Kromě počítačů používají operační systém i některá zařízení, která za počítač nepovažujeme, ale mají v sobě nějaký druh počítačezabudovaný, jako jsoumobilní telefony,herní konzole,televizory,set top boxy, síťové prvky jakoroutery, apod. Použití operačního systému v určitém zařízení usnadňujevývoj programového vybavení, a zpřístupňuje jeho vývoj i jiným subjektům než je výrobce zařízení, což obvykle přináší významné rozšíření možností uživatelského nastavení, přizpůsobení a použitelnosti daného zařízení.
Dominantním univerzálním operačním systémem pro osobní počítače je Microsoft Windows s tržním podílem kolem 74,99 %. MacOS odApple Inc. je na druhém místě (14,84 %) a distribuce Linux jsou souhrnně na třetím místě (2,81 %). V mobilním sektoru (včetně chytrých telefonů a tabletů) činil podíl Androidu v roce 2022 76 %. Podle údajů ze třetího čtvrtletí 2023 převládá podíl Androidu na chytrých telefonech s 81 procenty, následuje iOS od Applu s 16 procenty a HarmonyOS se 3 procenty.[1]
Distribuce Linuxu jsou dominantní v odvětví serverů a superpočítačů. Další specializované třídy operačních systémů (speciální operační systémy), jako jsou vestavěné a real-time systémy, existují pro mnoho aplikací. Existují také operační systémy zaměřené na bezpečnost. Některé operační systémy mají nízké systémové požadavky (např. odlehčené linuxové distribuce). Jiné mohou mít vyšší nároky na systém.
Operační systém používají prakticky všechny současné počítače a mobilní zařízení a stále se rozšiřující část spotřební elektronicky a dalších zařízení.
Mnoho elektrických a elektronických zařízení je v současné době řízeno mikroprocesorem. Jednodušší zařízení s mikroprocesorem ale s omezenými prostředky bývají řízena zabudovaným jednoúčelovým programem, který vytvořil jejich výrobce, a jejich funkčnost je omezena tímto programem. Některá zařízení umožňují alespoň provádět aktualizace zabudovaného programu.
Pokud je zařízení vybaveno operačním systémem a umožňuje instalovat dodatečné programové vybavení, možnosti přizpůsobení a rozšiřování jeho funkcí se výrazně zvyšují.
Operační systém vytváří prostředí pro běh programů a zároveň prostředí pro komunikaci s uživatelem. Přitom plní především následující funkce:
poskytuje funkce pro ovládání hardwaru – funkce závislé na hardware jsou realizovány pouze jednou v operačním systému
vytváříaplikační rozhraní pro programování (API) – poskytuje služby uživatelským programům, čímž se usnadňuje jejich vývoj a zmenšuje se jejich velikost při stejné funkčnosti[2][3]
poskytujeuživatelské rozhraní (UI) umožňující uživateli komunikaci s počítačem nebo jiným zařízením a jeho ovládání[4]
spravuje prostředky počítačového systému (procesor,paměť, přístup k souborům, atd.) a zajišťuje jejich přidělování a ochranu před neoprávněným použitím[5][6]
Operační systém bývá zpravidla uložen ve formě programů a dalších souborů vevnější paměti, odkud se načítá přistartu počítače nebo při zapnutí zařízení; u některých zařízení může být alespoň zčásti uložen vnevolatilní částivnitřní paměti (která se při vypnutí napájení nevymaže).[7] Operační systém lze rozdělit na několik částí (toto členění se může u různých autorů lišit a bývá ovlivněno i konkrétním operačním systémem):
vizuální prostředky jakofonty, tvary kurzorů, ikony, dialogy, a další datové součásti operačního systému jako konverzní tabulky, popisy terminálů, apod.
Součástí některých verzíUnixu a mnoha distribucí Linuxu jsou interprety různýchprogramovacích jazyků, případně i rozsáhlé vybavení pro vývoj softwaru. Některé ovladače zařízení mohou být dodávány se zařízením, a proto nejsou považovány za součást operačního systému. Operační systémy mohou v různé míře využívat programové vybavení umístěné pevné paměti počítače, které se u osobních počítačů nazýváROMBIOS.
Na počítači může být nainstalováno více operačních systémů. Pak se buď při startu počítače provádí výběr, který operační systém se má spustit, nebo je možné spustit v jednom systému jeden nebo více virtuálních strojů a v každém spustit zvolený operační systém.[10]
První počítače operační systém neměly. Zárodky operačních systémů lze vysledovat v knihovnách pro obsluhuvstupních a výstupních zařízení. Na počátku 60. let 20. století výrobci počítačů dodávali propracované nástroje pro řízenídávkového zpracování spouštěnýchprogramů. První operační systémy byly dodávány k sálovým počítačům (mainframe). V roce1967 byl firmouIBM vydán operační systémMFT, který podporoval v omezené mířemultitasking. Návrh a vývoj operačního systémuMultics (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 systémuUnix, který je používán dodnes, a který se dále stal inspirací pro pozdější systémy (CP/M,DOS,Microsoft Windows,macOS,Linux atd.).
