Tato stránka je zamčena pro neregistrované a nové uživatele

Operační systém

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Vztah mezi operačním systémem, hardwarem, aplikačním softwarem a uživatelem

Operační systém je v informatice označení pro základní programové vybavení počítače (tj. software), které je zavedeno do paměti počítače při jeho startu a zůstává v činnosti až do jeho vypnutí. Skládá se z jádra (kernel) a pomocných systémových nástrojů. Hlavním úkolem operačního systému je zajistit uživateli možnost ovládat počítač, vytvořit pro procesy aplikační rozhraní (API) a přidělovat jim systémové zdroje (procesor, paměť, přístup k souborům atd). Jeho vývoj je náročný na bezchybnost a efektivitu. Nachází na mnoha zařízeních, která obsahují „počítač“ a provádějí různé úkoly najednou, například mobilní telefon, herní konzole, server. Mezi nejznámější zástupce patří Microsoft Windows, Linux, macOS.

Historie

První počítače operační systém neměly. Zárodky operačních systémů lze vysledovat v knihovnách pro obsluhu vstupních a výstupních zařízení. Na počátku 60. let 20. století výrobci počítačů dodávali propracované nástroje pro řízení dávkového zpracování spouštěných programů. První operační systémy byly dodávány k sálovým počítačům (mainframe). V roce 1967 byl firmou IBM vydán operační systém MFT, který podporoval v omezené míře multitasking. Návrh a vývoj operačního systému Multics (1964) vycházel z myšlenky dodávky výpočetního výkonu podobným způsobem, jako jsou realizovány dodávky elektřiny, plynu nebo vody. Multics přinesl řadu nových myšlenek a stal se inspirací pro vytvoření operačního systému Unix, který je používán dodnes, a který se dále stal inspirací pro pozdější systémy (CP/M, DOS, Microsoft Windows, macOS, Linux atd.).

Typy operačních systémů

Neexistuje univerzální operační systém, který by mohl splnit všechny požadavky, protože mnoho z požadavků je protichůdných. U některých zařízení je dokonce operační systém nežádoucí (např. řízení kávovaru, některé vestavěné systémy).

Desktop

Desktop je počítač sloužící uživateli na stole. Patří mezi ně osobní počítače (PC, Mac Pro, notebooky). Cílem systému je nabídnout jednoduchost, univerzálnost, práci s mnoha aplikacemi. Mezi nejznámější operační systémy pro desktopové počítače patří Microsoft Windows, MacOS od firmy Apple, Linux.

Mobilní zařízení

Mobilní zařízení jsou konstruována jako přenosné počítače. Cílem systému pro mobilní zařízení je snadnost obsluhy v terénu (z ruky), úspora energie akumulátoru, univerzálnost: telefonování, e-mail, Internet, sociální sítě, specializované aplikace (bankovní, navigační), bezpečnost (v případě krádeže, útoku) atd. Mobilních zařízení je na světě už více než klasických desktopových počítačů a dále se jejich počet zvyšuje. Tím vzrůstá důležitost systémů pro takové počítače, mezi které patří Android a iOS.

Servery

Servery obsluhují uživatele Internetu a provádějí složité výpočty. Cílem systému je nabídnout vysoký výpočetní výkon, snadnou údržbu, odolnost proti počítačovým útokům, možnost úpravy systému, škálování. Mezi nejpoužívanější systémy patří Linux a servery z řady Windows NT.

Řízení v reálném čase

Pro řízení chodu některých strojů (např. motor automobilu) jsou používány počítače, jejichž cílem je co nejrychlejší reakce na probíhající události. Jsou pro ně vyvíjeny speciální operační systémy reálného času. Do této kategorie by mohly patřit i systémy řídící virtuální realitu.

Bezpečnost

Pro počítačové systémy, na které jsou kladeny vysoké bezpečnostní požadavky, existují speciální operační systémy. Obvykle jsou založeny na mikrojádře.

