Tato stránka je zamčena pro neregistrované a nové uživatele

Operační systém

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání

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.

Příklady operačních systému

Operační systém Unix a systémy založené na Unix

Více na: Unix

Unix byl původně napsán v nízko úrovňovém jazyce. Ken Thompson napsal programovací jazyk B, založený především na BCPL, na základě svých zkušeností s projektem MULTICS. Programovací jazyk B byl nahrazen programovacím jazykem C a Unixem, přepsaný v C,a tím se dostal do rodiny vzájemně propojených operačních systémů, které měly vliv na každý moderní operační systém.

Rodina Unix je rozsáhlá skupina operačních systémů s několika hlavními podskupinami, například systémem Unix V, BSD či Linuxem. Název "UNIX" je vlajková loď společnosti The Open Group, která licencuje použití v ​​jakémkoliv operačním systému, který byl prokázán, že vyhovuje jejich distribuci. "UNIX-like" se běžně používá k označení velké sady operačních systémů, které se podobají původnímu systému UNIX. Systémy typu Unix běží na široké škále počítačových architektur. Je často používaná pro servery při podnikání, stejně jako počítače v akademickém a technickém prostředí. Bezplatné varianty systému UNIX, jako Linux a BSD jsou díky tomu poměrně hodně oblíbené.

Čtyři z operačních systémů jsou certifikovány společností Open Group jako Unix. Systémy firem HP HP-UX a IBM AIX vychází z původního Unix V a jsou navrženy tak, aby fungovaly pouze na hardwaru jejich dodavatele. Naproti tomu Solaris společnosti Sun Microsystems může pracovat na různých typech hardwaru, včetně serverů x86 a Sparc, a počítačů. Další varianta systému, Apple MacOS, nahrazující starší Apple (non-Unix) Mac OS, je hybridní jádro, založené na BSD s variantou odvozenou z NeXTSTEP, Mach a FreeBSD. Unixová interoperabilita byla vyhledávána v závislosti na zavedení standardu POSIX. Standard POSIX lze aplikovat na libovolný operační systém, i když byl původně vytvořen pro různé varianty Unixu.

BSD a jeho distribuce

Více na: BSD

První server pro World Wide Web běžel na platformě NeXTSTEP založené na BSD.

Podskupina Unix je spojena s Berkeley Software Distribution (BSD), která zahrnuje FreeBSD, NetBSD a OpenBSD. Tyto operační systémy se nejčastěji nacházejí na webových serverech, ačkoli mohou fungovat také jako počítače. Internet je z velké části postaven na BSD, protože mnoho protokolů běžně používaných počítači pro připojení, odesílání a přijímání dat přes síť bylo z velké části rozvinuto v BSD. Světová síť byla také poprvé demonstrována na řadě počítačů s operačním systémem založeným na BSD nazvaném NeXTSTEP.

V roce 1974 Kalifornská univerzita v Berkeley nainstalovala svůj první Unix systém. V průběhu času studenti a zaměstnanci v oddělení informatiky začali přidávat nové programy, které usnadňují práci, jako jsou textové editory. Když univerzita Berkeley obdržela v roce 1978 nové počítače VAX s instalovaným Unixem, vysokoškolští studenti modifikovali Unix ještě víc, aby využili možnosti hardwaru počítače. Agentura pro obranné výzkumy ministerstva obrany v USA se rozhodla tento projekt financovat. Mnoho škol, korporací a vládních organizací si této skutečnosti všimlo a začalo používat verzi Berkeley Unix místo oficiální verze distribuované společností AT&T.

Steve Jobs, po opuštění společnosti Apple Inc. v roce 1985, vytvořil společnost NeXT, která vyráběla špičkové počítače běžící na BSD s názvem NeXTSTEP. Jeden z těchto počítačů používal Tim Berners-Lee jako první webový server k vytvoření World Wide Web.

Vývojáři, například Keith Bostic, posunuli projekt k tomu, aby nahradil non-free code, který pochází z Bell Labs. Ihned po dokončení, AT&T žaloval. Po dvou letech soudních sporů vznikl projekt BSD s řadou bezplatných rozšíření, jako jsou NetBSD a FreeBSD (v roce 1993), a OpenBSD (od NetBSD v roce 1995).

MacOS

Více na: MacOS

MacOS (dříve "Mac OS X" a později "OS X") je řada otevřených grafických operačních systémů vyvinutých firmou Apple, nejnovější z nich je na všech počítačích Macintosh. MacOS je nástupcem původního klasického Mac OS, který byl primárním operačním systémem Applu od roku 1984. Na rozdíl od svého předchůdce, MacOS je operační systém UNIX postaven na technologii, která byla vyvinuta pro NeXT. Společnost Apple koupila firmu počátkem roku 1997. Operační systém byl poprvé vydán v roce 1999 jako Mac OS X Server 1.0, následovaný v březnu 2001 klientskou verzí (Mac OS X v10.0 "Cheetah"). Od té doby bylo vydáno šest dalších "klientských" a "serverových" edic MacOS, dokud nebyly tyto dva sloučeny v systému OS X 10.7 "Lion".