Operačnísystém podstatou své činnosti patří do kategorie systémů hromadné obsluhy. Vyskytují se v něm dva základní typy entit, jedny poskytují služby, druhé ony služby potřebují. Vlivem konečné kapacity poskytovatelů služeb mohou někteří žadatelé o službu čekat, až bude příslušný poskytovatel volný, a tak schopný službu poskytnout. Vnikají tak fronty žadatelů o služby. Existují různé strategie vyřizování požadavků, používající pevné, či proměnné priority poskytování služeb žadatelům, různé strategie výběru žadatelů z front atp. V operačních systémech jsou žadateli o služby procesy (programy), poskytovateli služeb jsou vykonavatelé umožňující proces zpracovat, jako procesory, paměti, periférie, atd. Podrobněji např.[11]
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, některévestavěné systémy).
Mobilní zařízení jsou konstruována jako přenosné počítače. Cílem systému pro mobilní zařízení je snadnost obsluhy v terénu (z ruky), úspora energieakumulátoru, 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 patříAndroid,iOS, čiHarmonyOS.
Servery obsluhují uživatele Internetu a provádějí složité výpočty. Cílem systému je nabídnout vysoký výpočetní výkon, snadnou údržbu, odolnost protipočítačovým útokům, možnost úpravy systému, škálování. Mezi nejpoužívanější systémy patříLinux a servery z řadyWindows NT.
Pro řízení chodu některých strojů (např. motorautomobilu) jsou používány počítače, jejichž cílem je co nejrychlejší reakce na probíhající události. Jsou pro ně vyvíjeny speciálníoperační systémy reálného času. Do této kategorie by mohly patřit i systémy řídícívirtuální realitu.
Při definici operačního systému se obvykle omezuje ovládání počítače na schopnost spustit program, předat muvstupní data a umožnit výstup výsledků navýstupní zařízení. Někdy je však pojemoperační systém rozšířen i nagrafické uživatelské rozhraní, což může být z důvodůmarketingových, 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).
Operační systém skrývá detaily ovládání jednotlivých zařízení v počítači (tzv.hardware) a definuje standardní rozhraní pro volání systémových služeb[12] tak, že vytváří abstraktní vrstvu s jednoduchýmifunkcemi (tzv.API), které využívají programátořiaplikací. Tím nejen zjednodušujeprogramátorům 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 neboBlu-ray). Někdy je uvnitř operačního systému vytvářena podobná abstraktní mezivrstva, která usnadňuje programování ovladačů jednotlivých zařízení (tzv.HAL,anglickyHardware Abstraction Layer).
Operační systém přiděluje spuštěným procesům 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 jednotlivýchprocesů.
RodinaUnix je rozsáhlá skupina operačních systémů s několika hlavními podskupinami, napříkladsystémem Unix V,BSD čiLinuxem. Název „UNIX“ je vlajková loď společnostiThe 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 systémuUNIX. Systémy typuUnix běží na široké škálepočítačových architektur. Je často používaná proservery při podnikání, stejně jakopočítače v akademickém a technickém prostředí. Bezplatné varianty systémuUNIX, jakoLinux aBSD jsou díky tomu poměrně hodně oblíbené.
Čtyři z operačních systémů jsou certifikovány společnostíOpen Group jakoUnix. Systémy firem HPHP-UX aIBMAIX vychází z původníhoUnix V a jsou navrženy tak, aby fungovaly pouze nahardwaru jejich dodavatele. Naproti tomuSolaris společnostiSun Microsystems může pracovat na různých typechhardwaru, včetněserverůx86 aSparc, apočítačů. Další varianta systému,AppleMacOS, nahrazující staršíApple (non-Unix) Mac OS, je hybridní jádro, založené naBSD s variantou odvozenou zNeXTSTEP, Mach aFreeBSD. Unixová interoperabilita byla vyhledávána v závislosti na zavedení standarduPOSIX. StandardPOSIX lze aplikovat na libovolný operační systém, i když byl původně vytvořen pro různé variantyUnixu.
PodskupinaUnix je spojena sBerkeley Software Distribution (BSD), která zahrnujeFreeBSD,NetBSD aOpenBSD. Tyto operační systémy se nejčastěji nacházejí nawebových serverech, ačkoli mohou fungovat také jakopočítače. Internet je z velké části postaven naBSD, protože mnoho protokolů běžně používanýchpočítači pro připojení, odesílání a přijímání dat přessíť bylo z velké části rozvinuto vBSD. Světovásíť byla také poprvé demonstrována na řaděpočítačů s operačním systémem založeným naBSD nazvanémNeXTSTEP.
V roce 1974Kalifornská univerzita v Berkeley nainstalovala svůj prvníUnix systém. V průběhu času studenti a zaměstnanci v odděleníinformatiky začali přidávat novéprogramy, které usnadňují práci, jako jsoutextové editory. Kdyžuniverzita Berkeley obdržela v roce 1978 nové počítačeVAX s instalovanýmUnixem, vysokoškolští studenti modifikovaliUnix ještě víc, aby využili možnostihardwaru 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 verziBerkeley Unix místo oficiální verze distribuované společnostíAT&T.
Vývojáři, například Keith Bostic, posunuli projekt k tomu, aby nahradilnon-free code, který pochází zBell Labs. Ihned po dokončení,AT&T žaloval. Po dvou letech soudních sporů vznikl projekt BSD s řadou bezplatných rozšíření, jako jsouNetBSD aFreeBSD (v roce 1993), aOpenBSD (odNetBSD v roce 1995).
