Обзор известных операционных систем

СЕМЕЙСТВО ОС DOS

В начале 80-х годов появились персональные компьютеры семейства BM PC. Для них была создана операционная система DOS (Disk Operating System) - дисковая операционная система, основной задачей которой была поддержка работы с дисками - гибкими дисками (дискетами) и жесткими дисками (винчестерами). Эти диски пришли на смену перфокартам, магнитным лентам и прочим прежним средствам хранения и ввода данных. Программная работа с дисками, будучи трудоемкой и в то же время типовой задачей, была вынесена на уровень ОС. Помимо этого, операционные системы семейства DOS предоставляли прикладным программам сервисы по выделению памяти, а также информацию о системных событиях. Примерами таких событий могли быть вставка дискеты в дисковод, нажатие пользователем кнопки мыши и т.д.

Операционная система DOS была очень простой: она не поддерживала многозадачности, не разграничивала доступ пользователей к данным, не препятствовала доступу программ к системным данным. Но вместе с тем она была не дорой в разработке и поддержке, не требовательна к аппаратным и системным ресурсам, например, могла работать на компьютерах с оперативной памятью меньше, чем 1 Mb. Таким образом, эта операционная система хорошо подходила для первых IBM PC, которые и сами позиционировались как недорогие персональные компьютеры. Первые версии DOS были приобретены, а затем совместно разрабатывались, компаниями IBM и Microsoft. В дальнейшем разработку этих ОС продолжила компания Microsoft, выпустив в период c 1981 по 1995 годы 7 версий MS DOS.

СЕМЕЙСТВО ОС WINDOWS

Рассмотрим теперь семейство операционных систем Windows. По мере роста популярности IBM PC и других аналогичных компьютеров, актуальной стала задача создания в ОС многофункционального и унифицированного пользовательского интерфейса, а также интерфейса для прикладных программ.

В 1985 году компания Microsoft выпустила первую версию Windows - графическую оболочку для IBM PC, запускаемую над MS DOS. В первой половине 1980-х годов графический интерфейс пользователя был прогрессивной инновацией. В начале 1980-х годов у компьютеров Apple уже были дружественные пользователю графические оболочки, позаимствовавшие метафору рабочего стола у разработок Xerox Research, а Microsoft заняла эту нишу на привычном для себя рынке ПО для IBM PC.

Система Windows, помимо функций MS DOS, предоставляла конечному пользователю компьютера удобный графический интерфейс на основе метафоры офисного стола, а программисту - обширный набор системных функций, реализованных в виде хорошо спроектированного программного интерфейса. Также для Windows был разработан большой набор библиотек, облегчавших разработку ПО с "богатым" оконным интерфейсом.

Несмотря на активное развитие, Windows довольно долго оставалась лишь оболочкой над операционной системой DOS. Но в 1993 году компания Microsoft выпустила Windows NT, которая была уже полноценной операционной системой и не требовала для своей работы DOS. Windows NT поддерживала многозадачность, разграничение доступа пользователей, изоляцию процессов, файловую систему с возможностью разграничения доступа пользователей к данным и другие возможности полноценных операционных систем. Современная операционная система Windows 10 и версии Windows, предназначенные для работы на серверах, являются наследниками Windows NT. В настоящее время операционные системы семейства Windows являются самыми популярными ОС для настольных компьютеров: они установлены более чем на 75% настольных компьютерах во всём мире.

СЕМЕЙСТВО МОБИЛЬНЫХ ОС ANDROID

Требования к операционным системам для мобильных устройств существенно отличаются от "настольных" и серверных.

• Мобильным устройствам требуется урезанный функционал классических ОС: им не нужна поддержка множества пользователей, не требуются классические системные утилиты наподобие Unix-утилит, не нужна поддержка многочисленных подключенных внешних устройств.
• Мобильные ОС должны быть оптимизированы для выполнения специфических коммуникационных задач, в частности, с учётом неустойчивой сотовой связи.
• Им требуется лишь упрощённая реализация офисных приложений.
• Мобильные ОС должны эффективно поддерживать развлекательные приложения - игры, аудио/видео, фотокамера, шопинг.
• Требуется оптимизация энергопотребления для работы в автономном режиме; при этом современные мобильные устройства зачастую имеют процессоры, лишь незначительно уступающие по мощности настольным.

