Cum functioneaza Sistemele de Operare?

   Cand porniti un computer, este placut sa va ganditi ca il puteti controla. Aveti mouse-ul computerului, cu care aveti posibilitatea sa va miscati oriunde pe ecran si multe alte cai. Desi este usor sa va simtiti ca un director in fata computerului sau laptopului, o multime de lucruri se intampla în interiorul lui si omul real din spatele cortinei care manageriaza sarcinile necesare este sistemul de operare.
   Cele mai multe PC-uri desktop sau laptopuri sunt vandute cu sitemul de operare Microsoft Windows deja instalat. Computerele Macintosh sunt vandute Mac OS X. Serverele corporative utilizeaza Linux sau sisteme de operare UNIX. Sistemul de operare (OS) este primul lucru încarcat pe calculator – fara sistem de operare, un computer este inutil.
   Mai recent, sisteme de operare au început sa fie integrate si în computere mai mici. Daca va place sa va jucati cu dispozitive electronice, stiti ca sistemele de operare pot fi gasite acum pe multe dispozitive pe care le folosim în fiecare zi, de la telefoane mobile la puncte de acces wireless. Computerele care utilizeaza aceste dispozitive atat de mici au ajuns atât de puternice încât pot rula un sistem de operare si alte aplicatii. Computerul dintr-un telefon mobil modern tipic este acum mai puternic decat un computer de 20 de ani, astfel încât aceasta progresie are sens si este o evolutie fireasca.
Scopul unui sistem de operare este sa organiza si sa controleze partea hardware si software, astfel încât dispozitivul functioneaza si se comporta într-un mod flexibil, dar previzibil.

   Nu toate calculatoarele au sisteme de operare. Computerul care controleaza cuptorul cu microunde dîn bucataria dumneavoastra, de exemplu, nu are nevoie de un sistem de operare. El are un set de sarcini care trebuie efectuate, avand o tastatura numerotate si câteva butoana pre-setate. Pentru un calculator de acest fel, un sistem de operare ar fi ceva in plus, crescand costurile de dezvoltare, de fabricatie si adaugarea de complexitate în cazul în care nici una nu este necesara. În schimb, computerul dintr-un cuptor cu microunde, pur si simplu ruleaza tot timpul un singur program hard-wired.
   Pentru alte dispozitive, un sistem de operare creeaza capacitatea de a:
         -servi o varietate de scopuri;
         -interactiona cu utilizatorii într-un mod mult mai complicat;
         -tine pasul cu nevoile care se schimba in timp.
   Toate computerele desktop au un sistem de operare. Cele mai frecvente sunt cele din familia Windows, sisteme de operare dezvoltate de Microsoft, sistemele de operare Macintosh dezvoltate de Apple si familia sistemelor de operare UNIX (care au fost dezvoltate de catre o întreaga armata de indivizi, corporatii si colaboratori). Exista sute de alte sisteme de operare disponibile pentru aplicatii cu scopuri speciale inclusiv pentru specializarile mainframe, robotica, fabricatie, sistemele de control în timp real si asa mai departe.
   În orice dispozitiv care are un sistem de operare, exista de obicei o modalitate de a efectua modificari la modul în care acel dispozitiv functioneaza. Acest lucru este departe de a fi un accident fericit, unul din motivele pentru care sistemele de operare sunt realizate in cod portabil, decât in circuite permanenta este ca acestea pot fi schimbate sau modificate, fara a fi nevoie sa solicitati intregul dispozitiv.
   Pentru un utilizator al computerului, acest lucru înseamna ca puteti adauga un nou update de securitate, patch-uri de sistem, noi aplicatii sau chiar un alt sistem de operare complet nou, decât sa reciclati computerul si cumparati altul nou atunci când aveti nevoie de o schimbare. Atât timp cât ati înteles cum functioneaza un sistem de operare si cum sa ajungeti la acesta, în multe cazuri, aveti posibilitatea sa modificati modul in care se comporta. Acelasi lucru este valabil si pentru telefonul vostru, de asemenea.