MacOS (dříve „Mac OS X“ a později „OS X“) je řada otevřených grafických operačních systémů vyvinutých firmouApple, nejnovější z nich je na všech počítačíchMacintosh.MacOS je nástupcem původního klasickéhoMac OS, který byl primárním operačním systémemApplu od roku 1984. Na rozdíl od svého předchůdce,MacOS je operační systémUNIX postaven na technologii, která byla vyvinuta proNeXT.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“ edicMacOS, dokud nebyly tyto dva sloučeny v systému OS X 10.7 „Lion“.
Před spojením smacOS byla serverová edice – macOS Server – architektonicky identická se svým uživatelským protějškem a obvykle běžela na počítačíchApple Macintosh. Server macOS zahrnoval nástroje pro správu a nastavení práv pro skupiny, které poskytují zjednodušený přístup ke klíčovým síťovým službám, včetně přenosu pošty, serveruSamba, serveruLDAP 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.
Podrobnější informace naleznete v článku Linux (jádro).
Linuxové jádro vzniklo v roce 1991 jako projektLinuse Torvaldse, zatímco studoval veFinsku. 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 naUnixu, ale byl vyvinut bez použití jakéhokoliv unixového kódu, na rozdíl odBSD a jeho variant. Vzhledem k otevřenému licenčnímu modelu je kód jádraLinuxu k dispozici pro studium a modifikaci, což vedlo k jeho použití na širokém spektru zařízení odsuperpočítačů až pochytré hodinky (smart watch). Ačkoli odhady naznačují, žeLinux je používán pouze na 1,82 % všechpočítačů, byl široce přijat pro použití na serverech, na mobilních telefonech a dalších zařízeních.Linux nahradilUnix na mnoha platformách a používá se na většiněsuperpočítačů. Linux je běžně používán i na jiných malých energeticky úsporných zařízeních, jako jsousmartphony achytré hodinky (smart watch).Linuxové jádro se používá v některých populárních distribucích, jako jsouRed Hat,Debian,Ubuntu,Linux Mint,Android,HarmonyOS,HyperOS aChrome OS.
Microsoft Windows byl poprvé vydán v roce 1985 jako operační prostředí běžící naMS-DOS, což byl standardní operační systém používaný na většině osobních počítačů architektury Intel v té době. V roce 1995 byl vydánWindows 95, který používal pouze systém MS-DOS jakobootstrap.Windows ME, vydaný v roce 2000, byl poslední distribucí používající Win9x. Pozdější verze byly založeny na jádře systémuWindows NT. Aktuální verze systému Windows běží naIA-32,x86-64 a 32bitových ARMmikroprocesorech.
Serverové edice systémuWindows jsou hodně rozšířené. V posledních letech společnostMicrosoft vynaložila hodně peněz ve snaze podpořit používání systémuWindows coby operačního systému pro servery, kde sesystém Windows snaží konkurovatLinuxu aBSD. Použití systémuWindows naserverech však není tak rozšířené jako u klasických PC.
ReactOS je alternativní operační systémWindows, který je vyvíjen na principuWindows – bez použití kódu společnostiMicrosoft.
V tomto směru bylo vytvořeno mnoho operačních systémů, které nejsou tak známé, jako napříkladAmigaOS,OS/2 od firemIBM aMicrosoft, klasickýMac OS, non-Unix odvozený odApple MacOS,BeOS,XTS-300,RISC OS,MorphOS,Haiku,BareMetal aFreeMint. Některé jsou stále používány a nadále se vyvíjejí jako menší platformy pro komunity nadšenců a pro specializované aplikace.OpenVMS, dříve odDEC, je vyvíjen stále aktivní společnostíHewlett-Packard. U počítačů řady SMEP byl používán operační systém Diams, jehož programovací jazyk MUMPS mj. vytvářel a obsluhoval databázi se stromovou strukturou.
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, jeMINIX, zatímco například Singularity se používá výhradně pro výzkum. Dalším příkladem je systémOberon 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.
Komponenty operačního systému slouží k tomu, aby různé části počítače spolupracovaly. Veškerý uživatelský software musí procházet operačním systémem, aby mohl používat hardware, ať už je jednoduchý jako myš nebo klávesnice, nebo je tak složitý jako internetové komponenty.
S pomocí ovladačůfirmwaru a zařízení, poskytuje jádro nejzákladnější úroveň kontroly všech hardwarových zařízení počítače. Spravuje přístup k paměti pro programy v pamětiRAM, určuje, které programy získají přístup ke zdrojům hardwaru, nastavuje nebo obnovuje provozní stavy procesoru pro optimální provoz a organizuje data pro dlouhodobé, energeticky nezávislé, ukládání dat sesystémy souborů na takových médiích, jako jsou disky, pásky, flash paměť atd.
Operační systém poskytuje rozhraní mezi aplikačním programem a počítačovým hardwarem, takže aplikační program může komunikovat s hardwarem pouze dodržováním pravidel a postupů naprogramovaných v operačním systému. Operační systém je také soubor služeb, které zjednodušují vývoj a spouštění programů. Spuštění programu zahrnuje vytvoření procesujádrem operačního systému, které přiřazuje paměťový prostor a další zdroje, stanoví prioritu procesu ve víceúlohových systémech, načte programový binární kód do paměti a spustí provádění programu, který pak spolupracuje s uživatelem a hardwarovými zařízeními.
Podrobnější informace naleznete v článku Přerušení.
