Operační systémy. Operační systém - programové vybavení počítače, jehož úlohou je z{kladní řízení

Transkript

1 Operační systémy Operační systém - programové vybavení počítače, jehož úlohou je z{kladní řízení všech zdrojů počítače a poskytnutí uživatelského rozhraní pro komunikaci s uživatelem. Bez přítomnosti operačního systému není možné spustit na počítači další programy, které již počítají s využitím služeb nabízených operačním systémem. Operační systém se načít{ při startu počítače do operační paměti. Tato činnost je nazýv{na bootov{ním. Načít{ní operačního systému je dnes v drtivé většině případů z pevného disku počítače, ale lze samozřejmě zavést systém i z jiných zařízení (CD, DVD, Flash paměť,...). Hlavní úkoly operačního systému: 1. Umožňuje efektivní přidělov{ní paměti, procesoru, prostoru na disku a ovl{d{ní všech zařízení připojených k počítači. 2. Poskytuje uživatelské rozhraní, které uživateli nabídne schopnosti počítače pro běžnou pr{ci. Historie operačních systémů U prvních počítačů v období po II. světové v{lce platilo: co nový počítač, to jeho vlastní nový ovl{dací program, tedy operační systém. V s{lových počítačích v 60. letech minulého století se používal asembler, systém řídící přímo hardware počítače, také pro každý typ počítače jiný. V 70. letech vznikl UNIX - víceúlohový, víceuživatelský operační systém pro tehdejší s{lové počítače a minipočítače. Ten již obsahoval vrstvu pracující s hardwarem a j{dro systému, nabízející služby jednotlivým aplikacím. Různé druhy systému UNIX používaly všechny počítače tehdejších velkých firem (IBM, Xerox, ICL atd.). Firmy, které uvedly na trh první osobní počítače (Apple, Commodore a další), k nim vyvinuly i své operační systémy. Firma IBM použila v roce 1981 pro svůj osobní počítač operační systém DOS firmy Microsoft, kter{ jako jeho z{klad použila systém CP/M. Po roce 1982 se začalo používat grafické uživatelské rozhraní ( okna"). Původ mělo v n{padech vývoj{řů firmy Xerox, kter{ je poskytla firmě Apple. Od ní myšlenku okenního systému okopírovala firma Microsoft a převzali ji také ostatní tvůrci operačních systémů. V roce 1991 Linus Torvalds zah{jil vývoj volně šiřitelného systému UNIX, spojením slov LINUs a unix vznikl n{zev Linux. Verze j{dra 1.0 byla dokončena v roce Kvalita n{vrhu, množství firem, které na něm pracovaly a 30 let vývoje, to vše prosadilo do dnešních počítačů systémy vych{zející ze systému UNIX. Ten byl od poč{tku koncipov{n jako víceúlohový a víceuživatelský Proto ho nemohly první osobní počítače využívat - neměly dostatečný výkon, umožňovaly spuštění vždy pouze jedné aplikace pro jednoho uživatele. Dnes 5/12/2011 Operační systémy 1

