Операционные системы

Версия 2019.04.15

Операционная система (или операционная среда) – это одна из самых главных и сложных программ, выполняемых на компьютере, планшете или умном телефоне (смартфоне). Современная операционная система осуществляет управление всеми процессами ввода-вывода компьютера, обеспечивает защиту, удобный или не очень удобный интерфейс пользователя (командную строку и/или графический), предоставляет программные интерфейсы, облегчающие разработку приложений программистами и, главное – выполнение всех остальных программ на компьютере.

Мой опыт работы с операционными системами включает в себя не только приобретение их в магазине, установку и настройку, но и разработку для них программного обеспечения. Причем, поработать удалось с очень большим их количеством – начиная от самых старых и древних, поставляемых на одной или нескольких дискетах DOS (Disk Operation System) и UNIX, до современных, поддерживающих многочисленные графические интерфейсы и среды программирования, размер установочного пакета которых – несколько гигабайт.

Кстати, операционные системы управляют не только компьютерами и мобильными телефонами – есть специализированные ОС для фотоаппаратов, холодильников, телевизоров, автомобилей и даже атомных электростанций. За свою жизнь мне удалось поработать на не менее чем на трёх с половиной десятках разных ОС, самые популярные из которых– это операционные системы корпорации “Майкрософт” и различные дистрибутивы Linux – семейства операционных систем с открытым исходным кодом и ядром, разработка которого начата в конце 1980х годов Линусом Торвальдсом.

Классическая операционная система не только управляет компьютером, она также обеспечивает удобное хранение данных в нём на дисковых или флеш-накопителях. Для этого ОС использует разделы, форматированные специальным образом – файловую систему. Правильно подобранная файловая система – ключ к надежному хранению ваших данных на внутренних и внешних накопителях. В ней хранятся все ваши системные и рабочие файлы. С помощью специального сервисного программного обеспечения осуществляется ремонт и восстановление файловой системы, её копирование, расширение или сжатие, удаление, шифрование и дешифрование - там, где эти операции поддерживаются.

Операционная система (ОС) управляет всеми периферийными устройствами компьютера с помощью специальным образом написанных программ – драйверов. Драйвер – это прослойка, которая предоставляет ОС контроль над устройством удобным ей образом и общается с устройствами образом, понятным им. Типовые драйвера в ОС управляют работой множества реальных физических устройств - клавиатуры, мыши, видеокартой и монитором, мультимедиа-контроллерами, дисками, принтерами, различными USB-устройствами (от англ. Universal Serial Bus), сетевыми платами и управляют работой множества виртуальных компонентов – файловой системой, оперативной памятью, компонентами систем виртуализации и защиты программного обеспечения.
Размер операционной системы может варьироваться от одной не полностью заполненной дискеты размером 1,44 мб до нескольких DVD-дисков объемом много гигабайт. Операционные системы бывают специализированные или рассчитанные на работу на как можно более широком наборе оборудования.
 
Большинство операционных систем скомпилированы (то есть преобразованы с помощью специальной программы из исходных кодов, написанных на языке понятном программистам в двоичные и шестнадцатеричные коды, понятные компьютеру) для работы на определенном типе процессоров. В настоящее время наиболее популярными процессорами для компьютеров являются процессоры компаний Intel и AMD 32-х и 64-и разрядных версий. Наиболее популярные процессоры для планшетов, смартфонов, умных часов, телевизоров – семейство ARM, также 32-х и 64-и разрядных версий.
 
Классическая операционная система для работы на компьютере (вне зависимости – Windows или Linux) вот уже 10 лет поставляется минимум на двух DVD-дисках: на одном диске 32-х разрядная версия, на другом – 64-х разрядная версия. Если ваш компьютер не очень старый и поддерживает, устанавливать рекомендую всегда 64-х разрядную версию – это обеспечит наибольшую защиту от вредоносного программного обеспечения, вирусов. 32-х разрядные системы могут быть чуть менее надежными, но они безнадежно устарели.