Přerušení jsou pro operační systémy klíčová, neboť poskytují efektivní způsob, jakým může operační systém komunikovat a reagovat na prostředí. Alternativa – operačním systémem „sledovat“ různé zdroje vstupů pro události (polling), které vyžadují akci – lze nalézt ve starších systémech s velmi malými stacky (50 nebo 60 bajtů), ale je neobvyklý v moderních systémech s velkými stacky. Programování založené na přerušení je přímo podporováno většinou moderních procesorů. Přerušení poskytuje počítači způsob, jak automaticky ukládat místní kontexty registru a spouštět určitý kód v reakci na události. Dokonce i velmi základní počítače podporují přerušení hardwaru a umožňují programátorovi zadat kód, který může být spuštěn, když k tomu dojde.
Při přijetí přerušení se hardware počítače automaticky pozastaví. Jakýkoli program, který je aktuálně spuštěn, uloží svůj stav a spustí počítačový kód, dříve přidružený k přerušení, to je analogické k umístění záložky v knize, jako odpověď na telefonní hovor. V moderních operačních systémech jsou přerušení zpracováványjádrem operačního systému. Přerušení mohou pocházet buď z hardwaru počítače nebo z běžícího programu.
Když hardware zařízení spustí přerušení, jádro operačního systému rozhodne, jak se s touto událostí vypořádat, obecně tím, že spustí nějaký kód zpracování. Množství spuštěného kódu závisí na prioritě přerušení (například: osoba obvykle reaguje na alarm detektoru kouře před odpovědí na telefon). Zpracování přerušení hardwaru je úloha, která je obvykle delegována na software nazývanýovladač zařízení, který může být součástí jádra operačního systému, součástí jiného programu nebo obojího. Ovladače zařízení pak mohou přenášet informace do běžícího programu různými způsoby.
Program také může spustit přerušení operačního systému. Pokud chce program například přistupovat k hardwaru, může přerušit jádro operačního systému, což způsobí, že se kontrola přenese zpět do jádra. Jádro potom zpracuje požadavek. Pokud si některý program přeje další zdroje (nebo si přeje zbavit zdrojů), jako je například paměť, spustí přerušení, aby získalo pozornost jádra.
Modernímikroprocesory (CPU nebo MPU) podporují více režimů provozu. CPU s touto schopností nabízejí alespoň dva režimy:uživatelský režim arežim supervizora. Obecně řečeno, režim supervizora umožňuje neomezený přístup ke všem prostředkům stroje včetně všech instrukcí MPU. Režim uživatelského režimu nastavuje limity pro použití instrukcí a obvykle zakazuje přímý přístup k prostředkům stroje. CPU mohou mít i jiné režimy podobné uživatelskému režimu, například virtuální režimy, které emulují starší typy procesorů, například podporu16bitových programů na 32bitovém procesoru nebo 32bitových programů na64bitovém.
Po zapnutí nebo resetování se systém spouští v režimu supervizora. Po načtení a spuštěníjádra operačního systému lze vytvořit hranici mezi režimem uživatele a režimem supervizora (také známým jako režim jádra).
Režim supervizora používá jádro pro úkoly s nízkou úrovní, které vyžadují neomezený přístup k hardwaru, jako je například kontrola přístupu k paměti a komunikace se zařízeními, jako jsou diskové jednotky a zařízení pro zobrazování videa. Uživatelský režim se naopak používá téměř pro všechno ostatní.Aplikační programy, jako jsoutextové procesory a správci databází, pracují v uživatelském režimu a mají přístup k prostředkům stroje pouze tím, že předávají ovládání jádru, což způsobí přepnutí do režimu supervizora. Přenos řízení do jádra je typicky dosažen provedením instrukce propřerušení softwaru, například u procesoru Motorola 68000instrukce TRAP. Přerušení softwaru způsobí, že se mikroprocesor přepne z uživatelského režimu do režimu supervizora a spustí provádění kódu, který umožní jádru převzít kontrolu.
V uživatelském režimu mají programy obvykle přístup k omezené sadě instrukcí mikroprocesoru a obecně nemohou provádět žádné pokyny, které by mohly potenciálně způsobit narušení provozu systému. V režimu supervizora jsou obvykle odstraněny pokyny k provádění instrukcí, což umožňuje jádru neomezený přístup ke všem prostředkům stroje.
Termín „prostředek uživatelského módu“ obecně odkazuje na jeden nebo víceregistrů CPU, které obsahují informace, které běžící program nesmí měnit. Pokusy o změnu těchto zdrojů obecně způsobí přepnutí do režimu supervizora, kde se operační systém může vypořádat s nelegální činností, o kterou se program pokoušel, například násilným ukončením („zabitím“) procesu.
Podrobnější informace naleznete v článku Správa paměti.
Kromě jiného musí býtjádro operačního systému s více programy, programem odpovědným za správu všech systémových pamětí, které jsou v současné době používány. To zajistí, že program nenaruší paměť, kterou již používá jiný program. Vzhledem k tomu, že programy sdílejí čas, každý program musí mít nezávislý přístup k paměti.
Kooperativníspráva paměti, používaná mnoha ranými operačními systémy, předpokládá, že všechny programy využívají správcepaměti jádra a nepřekračují alokovanou paměť. Tento systém správy paměti není moc používán, protože programy často obsahují chyby, které mohou způsobit, že překročí alokovanou paměť. Pokud program selže, může dojít k ovlivnění nebo přepsání používané paměti. Škodlivé programy nebo viry mohou pozměnit data v paměť jiného programu nebo mohou ovlivnit provoz samotného operačního systému.