2 se n{m přepín{ní programů a jejich současný běh jeví jako samozřejmost, protože výkon dnešních osobních počítačů toto vše umožňuje. Historickým vývojem mají různé systémy rozšíření a oblasti nasazení, ale nově vznikající zařízení mohou historii postupné měnit. Současné operační systémy a jejich typické vlastnosti Z historie OS je zřejmé, že dnes se setk{me nejčastěji s: Různými druhy UNIXŮ na serverech, mainframech a dalších velkých počítačích. Různými verzemi systémů Microsoft "Windows (XP, Vista, 7 atd.) na osobních počítačích a noteboocích. Systémy Mac OS X na počítačích firmy Apple. Systémy (distribucemi) Linux na serverech, osobních počítačích a mnoha různých zařízeních. Dalšími systémy často odvozenými z některé z výše uvedených platforem, které se používají nejen na klasických počítačích, ale na mnoha různých přenosných zařízeních (Google Android a Chromé OS, iphone OS, Symbian, MeeGo, atd ). Všechny systémy nabízejí kompletní strukturu OS od ovladačů po grafické rozhraní. Díky tomu mají i podobné z{kladní vlastnosti: Vych{zejí z John von Neumannovy koncepce a jeho architektury počítače. Díky grafickému rozhraní umožňují ovl{d{ní myší nebo dotykem. Umožňují nez{vislý běh mnoha aplikací. Jsou víceuživatelské, každý uživatel m{ sv{ vlastní nastavení a sv{ data, někdy i své vlastní programy. Jsou prov{z{ny se zdroji aktualizací a nových verzí přes Internet. Začínají být a do budoucna čím d{le více budou prov{z{ny s webovými službami. Výběr operačního systému Výběr operačního systému není jednoduchý, jedn{ o nedosažitelnou ide{lnost" operačního systému šitého na míru všech našich potřeb. Při kupov{ní nového počítače, je volba operačního systému jednou z důležitých ot{zek. Nejedn{ se jen o volbu Windows, objevuje se st{le širší nabídka stolních i mobilních počítačů s předinstalovaným systémem Linux, a to opomíjíme další u n{s menšinové operační systémy. Existuje mnoho různých distribucí Linuxu, obdobně je kupodivu třeba se rozhodnout i u systému Windows, kter{ je rozdělena dokonce na pět z{kladních typů. Home Basic - určen{ pro dom{cnosti, kde budou hlavními požadavky proch{zení internetu, posíl{ní ů, prohlížení a spr{va fotografií apod. Home Premium - oproti verzi Basic rozšířen{ podpora pr{ce s filmem, hudbou,... Business - verze systému navržen{ pro potřeby malých firem Enterprise - verze navržen{ pro potřeby velkých glob{lních organizací a firem s komplexní infrastrukturou IT 5/12/2011 Operační systémy 2

3 Ultimate - kompletní verze operačního systému se všemi moduly předch{zejících možností Z{kladní body ke zv{žení při výběru operačního systému Hardware - fyzické zařízení vašeho počítače musí odpovídat doporučeným požadavkům pro vybíranou verzi systému, stejně jako operační systém musí zajistit bezproblémový chod všech komponent počítače. Nem{ smysl tr{pit nejn{ročnější verzí systému starší počítače, které posléze nedok{ží zajistit smysluplnou a efektivní pr{ci uživatele. Opačně je pro moderní vybavení počítače nutno zajistit softwarovou podporu moderního operačního systému, aby bylo možné je využívat. Způsob využití - patříte-li do některé vyhraněnější skupiny uživatelů, určitě stojí za zv{žení z{kladní zaměření verze, popř. distribuce systému. Jiné potřeby budou mít uživatelé přev{žně surfující po internetu, herní nadšenci nebo třeba uživatelé, kteří si vystačí s běžnými kancel{řskými aplikacemi. Kompatibilnost (slučitelnost) - v tomto bodě z{leží na konkrétním uživateli. Proč si znesnadňovat pr{ci např. užív{ním Linuxu, když všichni firemní partneři pracují v systému Windows? Softwarov{ dostupnost - zaměření uživatele by nemělo smyslu, pokud by v daném systému neexistovala širok{ nabídka programů k jeho pr{ci, z{bavě apod. Bezpečnost - operační systém musí disponovat kvalitní ochranou (firewall) před škodlivým softwarem. Určitě oceníte dostupnost dalších profesion{lních firewallů pro daný systém. Obecně také platí - čím větší rozšířenost verze systému, tím větší z{jem škůdců. Cena - peníze vl{dnou světu, takže určitě vaši peněženku potěší uspořený peníz při nezmenšené kvalitě a počtu funkcí vybraného operačního systému. Zkušenost uživatele - obecně platí, že k Linuxu tíhnou zkušenější uživatelé, kteří dovedou využít většího prostoru pro vlastní nastavení a přizpůsobení systému. Velice rychle se také stírají rozdíly v uživatelské jednoduchosti" systému v souvislosti s překotným vývojem grafických nadstaveb Linuxu. Více systémů současně Nechcete-li se vzd{t výhod různých operačních systémů, existuje možnost instalovat několik systémů na tentýž počítač. - Pln{ instalace více operačních systémů na tentýž počítač Nutnou podmínkou je většinou pouze existence samostatného diskového prostoru pro nový operační systém, tj. logický nebo dokonce fyzický disk určený jen pro tento systém. Systémy Windows XP/Vista/7 i Linux přítomnost dalšího systému tolerují. Při spouštění počítače pak lze v nabídce (boot manager) rozhodnout, který systém bude aktu{lně zaveden a použív{n. - Virtualizace Další operační systém lze vyzkoušet i bez služeb bootmanageru, bez systémových problémů a bez hrozby poškození prim{rního, stabilního operačního systému. 5/12/2011 Operační systémy 3