Операционные системы на бытовую технику – телевизоры, умные часы, планшеты, смартфоны обычно предустанавливаются на заводе. Это дает пользователям возможность быстрого старта, прямо “из коробки”, но затрудняет смену операционной системы в случае появления новых версий.
 
Хотя, бывают и исключения – например недавно, в открытой продаже мной был замечен не совсем обычный комплект: смартфон Samsung, операционная система Tizen на диске и годовой контракт на поддержку операционной системы. Все действия по установке и настройке ОС на смартфон предлагалось выполнить покупателю. Это предоставляет больше возможностей, но и требует определенной квалификации. Согласно статистике компьютерных фирм, устанавливать ОС на устройства и настраивать их умеют не более 3% пользователей компьютеров. Причем, совокупная стоимость указанного комплекта приближалась к стоимости смартфона iPhone предыдущего поколения, то есть была существенно выше рыночной.

Внутри операционная система состоит из ядра (ключевого компонента, отвечающего за безопасность выполнения программ) – микроядра (в случае ОС “Microsoft Windows”) или монолитного (семейство ОС Linux), драйверов устройств, динамически подключаемых библиотек (в Windows имеют расширение файла .dll, в Linux - .so), системных утилит, скриптов (для Windows скрипты имеют расширение .bat, в Linux - .sh), выполняемых файлов (в Windows имеют расширение .exe и .com), в современных многозадачных ОС – постоянно выполняемых сервисов (Windows) или демонов (Linux), а также некоторого набора предустановленного программного обеспечения и, собственно, ваших любимых программ, баз данных и игр.

А теперь рассмотрим конкретные примеры.

Одной из первых операционных систем, на которой мы учились еще в школе, была MS-DOS. Это простейшая консольная операционная система, разрабатывавшаяся с начала 1980х в корпорации Майкрософт. Все взаимодействие с ней заключалось в том, что вы вводили с консоли команды, а она их выполняла. Она была очень популярной, для нее было выпущено множество утилит, программ, игр. Хотя внутри она была несовершенной и имела серьезные недостатки. Она была фактически однозадачной, что было шагом назад по сравнению с появившимися на рынке с начала 1970х систем класса Unix, имела сложности с управлением памятью. Для псевдомногозадачности в DOS можно было использовать специальным образом написанные программы типа TSR (Terminate and Stay Resident), такие как драйвера клавиатуры, которые работали парралельно с основной выполняемой в операционной системе программой.

Настоящей находкой компании Майкрософт был выпуск для этой системы многозадачного графического интерфейса Microsoft Windows (первая увиденная мной версия имела номер 3). Для пользователей это означало, что платить придется за две лицензии.

В 1995 году появилась более совершенная ОС от Microsoft Windows 95. Тремя годами позже – неимоверно популярная Windows 98 (которые встречались в природе приблизительно до 2005 года). В 2000м году появилась последняя из ОС этого класса Windows Millenium. Все эти операционные системы объединяла простота и скорость работы, а также пониженная безопасность. Они работали с файловыми системами FAT16 и FAT32 (англ. FAT- File Allocation Table), которые не поддерживали задание прав доступа к файлам и каталогам для отдельных пользователей. Фактически это было тяжелое наследие MS-DOS и начала 1980х годов.

Параллельно, в корпорации Майкрософт трудились над выпуском профессиональных ОС Windows – Windows 3.5, 4.0, Windows 2000 (появилась в 2000м году), Windows XP (появилась в 2002 году), Windows Vista (вышла в 2006-7), Windows 7 (вышла в 2009м), Windows 8.1 (вышла в 2013м), Windows 10 (появилась в 2016м). Эти операционные системы объединяла настоящая многозадачность и более надежное ядро, которое было положено в основу серверных операционных систем Windows Server, а также возможность выбора в качестве файловой системы NTFS различных редакций – ФС, которая поддерживала работу с правами доступа к файлам и каталогам для отдельных пользователей, а также возможность шифрования отдельных файлов и каталогов.