Funkce operačního systému

Operační systém plní tři základní funkce: ovládání počítače, abstrakce hardware a správa prostředků.

Ovládání počítače

Při definici operačního systému se obvykle omezuje ovládání počítače na schopnost spustit program, předat mu vstupní data a umožnit výstup výsledků na výstupní zařízení. Někdy je však pojem operační systém rozšířen i na grafické uživatelské rozhraní, což může být z důvodů marketingových, ale i problému nejasné hranice mezi operačním systémem a aplikacemi.

U systémů, které disponují jediným grafickým rozhraním (Microsoft Windows, Symbian OS, …) je často grafické rozhraní zahrnováno do operačního systému. U systémů, kde je uživatelské rozhraní možné vytvořit několika nezávislými způsoby nebo různými aplikacemi, je běžné nepovažovat ho za součást systému (unixové systémy).

Abstrakce hardware

Operační systém skrývá detaily ovládání jednotlivých zařízení v počítači (tzv. hardware) a definuje standardní rozhraní pro volání systémových služeb[1] tak, že vytváří abstraktní vrstvu s jednoduchými funkcemi (tzv. API), které využívají programátoři aplikací. Tím nejen zjednodušuje programátorům vytváření programů, ale umožňuje programům pracovat i se zařízeními, které v době vzniku programu neexistovaly (například z hlediska programátora není rozdíl mezi otevřením souboru na pevném disku, CD, DVD, flash, síťovém disku nebo Blu-ray). Někdy je uvnitř operačního systému vytvářena podobná abstraktní mezivrstva, která usnadňuje programování ovladačů jednotlivých zařízení (tzv. HAL, anglicky Hardware Abstraction Layer).

Správa prostředků

Operační systém přiděluje spuštěným programům systémové prostředky (operační paměť, procesor, pevný disk, vstupně-výstupní zařízení). V případě potřeby může operační systém procesům přidělené prostředky násilně odebrat (preempce). Operační systém využívá schopnosti procesoru k ochraně sebe samého, ale i k oddělení pracovního prostoru jednotlivých procesů.

Stavba operačního systému

Operační systém se skládá z jádra (též označovaného jako kernel) a pomocných systémových nástrojů.

Jádro je základním kamenem operačního systému. Zavádí se do operační paměti počítače při startu a zůstává v činnosti po celou dobu běhu operačního systému. Jádro může být naprogramováno různými způsoby a podle toho rozeznáváme:

  • monolitické jádro – jádro je jedním funkčním celkem
  • mikrojádro – jádro je velmi malé a všechny oddělitelné části pracují samostatně jako běžné procesy
  • hybridní jádro – kombinuje vlastnosti monolitického jádra i mikrojádra
Související informace naleznete také v článku Kernel.

Grafické uživatelské rozhraní

Dnes již většina moderních operačních systémů obsahuje grafické uživatelské rozhraní. V některých systémech je přímo integrované v jádru systému – například v původní implementaci MS Windows a Mac OS byl grafický podsystém ve skutečnosti částí jádra. Jiné operační systémy, jak starší, tak novější, jsou modulární – oddělují grafický podsystém od jádra a operačního systému. Již v roce 1980 existovaly systémy UNIX, VMS a mnoho jiných, které byly vybudovány právě tímto způsobem. Dnes na tomto principu funguje také Linux a macOS.

Mnoho OS umožňuje uživateli nainstalovat nebo vytvořit grafické rozhraní podle jeho požadavků. X Window System, ve spojení s GNOME nebo KDE, je běžně dostupný pro většinu UN*Xových systémů. Mnohá na Unixu založená grafická uživatelská rozhraní existují již delší dobu, většinou jsou zděděná od X11. Soutěžení mezi různými prodejci Unixu (HP, IBM, Sun) vedlo k mnoha rozdílům, což způsobilo selhání snahy o standardizaci podle COSE a CDE v 90. letech 20. století.