Ochrana paměti umožňujejádru omezit přístup procesu k paměti počítače. Existují různé způsoby ochrany paměti, včetněsegmentace paměti astránkování. Všechny metody vyžadují určitou úroveň hardwarové podpory (například80286 MMU), která ve všech počítačích neexistuje.
V segmentaci a stránkování,chráněný režim registrů určuje CPU, jakou adresu paměti má běžícím programům zpřístupnit. Pokusy o přístup k jiným adresám způsobují přerušení, které způsobí, že procesor znovu vstoupí dorežimu supervizora a přesune jádro do primárního módu. Toto se nazýváporušení ochrany paměti (segmentation violation), zkráceně Seg-V, a protože je obtížné přiřadit k takové operaci smysluplný výsledek a jelikož je to obvykle známka chybného programu, jádro ukončí program, který se porušil předpisy a nahlásí chybu.
Windows verze 3.1 až ME měla jistou úroveň ochrany paměti, ale programy mohly snadno obcházet přiřazení potřebné paměti. Byla vytvořena obecná chyba ochrany, což naznačuje, že došlo k narušení segmentace. Systém i tak často spadnul.
Použití adresovánívirtuální paměti (jako je stránkování nebo segmentace) znamená, že jádro si může zvolit, jakou paměť může používat každý program v daném okamžiku, což umožňuje operačnímu systému používat stejné paměti pro více úkolů.
Pokud se program pokusí přistupovat k paměti, která není v dosavadním rozsahu dostupné paměti, ale přesto byla přidělena, je jádrem přerušen stejným způsobem, jako kdyby program překročil přidělenou paměť. (Viz část týkající se správy paměti.) Pod UNIXem se tento druh přerušení označuje jako chyba stránky.
Když jádro zjistí chybu stránky, obecně upraví rozsah virtuální paměti programu, který ji spustil, a poskytl jí přístup k požadované paměti. To dává jádru diskrétní pravomoc, kde je uložena paměť konkrétní aplikace, nebo dokonce, zda byla nebo nebyla dosud přidělena.
V moderních operačních systémech může být paměť, ke které se přistupuje méně často, dočasně uložena na disku nebo na jiném médiu, aby byl prostor dostupný pro jiné programy. Toto se nazývávýměna (swapping), protože oblast paměti může být používána více programy, a co tato paměťová oblast obsahuje, lze „swappnout“ nebo vyměnit na požádání.
„Virtuální paměť“ poskytuje programátorovi nebo uživateli pocit, že v počítači je mnohem větší množství operační paměti (RAM), než tam skutečně je.
Multitasking se týká provozování více nezávislých počítačových programů ve stejném počítači; což naznačuje, že provádí úkoly současně. Vzhledem k tomu, že většina počítačů může dělat nejvýše jednu nebo dvě věci najednou, je to obvykle prováděno prostřednictvím sdílení času, což znamená, že každý program používá ke spouštění část „času“ počítače.
Jádro operačního systému obsahujeplánovací program, který určuje, kolik času každý proces využije při provádění a v jakém pořadí budou procesy prováděny. Řízení předává proces jádru, které dovoluje programu přístup kCPU a paměti. Později je kontrola vrácena do jádra pomocí nějakého mechanismu, takže může být povoleno použít jiný program CPU. Toto tzv. Předávání kontroly mezi jádrem a aplikacemi se nazývákontextový přepínač.
Prvotní model, který řídil přidělování času na programy, se nazýval kooperativní multitasking.
Moderní operační systémy rozšiřují koncepty předběžné aplikace na ovladače zařízení a „jádrový“ kód, takže operační systém má předběžnou kontrolu nad interními run-times.
Filozofií, která řídípředběžný multitasking, je zajistit, aby všechny programy byly na CPU poskytovány řádně. To znamená, že všechny programy musí být omezeny v tom, kolik času mohou trávit na CPU bez přerušení. Za tímto účelem využívají moderní jádra operačního systému časované přerušení. Časovačchráněného režimu je nastaven jádrem, které po uplynutí nastaveného času spouští návrat do režimu superuživatele. (Viz výše uvedené části o přerušení a provozu s duálním režimem.)
Na mnoha operačních systémech pro jednotlivé uživatele je kooperativní multitasking dokonale adekvátní, protože domácí počítače obecně provozují malý počet dobře testovaných programů.AmigaOS je výjimkou, která má předběžný multitasking od své první verze.Windows NT byla první verzí systémuMicrosoft Windows, která vynucovala předběžný multitasking, ale nedosáhla na trh s domácími uživateli, dokud nevyšelWindows XP (protožeWindows NT byl zaměřen na profesionály).
Přístup k datům uloženým nadiscích je ústředním prvkem všech operačních systémů. Počítače uchovávají data nadiscích pomocísouborů, které jsou strukturovány specifickými způsoby, aby umožnily rychlejší přístup, vyšší spolehlivost a lépe využívaly dostupný prostor disku. Konkrétní způsob, jakým jsou soubory uloženy na disku, se nazývásouborový systém a umožňuje souborům mít jména a atributy. Umožňuje také ukládání do hierarchie adresářů nebo složek uspořádaných vestromovém adresáři.
