ich stavu.

Užívateľské rozhranie

Operačný systém poskytuje užívateľské rozhranie, ktoré umožňuje užívateľovi komunikovať so systémom. Existujú dva základné typy rozhraní:

• Riadkový príkazový riadok (CLI) – Príkazy sú zadávané textovo.
• Grafické užívateľské rozhranie (GUI) – Užívatelia komunikujú so systémom pomocou grafických prvkov, ako sú ikony a okná.

Bezpečnosť operačného systému

Operačný systém musí zabezpečiť ochranu pred vonkajšími útokmi a chybami spôsobenými procesmi. Dôležitými aspektmi bezpečnosti sú:

• Interná bezpečnosť – Ochrana proti poruchám spôsobeným procesmi a zlyhaniami systému.
• Externá bezpečnosť – Ochrana proti útokom z vonkajších zdrojov, ako sú vírusy a malware.

Plug and Play (PnP)

Technológia Plug and Play umožňuje automatickú detekciu a konfiguráciu zariadení pripojených k počítaču bez potreby manuálnej inštalácie ovládačov. Tento proces je riadený správcom konfigurácie operačného systému a BIOS-u.