Первая версия ОС семейства Android была создана усилиями компаний Google, Sony, DELL, Motorola и некоторыми другими во второй половине 2000-х годов на основе Linux. Первые мобильные устройства с Android поступили в продажу в 2008 году. Последняя на момент создания данного курса лекций версия Android 12 вышла осенью 2021 года.

ОС Android максимально эффективно реализует представленные выше требования к мобильным ОС, добавляя к ним следующую функциональность.

• Изоляция приложений друг от друга: важные данные приложения хранят в отдельных хранилищах, недоступных другим приложениям.
• Шифрование локальных данных пользователя.
• Централизованный сетевой магазин приложений.
• Специальная поддержка фотокамеры для обеспечения достаточно высокого качества фото- и видеосъемки в отсутствие полноценного объектива и большой светочувствительной матрицы.
• Специализированный звуковой драйвер, который обрабатывает отдельно сигналы с нескольких микрофонов для эффективного подавления окружающего шума при разговоре.

Изначально приложения для ОС Android разрабатывались преимущественно на языке Java (с возможным подключения библиотек на C/C++), а основным инструментом для разработки была среда Eclipse. C 2014 г. Google предлагает использовать для разработки среду Android Studio, созданную на базе известной среды разработки IntelliJ Idea компании JetBrains. В 2017 году основным языком разработки для Android-приложений был объявлен язык Kotlin, также разработанный компанией JetBrains. Данная компания была основана в Санкт-Петербурге, и до сих пор Петербургское отделение остаётся базовым отделением компании JetBrains.

Отметим, что многие перечисленные свойства ОС Android также характерны и для других современных мобильных ОС - появившейся несколько раньше iOS и несколько позже - Windows Phone.

Вопросы

1. Перечислите особенности ОС семейства мэйнфреймов IBM.
2. Перечислите особенности ОС семейства Unix.
3. Какие особенности ОС Unix послужили причиной её широкого распространения?
4. Опишите структуру Unix.
5. Назовите предпосылки появления ОС Linux.
6. Расскажите про лицензию GPL.
7. Для каких задач используется операционная система Linux?
8. Расскажите историю появления и трансформации операционной системы DOS.
9. Перечислите особенности ОС семейства DOS.
10. Для каких архитектур создавались ОС семейства DOS?
11. Назовите нововведения, предложенный ОС Windows.
12. Какая версия OC Windows перестала быть оболочкой над DOS?
13. Расскажите об особых требованиях к ОС для мобильных устройств.
14. Перечислите функции ОС Android.
15. Какая платформа (язык и среда разработки) является основной для программирования под Android исторически? А в настоящее время?
16. Какие, кроме Android, Вы можете назвать другие мобильные ОС?

Литература

1. Таненбаум Э., Бос Х. Современные операционные системы. 4-е изд. СПб.: Питер, 2015. 1120 с.
2. Цикритзис Д., Бернстайн Ф. Операционные системы [пер. с англ.] М.: Издательство "Мир", 1977. 336 с.
3. Silberschatz A., Gagne G., Galvin P. B. Operating System Concepts, 10th edition. Wiley, 2018. 951 p.
4. Stallings W. Operating systems: internals and design principles. Pearson Education Limited, 2018.
5. Walden D., Van Vleck T. Compatible Time-Sharing System (1961-1973): Fiftieth Anniversary Commemorative Overview. IEEE Computer Society, 2011.
6. Брукс Ф., Чапель Х. Мифический человеко-месяц или как создаются программные системы [пер. с англ.] СПб.: Символ-Плюс, 2010. 304 с.
7. Робачевский А. М., Немнюгин С. А., Стесик О. Л. Операционная система UNIX, 2 изд. - БХВ-Петербург, 2010. 656 с.