Операционная система как интерфейс между пользователем и компьютером.

Пользователь обычно не интересуется деталями устройства аппаратного обеспечения компьютера. Компьютер видится ему как набор приложений. Приложение можно написать на каком-то из языков программирования; эту задачу выполняют программисты. Если бы кто-то задумал разработать реализованную в виде набора машинных команд программу, которая полностью отвечает за управление аппаратным обеспечением компьютера, то это оказалось бы слишком сложной задачей. Чтобы упростить ее, имеется набор системных программ, некоторые из которых называются утилитами. С их помощью реализуются часто использующиеся функции, которые помогают при создании пользовательских программ, работе с файлами и управлении устройствами ввода-вывода. Программист использует эти средства при разработке собственных программ, а приложения во время выполнения обращаются к утилитам для выполнения определенных функций. Наиболее важной из системных программ является операционная система, которая скрывает от программиста детали аппаратного обеспечения и предоставляет ему удобный интерфейс для использования системы. Операционная система выступает в роли посредника, облегчая программисту и программным приложениям доступ к различным службам и возможностям.

Операционная среда может включать несколько интерфейсов – пользовательские и программные. Если говорить о пользовательских, то, например, система Linux имеет для пользователя как интерфейсы командной строки (можно использовать различные «оболочки» — shell), интерфейс наподобие Norton Commander — Midnight Commander, так и графические интерфейсы — X-Window с различными менеджерами окон — KDE, Gnome и т. д. Если же говорить о программных интерфейсах, то в той же ОС Linux программы могут обращаться как к операционной системе за соответствующими сервисами и функциями, так и к графической подсистеме (если она используется). С точки зрения архитектуры процессора (и всего ПК в целом) двоичная программа, созданная для работы в среде Linux, использует те же команды и форматы данных, что и программа, созданная для работы в среде Windows NT. Однако в первом случае имеет место обращение к одной операционной среде, а во втором — к другой. И программа, созданная для Windows непосредственно, не будет выполняться в Linux; однако если в ОС Linux организовать полноценную операционную среду Windows, то Windows-программа сможет быть выполнена. Можно сказать, что операционная среда — это то системное программное окружение, в котором могут выполняться программы, созданные по правилам работы этой среды.

Краткий список сервисов, предоставляемых типичными операционными системами.

Разработка программ. Содействуя программисту при разработке программ, операционная система предоставляет ему разнообразные инструменты и сервисы, например редакторы или отладчики. Обычно эти сервисы реализованы в виде программ-утилит, которые поддерживаются операционной системой, хотя и не входят в ее ядро. Такие программы называются инструментами разработки приложений.

Исполнение программ. Для запуска программы требуется выполнить ряд действий. Следует загрузить в основную память команды и данные, инициализировать устройства ввода-вывода и файлы, а также подготовить другие ресурсы. Операционная система выполняет всю эту рутинную работу вместо пользователя.

Доступ к устройствам ввода-вывода. Для управления работой каждого устройства ввода-вывода нужен свой особый набор команд или контрольных сигналов. Операционная система предоставляет пользователю единообразный интерфейс, который скрывает все эти детали, и обеспечивает программисту доступ к устройствам ввода-вывода с помощью простых команд чтения и записи.

Контролируемый доступ к файлам. При работе с файлами управление со стороны операционной системы предполагает не только глубокое понимание природы устройств ввода-вывода (дисковода, лентопротяжного устройства), но и знание структур данных, записанных в файлах. Многопользовательские операционные системы, кроме того, могут обеспечивать работу механизмов защиты при обращении к файлам.

Системный доступ. Операционная система управляет доступом к совместно используемой или общедоступной вычислительной системе в целом, а также к отдельным системным ресурсам. Она должна обеспечивать защиту ресурсов и данных от несанкционированного использования, а также разрешать конфликтные ситуации.

Обнаружение ошибок и их обработка. При работе компьютерной системы могут происходить разнообразные сбои. К их числу относятся внутренние и внешние ошибки, возникшие в аппаратном обеспечении (например, ошибки памяти, отказ или сбой устройств). Возможны и различные программные ошибки, такие, как арифметическое переполнение, попытка обратиться к ячейке памяти, доступ к которой запрещен, или невозможность выполнения запроса приложения. В каждом из этих случаев операционная система должна выполнить действия, минимизирующие влияние ошибки на работу приложения. Реакция операционной системы на ошибку может быть различной — от простого сообщения об ошибке до аварийного останова программы, вызвавшей ее.

Учет использования ресурсов. Хорошая операционная система должна иметь средства учета использования различных ресурсов и отображения параметров производительности. Эта информация крайне важна в любой системе, особенно в связи с необходимостью дальнейших улучшений и настройки вычислительной системы для повышения ее производительности.