Grafická uživatelská rozhraní se postupem času vyvíjejí. Například Windows modifikuje své GUI vždy, když je vydána nová verze, a rozhraní Mac OS bylo dramaticky změněno s příchodem Mac OS X v roce 1999.

Vymezení operačního systému

Do operačního systému obvykle zahrnujeme i základní systémové nástroje, které slouží ke správě počítače (formátování disků, kontrola integrity souborového systému, nastavení systémového času a podobně). Některé doplňující aplikace se však těmto nástrojům velmi blíží nebo je dokonce nahrazují (například součástí Microsoft Windows není diagnostika pevných disků, detailní nástroj na sledování procesů a dalších interních pochodů v systému apod.), a proto není vždy možné systémové nástroje a aplikace jednoznačně rozlišit.

Aplikace a jádro operačního systému můžeme rozlišit podle výše uvedených základních funkcí operačního systému nebo podle toho, jestli je daný spuštěný proces zpracováván v uživatelském nebo jaderném režimu (viz privilegovaný režim).

U operačních systémů s monolitickým jádrem (např. unixové systémy) je jasná hranice mezi systémovým voláním, knihovnami a procesy. Například souborový systém je u nich typická součást operačního systému. Naopak systémy s mikrojádrem (např. systémy Windows NT) tuto hranici jasnou nemají, protože výše zmíněná obsluha souborového systému je zde realizována jako samostatný proces v uživatelském prostoru (tzv. serverem).

Windows API slučuje systémová volání, ovládání uživatelského rozhraní i různé knihovní funkce, takže je obtížné rozpoznat, co je knihovní funkce a co je obdoba systémového volání monolitického jádra.

Vlastní uživatelské rozhraní počítače (příkazový řádek, textové nebo grafické) není obvykle do operačního systému zahrnováno. Nicméně je možné kvůli zvýšení výkonu některé typicky aplikační úkoly přenést do jádra operačního systému (například webový server, grafické uživatelské rozhraní, akcelerované funkce grafických karet apod.).

Tržní podíl operačních systémů na stolních počítačích

Operační systém 2009[2] 2010[3] 2011[4] 2012[5] 2013[6] 2014[7] 2015[8] 2016[9] 2017[10]
Windows 94,05 % 93,73 % 93,06 % 92,02 % 91,34 % 91,27 % 91,06 % 90,41 % 91,6 %
macOS 4,91 % 5,25 % 5,87 % 6,81 % 7,27 % 7,17 % 7,36 % 7,58 % 6,26 %
Linux 1,01 % 1,00 % 1,06 % 1,16 % 1,38 % 1,55 % 1,57 % 2,00 % 2,15 %
Ostatní 0,03 % 0,03 % 0,00 % 0,00 % 0,00 % 0,00 % 0,00 % 0,00 % 0,00 %

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Operating system na anglické Wikipedii.

  1. KOLÁŘ, Petr. Operační systémy [online]. Liberec: 2005-02-01 [cit. 2008-09-07]. Dostupné online. 
  2. [1]
  3. [2]
  4. [3]
  5. [4]
  6. [5]
  7. [7 http://www.netmarketshare.com/report.aspx?qprid=8&qptimeframe=Y&qpsp=2014&qpch=350&qpmr=100&qpdt=1&qpct=3&qpcustomd=0&qpcid=fw795&qpf=1]
  8. [8 http://www.netmarketshare.com/report.aspx?qprid=8&qptimeframe=Y&qpsp=2015&qpch=350&qpmr=100&qpdt=1&qpct=3&qpcustomd=0&qpcid=fw795&qpf=1]
  9. Market share for mobile, browsers, operating systems and search engines | NetMarketShare. www.netmarketshare.com [online]. [cit. 2017-07-30]. Dostupné online. 
  10. Market share for mobile, browsers, operating systems and search engines | NetMarketShare. www.netmarketshare.com [online]. [cit. 2017-07-30]. Dostupné online. 

Související články