Před spojením s macOS byla serverová edice - macOS Server - architektonicky identická se svým uživatelským protějškem a obvykle běžela na počítačích Apple Macintosh. Server macOS zahrnoval nástroje pro správu a nastavení práv pro skupiny, které poskytují zjednodušený přístup ke klíčovým síťovým službám, včetně přenosu pošty, serveru Samba, serveru LDAP a dalších. S operačním systémem Mac OS X v10.7 Lion byly všechny aspekty serveru Mac OS X Server integrovány do verze klienta a produkt byl přeznačen jako "OS X". Serverové nástroje jsou nyní nabízeny jako aplikace.

Linux

Více na: Linux

Linuxové jádro vzniklo v roce 1991 jako projekt Linuse Torvaldse, zatímco studoval ve Finsku. Informace o svém projektu zveřejnil v diskuzní skupině pro studenty a programátory a získal podporu a pomoc od dobrovolníků, kterým se podařilo vytvořit kompletní a funkční jádro.

Linux je založen na Unixu, ale byl vyvinut bez použití jakéhokoliv unixového kódu, na rozdíl od BSD a jeho variant. Vzhledem k otevřenému licenčnímu modelu je kód jádra Linuxu k dispozici pro studium a modifikaci, což vedlo k jeho použití na širokém spektru zařízení od superpočítačů až po chytré hodinky (smart watch). Ačkoli odhady naznačují, že Linux je používán pouze na 1,82% všech počítačů, byl široce přijat pro použití na serverech, na mobilních telefonech a dalších zařízeních. Linux nahradil Unix na mnoha platformách a používá se na většině superpočítačů. Linux je běžně používán i na jiných malých energeticky úsporných zařízeních, jako jsou smartphony a chytré hodinky (smart watch). Linuxové jádro se používá v některých populárních distribucích, jako jsou Red Hat, Debian, Ubuntu, Linux Mint, Android a Chrome OS.

Microsoft Windows

Více na: Microsoft Windows

Microsoft Windows je součástí proprietárních operačních systémů navržených společností Microsoft a primárně zaměřených na počítače založené na architektuře Intel s odhadovaným podílem na celkovém počtu zařízení 88,9%. Nejnovější verze Windows je Windows 10.

V roce 2011 Windows 7 překonal Windows XP coby nejpoužívanější verzi OS.

Microsoft Windows byl poprvé vydán v roce 1985 jako operační prostředí běžící na MS-DOS, což byl standardní operační systém používaný na většině osobních počítačů architektury Intel v té době. V roce 1995 byl vydán Windows 95, který používal pouze systém MS-DOS jako bootstrap. Windows ME, vydaný v roce 2000, byl poslední distribucí používající Win9x. Pozdější verze byly založeny na jádře systému Windows NT. Aktuální verze systému Windows běží na IA-32, x86-64 a 32bitových ARM mikroprocesorech.

Serverové edice systému Windows jsou hodně rozšířené. V posledních letech společnost Microsoft vynaložila hodně peněz ve snaze podpořit používání systému Windows coby operačního systému pro servery, kde se systém Windows snaží konkurovat Linuxu a BSD. Použití systému Windows na serverech však není tak rozšířené jako u klasických PC.

ReactOS je alternativní operační systém Windows, který je vyvíjen na principu Windows - bez použití kódu společnosti Microsoft.

Jiné

V tomto směru bylo vytvořeno mnoho operačních systémů, které nejsou tak známé, jako například AmigaOS, OS/2 od firem IBM a Microsoft, klasický Mac OS, non-Unix odvozený od Apple MacOS, BeOS, XTS-300, RISC OS, MorphOS, Haiku, BareMetal a FreeMint. Některé jsou stále používány a nadále se vyvíjejí jako menší platformy pro komunity nadšenců a pro specializované aplikace. OpenVMS, dříve od DEC, je vyvíjen stále aktivní společností Hewlett-Packard. Jiné operační systémy se používají téměř jedině v akademické sféře, pro výuku operačních systémů nebo pro výzkum konceptů operačních systémů. Typickým příkladem systému, který splňuje obě role, je MINIX, zatímco například Singularity se používá výhradně pro výzkum. Dalším příkladem je systém Oberon navržený v ETH Zürich Niklaus Wirth, Jürgem Gutknechtem a skupinou studentů bývalého Computer Systems Institute, který byl používán hlavně pro výzkum, výuku a každodenní práci ve Wirthově skupině.

Jiné operační systémy nedokázaly získat významný podíl na trhu, ale zavedly inovace, které ovlivnily dnešní operační systémy.

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