Včasné operační systémy obecně podporují jeden typ diskové jednotky a jediný druh souborového systému. Systémy časných souborů byly omezeny kapacitou, rychlostí a druhy názvů souborů a adresářových struktur, které by mohly používat. Tato omezení často odrážejí omezení v operačních systémech, pro které byly navrženy, a proto je pro operační systém velmi obtížné podporovat více než jeden souborový systém.
Zatímco mnoho jednodušších operačních systémů podporuje omezený rozsah možností pro přístup k úložným systémům, operační systémy jakoUNIX aLinux podporují technologii známou jakovirtuální souborový systém nebo VFS. Operační systém, jako je UNIX, podporuje širokou škálu paměťových zařízení, bez ohledu na jejich design nebo souborové systémy, což jim umožňuje přístup prostřednictvím společného aplikačního programovacího rozhraní (API). Tím je zbytečné, aby programy měly nějaké znalosti o zařízení, ke kterému přistupují. VFS umožňuje operačnímu systému poskytovat programy přístup k neomezenému počtu zařízení s nekonečnou řadou souborových systémů, které jsou na nich instalovány, pomocí konkrétníchovladačů zařízení a ovladačů souborového systému.
Připojenéúložné zařízení, napříkladpevný disk, je přístupné pomocíovladače zařízení. Ovladač zařízení rozumí konkrétnímu jazyku jednotky a dokáže tento jazyk přeložit do standardního jazyka používaného operačním systémem pro přístup ke všem diskovým jednotkám. V systému UNIX je to jazykblokových zařízení.
Pokud má jádro správný ovladač zařízení, pak může přistupovat k obsahu disku v syrovém formátu, který může obsahovat jeden nebo více souborových systémů. Ovladač souborového systému se používá k překládání příkazů používaných pro přístup ke každému konkrétnímu souborovému systému do standardní sady příkazů, které může operační systém používat ke komunikaci se všemi systémy souborů. Programy pak mohou zpracovávat tyto systémy souborů na základě názvů souborů a adresářů / složek obsažených v hierarchické struktuře. Mohou vytvářet, odstraňovat, otevírat a zavírat soubory, stejně jako shromažďovat různé informace o nich, včetně oprávnění k přístupu, velikosti, volného místa a údajů o vytvoření a úpravách.
Různé rozdíly mezi souborovými systémy ztěžují podporu všech souborových systémů. Povolené znaky v názvech souborů, citlivost případů a přítomnost různých druhůatributů souborů činí implementaci jediného rozhraní pro každý souborový systém náročnou úlohou. Operační systémy obvykle doporučují používat (a tak podporovat nativně) souborové systémy speciálně určené pro ně; napříkladNTFS v systému Windows aext3 aReiserFS v Linuxu. Ovšem v praxi jsou většinou ovladače třetích stran k dispozici pro podporu nejpoužívanějších souborových systémů ve většině operačních systémů s obecným účelem (například NTFS je k dispozici v Linuxu přesNTFS-3g a ext3 a ReiserFS jsou k dispozici v systému Windows prostřednictvím softwaru třetí strany).
Podpora souborových systémů je mezi moderními operačními systémy velmi rozmanitá, i když existuje několik běžných souborových systémů, které téměř všechny operační systémy obsahují podporu a ovladače. Operační systémy se liší podle podpory souborového systému a formátů disků, na kterých mohou být nainstalovány. V systému Windows je každý systém souborů obvykle omezen v aplikaci na určitá média; například CD musí používatISO 9660 neboUDF a od systémuWindows Vista je NTFS jediným souborovým systémem, na kterém může být nainstalován operační systém. Je možné instalovat Linux na mnoho typů souborových systémů. Na rozdíl od jiných operačních systémů umožňují Linux a UNIX používat libovolný souborový systém bez ohledu na médium, které je uloženo, ať už jde o pevný disk,optický disk,USB flash disk v rámci souboru umístěného na jiném souborovém systému.
Prvotním cílem návrhuovladačů zařízení je abstrakce. Každý modelhardwaru (i v rámci „stejného“ zařízení) je jiný. Novější modely jsou také vydávány výrobci, jelikož poskytují například vyšší spolehlivost nebo lepší výkon a tyto novější modely mají často odlišný způsob ovládání. Odpočítačů a jejichoperačních systémů nemůžeme očekávat, že budou ovládat všechny zařízení (periferie). K vyřešení tohoto problémuoperační systémy v podstatě „diktují“, jak by mělo být ovládáno každé zařízení (periferie). Teoreticky by nové zařízení, které je řízeno odlišným způsobem, mělo fungovat správně, pokud je k dispozici vhodnýovladač. Tento nový ovladač zajišťuje, že zařízení (periferie) pracuje v souladu soperačním systémem.
Podrobnější informace naleznete v článku Počítačová síť.
Většina operačních systémů v současné době podporuje celou řadusíťových protokolů. To znamená, že počítače odlišnýmioperačními systémy mohou být napojeny na jednu společnousíť pro sdíleníperiferií, a to ipočítačů, souborů,tiskáren askenerů, a to buď pomocí kabelového nebobezdrátového připojení. Sítě mohou v podstatě umožnit operačnímu systému počítače přístup k vzdálenému počítači. To zahrnuje vše od jednoduché komunikace až po používání síťových systémů, souborů nebo dokonce sdílení grafického nebo zvukovéhovybavení jiného počítače. Některé síťové služby umožňují transparentní přístup k prostředkům počítače, jako je SSH, který umožňuje uživatelům v síti přímý přístup k rozhraní formoupříkazového řádku počítače.