4 K vytvoření virtu{lního stroje můžete využít některý z n{sledujících programů: a) Innotek VirtualBox b) VMWare Server c) Microsoft Virtual PC Všechny uvedené programy jsou pro dom{cí použití zdarma (freeware), jsou kompatibilní i s operačním systémem Windows Vista a lze na nich virtu{lně provozovat operační systémy Windows verze 3.1 a novější (výjimka Virtual PC až od Windozvs 98), d{le systémy DOS, a Linux. Obrovskou výhodou těchto virtu{lních operačních systémů je, že chov{ním představují samostatný počítač, ale škodlivý software (vir, spyware,...) v{š opravdový" stroj ohrozit nemůže. Okno, v němž operační systém běží, je neprostupné. Lze tedy bez problémů zkoušet neověřený software a bezpečně brouzdat světem internetu. Ovladače hardwaru zpřístupní systému konkrétní technické díly určitého počítače a předají mu jejich řízení ve standardním form{tu. Ovladač (driver) je program napsaný konkrétně pro určitý počítačový díl. Vytv{ří ho tedy většinou výrobce dílu (firmware). J{dro systému (kernel) zajišťuje spr{vu procesoru, paměti, disku a dalších zařízení a jejich přidělov{ní jednotlivým aplikacím a procesům. Řídí tedy z{sadním způsobem chod počítače. Ž{dný program nemůže přistupovat do paměti nebo ke zdrojům procesoru bez služeb j{dra systému. Spolu s ovladači vytv{ří tzv. HAL (Hardware Abstraction Layer), vrstvu, kter{ vzhledem k API a k aplikačním pro-gramům vytv{ří jednotné rozhraní bez ohledu na konkrétní hardware počítače. Díky tomu můžete na stovk{ch různých konfigurací hardwaru používat stejný software. J{dro také umožňuje běh více aplikací současné, tzv. multitasking. Multitasking umožňuje běh desítek programů současně (přesněji tzv. procesů) i na počítači s jedním j{drem v procesoru. Procesor pracuje v principu tzv. sekvenčním způsobem, vykon{v{ operace postupně za sebou. Jak je tedy možné, že systém současně komunikuje se sítí, reaguje na kl{vesnici, přehr{v{ hudbu, vykresluje okna a renderuje film? J{dro systému neust{le během milisekund přepín{ mezi jednotlivými procesy přiděluje jim na nepatrné okamžiky výkon procesoru. N{m se potom navenek jeví, že procesy běží současně. Rozezn{v{me multitasking: Kooperativní (nepreemptivní) - operační systém v tomto případě nevyužív{ systémových hodin pro přidělov{ní strojového času různým programům běžícím v systému. Z{leží zde pouze na každém programu, zda a kdy se rozhodne předat činnost jinému programu. Například, když program ček{ na vstup uživatele, měl by umožnit dalšímu procesu přístup ke zpracov{ní. Tento způsob multitaskingu využíval například systém Windows 95, naopak systém MS DOS ještě nepodporoval ani tuto jednodušší formu multitaskingu. 5/12/2011 Operační systémy 4