По поводу популярности этих операционных систем ходят легенды. Несмотря на то, что каждая ОС поддерживается в течение определенного срока – нескольких лет, встретился настоящий шедевр – ОС Windows XP, которую на компьютерах корпоративных пользователей можно было наблюдать и в 2017м, спустя 15 лет после выхода. Но на сегодня она тоже устарела.
 
Корпорацией Майкрософт в 2019м официально поддерживаются три версии их ОС для пользователей – Windows 7, Windows 8.1 и Windows 10. Для них выпускаются обновления, антивирусные базы программы Защитник Windows (Windows Defender) и можно получить минимально внятную техническую поддержку. Правда, и стоят эти ОС не таких маленьких денег – для большинства пользователей российского рынка вариантов поставки всего два – Домашняя (Home) версия за 70-85$ и Профессиональная (Professional), стоящая около 200-250$ за лицензию, соответственно. При этом, не менее популярный офисный пакет Microsoft Office продается за отдельные деньги или по подписке, за которую нужно платить ежегодно.

Конечно, это дорого. Особенно для небогатых российских пользователей. Поэтому они до сих пор продолжают покупать пиратские версии этих ОС и программ. Да, они рискуют – большинство пиратских версий не имеют защиты, возможности нормального обновления, поставляются на дисках, которые вместо официального релиза могут содержать усеченные бета- и демо- версии и даже вирусы. Тем не менее, пользователей пиратского софта в России в 1994 году было 80%, а в 2015м, согласно исследованиям компьютерных журналов – минимум 50%. И к 2018му ситуация почти не поменялась.
 
Пользоваться ворованным программным обеспечением не рекомендую. Потому что есть разумная профессиональная альтернатива – операционные системы с открытым исходным кодом класса Linux. Они разрабатываются с 1991 года и являются более дешевой (часто даже бесплатной) альтернативой ОС класса Windows. При этом, даже их рекомендую покупать. Опыт показывает, что в большинстве бесплатных Linux-ов есть множество бета- и альфа- версий программного обеспечения, не стабильно работающие обновления и существенные сложности с технической поддержкой. Тем не менее, ОС класса Linux – это вполне взрослая альтернатива продукции Microsoft.

Начнем с того, что Linux истинно многозадачен, с самого своего рождения. Он поддерживает большее множество процессорных архитектур (более десяти), по сравнению с двумя процессорными архитектурами, поддерживаемыми Windows. Linux поддерживает и работу в консольном, и в графическом режимах. Для него написано существенно меньше вирусов (по сравнению с миллионами для 32-х разрядных Windows). В большинство дистрибутивов Linux входят свободные офисные пакеты типа OpenOffice или LibreOffice – за них не нужно переплачивать. Правда, и знать для эффективной работы в Linux нужно больше. Он менее популярен, хотя сейчас эта ситуация выправляется – большая часть ОС для смартфонов (Android, Tizen) написана на основе ядра Linux.

То есть его доля на рынке неуклонно растет. Вдобавок, дополнительный бонус – это открытые исходные коды. Из которых, любой имеющий соответствующие навыки, в состоянии собрать работающие версии операционной системы и сопутствующего программного обеспечения. Скажу сразу – это не такая простая задача, как кажется. Операционная система – это фактически самый сложный продукт, из установленных на вашем компьютере, чтобы собрать и успешно запустить хотя бы часть ее компонент знать нужно очень много. Про это написаны целые тома литературы. Если вы хотите собрать Linux самостоятельно, рекомендую отличную книгу, которая называется Linux Froms Scratch, последняя актуальная на сегодня версия этой книги 8.3 Для сборки сопутствующего программного обеспечения есть её продолжение Beyond Linux From Scratch. Все эти книги доступны на английском языке и, с небольшим отставанием переводятся и на русский.

У операционных систем Linux недостатков свойственных ОС Windows 3.1-Millenium нет. Linux устанавливается на файловые системы ext2, ext3, ext4 и более экзотические, с полной поддержкой прав доступа к файлам и каталогам для пользователей. Дистрибутивов множество – самые популярные на сегодня – тестовая Fedora, коммерческий Red Hat Enterprise Linux, коммерческий Mandrake (позднее Mandriva), Ubuntu, Debian, российская ROSA.
 