Síťklient / server umožňujeprogramu v počítači, připojit se přes síť k jinému počítači nazvanémuserver. Servery nabízejí různé služby ostatnímpočítačům připojeným přessíť. Tyto služby jsou obvykle poskytovány prostřednictvímportů nebo očíslovanýchpřístupových bodů mimoIP adresuserveru. Každé čísloportu je obvykle přiděleno maximálně jednomu běžícímu programu, který je zodpovědný za zpracování požadavků na daném portu.
Bezpečnostpočítače závisí na správném fungování mnoha technologií.
Operační systém musí být schopen rozlišovat žádosti, které se mají provést a žádosti které by se měly zamítnout. Zatímco některé systémy mohou jednoduše rozlišovat mezi „privilegovanými“ a „ne privilegovanými“, tak ostatní musí rozlišovat na základě některých údajů například uživatelské jméno. Ke kontrole totožnosti může existovat procesautentizace. Ve většině případů probíhá procesautentizace formou zadání uživatelského jména popřípadě hesla. Jsou i jiné možnosti autentizace jako například: magnetické karty nebobiometrické údaje (otisky prstů, snímání oční duhovky). Některé aplikace mohou být omezeny pro některé uživatele i po jejich autentizaci a to z důvodu nedostatečných práv.
Externí zabezpečení zahrnuje žádost mimopočítač, například přihlášení na připojené konzoli nebo nějaké síťové připojení. Externí požadavky jsou často předávány prostřednictvímovladačů zařízení kjádru operačního systému, kde mohou být předávány přímo do aplikací nebo prováděny přímo. Bezpečnostoperačních systémů je již dlouho velké téma jelikož na počítačích uchováváme i dost citlivé informace, a to jak komerční, tak vojenské.
Síťové služby zahrnují nabídky jako sdílení souborů, tiskové služby, e-mail, webové stránky a protokoly přenosu souborů (FTP), většina těchto služeb může znamenat bezpečnosti „díru“. Základním systémovým zabezpečením je „firewall“. Na úrovnioperačního systému je k dispozici řadafirewallů,antivirů a pod. Většina moderníchoperačních systémů obsahujefirewall, který je v základním nastavení PC zapnut.Firewall může být nastaven tak, aby blokoval určitý typ síťové komunikace, nebo například i některésoftwary běžící naoperačním systému. Proto je možné instalovat a používat nezabezpečenou síťovou službu, jako je napříkladTelnet neboFTP a nemusíme se bát nežádaného narušení, jelikož zapnutá bránafirewall zablokuje všechnu nevyžádanou komunikaci na daném portu.
Interní zabezpečení v systémech je důležité při práci více uživatelů na jednom zařízení, na příklad umožňuje každému uživateli mít soukromé soubory, se kterými ostatní uživatelé nemohou manipulovat, upravovat nebo i číst.
Každý počítač, který má být ovládán uživatelem, vyžadujeuživatelské rozhraní.Uživatelské rozhraní je obvykle označováno jakoshell a je nezbytné, pokud má se zařízením pracovat uživatel. Dvě nejčastější uživatelské rozhraní jsou rozhraní příkazového řádku (dnes už není skoro k vidění), kde jsou napsány příkazy počítače po řádcích a grafické uživatelské rozhraní, kde je přítomno vizuální prostředí (nejčastěji WIMP).
Většina moderních počítačových systémů podporuje grafické uživatelské rozhraní (GUI – „Graphical user interface“). V některých počítačových systémech, jako například u operačního systému Mac OS, je grafické rozhraní integrováno do jádra OS.
Grafické rozhraní se z technického hlediska nedá brát jako operační systém začleněný do podpory jádra OS který může umožnit, aby bylo grafické rozhraní více „citlivé“ tím, že sníží počet kontextových přepínačů (context switch) potřebných pro výstupní funkce rozhraní. Jiné operační systémy jsou modulární, oddělují grafický subsystém od jádra a operačního systému. V osmdesátých letechUNIX,VMS a mnoho dalších měli operační systémy, které byly postaveny tímto způsobem.Linux amacOS jsou také postaveny tímto způsobem. Verze operačního systémuMicrosoft Windows, jako je Windows Vista, implementují grafický subsystém.
Mnoho operačních systémů podporují uživatele v instalovaní nebo vytvářet uživatelských rozhraní dle jejich představ. SystémX Window ve spojení sGNOME neboKDE Plasma 5 je běžně instalovaným systémem na většině systémůUnix (BSD,Linux,Solaris). V systémuMicrosoft Windows byla vydána řada změn vshellu – v systému Windows, které nabízejí alternativy k zahrnutémushellu systému Windows, ale samotnýshell nelze oddělit od systémuWindows.
Grafické uživatelské rozhraní se neustále vyvíjí. Například systémWindows změnil své uživatelské rozhraní téměř vždy při vydání nové hlavní verze systému Windows a grafické uživatelské rozhraníMac OS se v roce 1999 dramaticky změnilo zavedením systému Mac OS X.