5 Preemptivní - přidělov{ní strojového času jednotlivým spuštěným procesům je řízeno operačním systémem. Důsledkem je pak mnohem efektivnější a výkonnější zpracov{v{ní úloh. Jednotlivým procesům je d{le možno přiřadit určitou prioritu a tím je rozvrstvit podle požadované přednosti zpracov{ní. Tento pravý multi-tasking" je umožněn až pokročilejšími operačními systémy. Plně ho podporují unixové systémy, operační systém Mac OS a windowsové systémy v řad{ch Windows 98 a výše a Windows NT a výše. Technologie přidělov{ní strojového času však pokročila ještě o jednu úroveň d{le. Stejný princip rozdělení dostupného strojového času lze uplatnit i v r{mci jedné zpracov{vané úlohy, kter{ tak může sama sebe rozdělit do několika samostatně zpracov{vaných vl{ken a opět jim vhodně nerovnoměrně" rozdělit strojový čas úlohy. Aplikační rozhraní (API) nabízí programům vykreslov{ní oken, dialogů a všech dalších prvků systému. Díky tomu dnešní program{toři neprogramují okna a ovl{dací tlačítka, ani dialogy na ukl{d{ní/otevír{ní souborů. Prostě pouze využijí připravené komponenty API systému. Těch jsou stovky a z{sadním způsobem ulehčují tvorbu software a sjednocují jeho ovl{d{ní. Plug & Play Technologie zprostředkov{vající automatické detekov{ní a n{sledné, většinou bezproblémové, připojení nové hardwarové komponenty k počítači. V praxi se může jednat například o připojení digit{lního fotoapar{tu k počítači. Přestože se jedn{ o první připojení tohoto typu hardwaru k počítači, bude automaticky přichyst{na možnost použití. Automaticky je detekov{n typ nového hardwaru a do počítače jsou doinstalov{ny potřebné ovladače. Technologie Plug & Play (také zkratkou PnP) tak 5/12/2011 Operační systémy 5

6 podstatným způsobem zjednodušuje připojení nových zařízení zejména pro méně znalé uživatele. Souborový systém Pro ukl{d{ní informací existují pevně dan{ pravidla. Pomocí těchto pravidel je zajištěn spr{vný z{pis i n{sledné čtení údajů z disku. Informace (data) jsou v počítači ukl{d{na ve formě souborů, což je umožněno tzv. souborovým systémem (algoritmus ukl{d{ní souborů na disk). Informace uložené v systému souborů jsou dvojího druhu -metadata a data. Metadata obsahují např. informace o velikosti souborů, času poslední změny, vlastníkovi souboru, přístupových pr{vech atd. Daty pak myslíme informace (obsah), které jsme chtěli uložit - text, obr{zek apod. Souborový systém umožňuje způsob organizace informací ve formě souborů tak, aby byl n{sledný přístup k těmto informacím a jejich vyhled{v{ní co nejefektivnější. Obvykle také dovoluje vytv{řet adres{ře, které n{sledně umožňují organizovat soubory do stromové struktury. Většina operačních systémů podporuje několik různých souborových systémů: FAT tabulkou je n{sledně nazýv{na tabulka, kter{ kromě jiného obsahuje kompletní popis rozložení souborů na disku. Prvotní (výchozí) nastavení tabulky je provedeno při tzv. form{tov{ní disku. K jejím úprav{m doch{zí automaticky při manipulaci se soubory na disku. Pochopitelně není volně přístupn{ uživateli. Z důvodu bezpečnosti jsou často vedeny dvě kopie téže tabulky tak, aby v případě chybového stavu bylo možné chybu dohledat a ošetřit. Další operační systémy využívají vylepšeného souborového systému typu FAT (FAT32) - Windows 95/98/2000) nebo úplně jiné souborové systémy. Systémy Windows NT a výše využívají souborového systému NTFS (NT File System). V unixových systémech existuje fyzických způsobů ukl{d{ní dat na disk dlouh{ řada. Lze jmenovat například systémy 4.2 (BSD systémy), ufs (Sun Microsystem). V Linuxu jich můžete najít také větší počet. Mezi nejpoužívanější lze například nyní řadit systém ext3, d{le existuje například systém nfs pro připojov{ní disků vzd{lených počítačů nebo iso9660, což je systém souborů na CD ROM. WinFS - bylo již zmíněno, že ve verzi operačního systému Windows 7 by měl být jednou z hlavních novinek pokročilý systém ukl{d{ní souborů WinFS, který ve Windows Vista chybí. Ukl{d{ní do vyrovn{vací paměti a na disk Pro urychlení pr{ce s diskovými zařízeními často operační systémy nezapisují data na disk okamžitě, ale až po určitých intervalech. Mezitím jsou data uložena ve vyrovn{vací paměti. V operačních systémech jsou pak připraveny speci{lní programy (démoni), které se po nastavených intervalech (často 30 sekund) postarají o přepis dat z vyrovn{vací paměti na disk. V DOSu byl z{pis dat na disk prov{děn pomocí rezidentních programů. 5/12/2011 Operační systémy 6