О последней хочу рассказать подробнее. Это шедевр. Вы можете бесплатно загрузить ее релизы с соответствующих серверов, и получите вполне работоспособный 2 гигабайтный LiveDVD (живой образ, позволяющий запускать систему с диска и при необходимости устанавливать её), в который входит множество нужных и полезных программ: офисный пакет LibreOffice, медиаплеер, звуковой редактор Audacity, видеоредактор, графический редактор GIMP, торрент-клиент, инструмент для разбивки дисков GParted, игры и великолепный графический интерфейс не хуже чем в последних версиях Windows.

Тем не менее, ROSA не лишена недостатков. Это менее стабильная работа, по сравнению с коммерческими Linux, типа Debian, не совсем корректно работающий механизм обновлений, большие требования к оперативной памяти компьютера (чтобы её запустить нужно минимум 1384 мб памяти), и другие глюки. Но это лучший вариант, чем пиратское программное обеспечение Windows. Программы для ROSA (как и для других дистрибутивов Linux) вы можете загрузить из её репозиториев. Существует также более стабильно работающая коммерческая серверная версия RELS (ROSA Enterprise Linux Server), которая построена на надежном ядре ветки 2 более чем двадцатилетней давности.

В общем, Linux – это не одна операционная система, а целое дерево разных ОС, каждая из которых “растет” на своей веточке. Недостаток Linux – веточка может засохнуть. Причем, как относительно свободная, типа Ubuntu (которую рекомендуют использовать создатели Android), так и коммерческая, типа RHEL. Причины по которым это происходит не очень ясны. Возможно, им элементарно не хватает денег. Ведь основные финансы в области открытого программного обеспечения приходят с контрактов на поддержку и с крупных корпоративных заказчиков. Отваливается заказчик – засыхает и веточка.

Классическим примером такого засыхания являются ветки французско-русской Mandriva, которая по неизвестным причинам приказала долго жить, несмотря на то, что в конце 2010го ее дистрибутив был сертифицирован ФСТЭК, а также Red Hat Linux от Линукс инк., коммерческий дистрибутив, который  мне подарили много лет назад.
Компания Линукс инк. адаптировала дистрибутивы Red Hat к российскому рынку, и работала вместе с сотрудниками Санкт-Петербургского ИТМО. Тем не менее, за 15 лет уменьшилось количество дистрибутивов, ею создаваемых, и акцент сместился в сторону Scientific Linux. Когда засыхает веточка, становится почти невозможно достать программное обеспечение и обновления для нее, потому что закрываются репозитории с программным обеспечением.
Более того, часто в некоторых сертифицированных ФСТЭК Linux дистрибутивах можно найти уникальнейшие недостатки, которых не было в более ранних версиях. Как вам, например, отсутствие кнопки ВЫКЛЮЧИТЬ/ПЕРЕЗАГРУЗИТЬ КОМПЬЮТЕР в графическом интерфейсе операционки? Для того, чтобы сделать это нужно в консоли вести команды:
su root
shutdown -r now
В общем, неудивительно, что и эта веточка операционок класса Linux тоже засохла.

Отдельно хочется рассказать вам о совместной работе производителей оборудования и операционных систем.
Например, в январе 2018 года в средствах массовой информации появились сообщения о наличии в процессорах фирм Intel, AMD и производящих процессоры по лицензии ARM аппаратных уязвимостей именуемый Spectre, Meltdown и аналогичных. О них стало известно спустя 8 месяцев после обнаружения, так как компании производители железа (hardware) и софта (software) взяли время на формирование обновлений для операционных систем, для частичного устранения этих ошибок. Действительно, дело не простое. По факту на 70-85% мобильные аппараты продававшиеся на рынке в январе 2019 не имели на борту ядра операционной системы с соответствующими патчами. Аппаратные ошибки в чипсетах и процессорах - это очень дорогостоящий и сложноразрешимый вопрос.

О преимуществах и недостатках современных операционных систем я, вкратце, рассказал. Теперь выбор за вами.