Operační systém reálného času (RTOS) je operační systém určený pro aplikace s pevnými lhůtami (výpočty v reálném čase). Mezi takové aplikace patří některé malévestavěné systémy, regulátory automobilových motorů, průmysloví roboti, kosmické lodě, průmyslová kontrola a některé rozsáhlé výpočetní systémy.
Prvním příkladem rozsáhlého operačního systému reálného času byla Transaction Processing Facility vyvinutá společnostmiAmerican Airlines aIBM pro Saber Airline Reservations System.
Vývoj operačního systému je jednou z nejkomplikovanějších aktivit, do které se může počítačový fanoušek zapojit. Takovýto operační systém může být klasifikován jako ten, jehož kód nebyl přímo odvozený od existujícího operačního systému a má málo uživatelů aaktivních vývojářů.
V některých případech, je „hobby vývoj“ považován jako podporapodomácku sestaveného počítače, například jednoduchýjednodeskový počítač poháněný mikroprocesorem 6502. Tento vývoj může mít široké využití pro různé architektury. Vývoj operačního systému může pocházet ze zcela nových nápadů, nebo může být zahájen upravováním stávajícího operačního systému. V obou případech je fanoušek jeho vlastním vývojářem, nebo může spolupracovat s malou, neorganizovanou skupinou lidí, kteří mají podobné zájmy.
Mezi příklady takového operačního systému patříSyllable.
Aplikační software je obecně psán pro použití v konkrétním operačním systému a někdy dokonce i pro konkrétní hardware. Při přenosu aplikace na jiný operační systém mohou být funkce vyžadované touto aplikací implementovány odlišně tímto systémem (názvy funkcí, význam argumentů apod.), Které vyžadují úpravu, změnu nebo jinou údržbu aplikace.
Unix byl první operační systém, který nebyl napsán v assemblerovém jazyce, takže je velmipřenosný pro systémy odlišné od jeho původníhoPDP-11.
Tato cena při podpoře rozmanitosti operačních systémů může být vyloučena tím, že aplikace namísto zápisu dosoftwarových platforem, jako jeJava neboQt. Tyto abstrakce již vznášely náklady na přizpůsobení konkrétním operačním systémům a jejichsystémovým knihovnám.
Dalším přístupem je, aby dodavatelé operačních systémů přijali standardy. Například vrstvy abstrakcePOSIX a OS poskytují společné funkce, které snižují náklady na přenos.
Jádro je základním kamenem operačního systému. Zavádí se dooperační paměti počítače při startu a zůstává v činnosti po celou dobu běhu operačního systému. Jádro může být naprogramováno různými způsoby a podle toho rozeznáváme:
Dnes již většina moderních operačních systémů obsahujegrafické uživatelské rozhraní. V některých systémech je přímo integrované vjádru systému – například v původní implementaci MSWindows a Mac OS byl grafický podsystém ve skutečnosti částí jádra. Jiné operační systémy, jak starší, tak novější, jsoumodulární – oddělují grafický podsystém od jádra a operačního systému. Již v roce 1980 existovaly systémyUNIX,VMS a mnoho jiných, které byly vybudovány právě tímto způsobem. Dnes na tomto principu funguje takéLinux amacOS.
Mnoho OS umožňuje uživateli nainstalovat nebo vytvořit grafické rozhraní podle jeho požadavků.X Window System, ve spojení s GNOME neboKDE, je běžně dostupný pro většinuUN*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 podleCOSE aCDE v 90. letech 20. století.
Grafická uživatelská rozhraní se postupem času vyvíjejí. Například Windows modifikuje svéGUI vždy, když je vydána nová verze, a rozhraní Mac OS bylo dramaticky změněno s příchodemMac OS X v roce 1999.
Do operačního systému obvykle zahrnujeme i základnísystémové nástroje, které slouží ke správě počítače (formátování disků, kontrola integrity souborového systému, nastavení systémového času a podobně). Některé doplňujícíaplikace se však těmto nástrojům velmi blíží nebo je dokonce nahrazují (například součástíMicrosoft 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 (vizprivilegovaný režim).
U operačních systémů smonolitickým jádrem (např.unixové systémy) je jasná hranice mezisystémovým voláním,knihovnami aprocesy. Napříkladsouborový systém je u nich typická součást operačního systému. Naopaksystémy smikrojádrem (např. systémyWindows 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.
Konkrétní problémy:Tabulka postrádá informaci o tom, co uvádí: zda podíl OS v nově prodaných počítačích, odhad podílu na provozovaných, nebo podíl OS na internetovém provozu a podle jakého kriteria, nebo zda ještě něco jiného. Není zřejmé co je míněno tržním podílem, čeho tolik který OS trhl, a vůbec proč jen na stolních PC, článek je o všech OS na všech strojích
Tato část článku potřebuje aktualizaci, neboť obsahuje zastaralé informace.
Můžete Wikipedii pomoci tím, že jivylepšíte, aby odrážela aktuální stav a nedávné události. Podívejte se též nadiskusní stránku, zda tam nejsou náměty k doplnění. Historické informace nemažte, raději je převeďte do minulého času a případně přesuňte do části článku věnované dějinám.
↑CHROUST, Martin. Začal jako plán B, letos má HarmonyOS v Číně z druhého místa sesadit iOS. Ve zbytku světa ale pokulhává.MobilMania.cz [online]. [cit. 2024-01-08].Dostupné online.