   La cel mai simplu nivel, un sistem de operare face doua lucruri:
         1. Gestioneaza resursele hardware si software ale sistemului. Într-un computer desktop, aceste resurse includ lucruri cum ar fi procesorul, memoria si spatiul de pe disc si multe altele (pe un telefon mobil, ele includ tastatura, ecranul, agenda, bateria si conexiunea la retea).
         2. Ofera un mod stabil, mai coerent pentru aplicatii sa se ocupe cu partea hardware fara a fi nevoie sa cunoasca toate detaliile hardware.
   Prima sarcina, gestionarea resurselor hardware si software, este foarte important, deoarece diferite programe si metode de intrare concureaza pentru atentia unitatii centrale de prelucrare (CPU) si cererea de memorie, stocand si folosind latime de banda intrare/iesire(I/O) pentru scopurile proprii. În aceasta calitate, sistemul de operare joaca rolul de mama buna, asigurându-se ca fiecare cerere primeste resursele necesare în timp ce se joaca cu toate celelalte aplicatii, gospodarind eficient capacitatea limitata a sistemului spre binele tuturor utilizatorilor si aplicatiilor.
   A doua sarcina, oferind o aplicatie cu interfata consistenta, este deosebit de important în cazul în care exista mai mult de un anumit tip de computer care utilizeaza sistemul de operare, sau în cazul în care hardware-ul care alcatuieste computerul este posibil sa fie schimbat vreodata. O interfata aplicatie program (API) consistenta permite unui dezvoltator de software sa scrie o aplicatie de pe un singur calculator si are un nivel ridicat de încredere ca va rula pe un alt computer de acelasi tip, chiar daca cantitatea de memorie sau cantitatea de depozitare este diferita pe cele doua computere.
   Chiar daca un computer este unic, un sistem de operare poate garanta ca aplicatiile continua sa ruleze în momentul in care actualizam partea hardware. Acest lucru se datoreaza faptului ca sistemul de operare – nu aplicatia – este imputernicit de gestionarea hardware-ului si de distributia resurselor sale. Una dintre provocarile cu care se confrunta dezvoltatorii este pastrarea sistemelelor de operare suficient de flexibile pentru a rula hardware de la mii de vânzatorii de calculatoare. Sistemele de astazi pot gazdui mii de imprimante diferite, hard disk-uri si periferice speciale, în orice combinatie posibila.

   Cu o familie larga de sisteme de operare, exista patru tipuri, clasificate pe baza tipurilor de computere care le controleaza si felul aplicatiilor pe care le suporta. Categoriile sunt:
         -Real-time operating system (RTOS) – sistemele de operare in timp real sunt utilizate pentru controlul masinilor, instrumentelor stiintifice si sisteme industriale. Un RTOS are de obicei interfata a utilizatorului mica, nu are utilitati ca utilizator final, deoarece sistemul va fi o „cutie sigilata” atunci cand este livrat pentru utilizare. O parte foarte importanta a unui RTOS este gestionarea resurselor calculatorului, astfel încât o anumita operatie este executata în aceeasi cantitate de timp, de fiecare data când apare. Într-un mecanism complex, a avea o parte care se misca mai repede doar pentru ca resursele sistemului sunt disponibile poate fi la fel de catastrofal ca si cand nu s-ar misca, deoarece sistemul este ocupat.
         -Un singur utilizator, o singura sarcina (Single-user, single task) – la fel cum sugereaza si numele, acest sistem de operare este proiectat pentru a gestiona calculatorul astfel încât un utilizator poate face în mod eficient un singur lucru la un moment dat. Palm OS pentru computerele Palm portabile este un bun exemplu de sistem de operare single-user, single task.
         -Un singur utilizator, mai multe sarcini (Single-user, multi-tasking) – Acesta este tipul de sistem de operare pe care majoritatea oamenilor il folosesc pe desktop si laptop astazi. Microsoft Windows si platformele Apple MacOS sunt ambele exemple de acest fel de sisteme de operare, care va permit unui singur utilizator sa aiba mai multe programe functionabile în acelasi timp. De exemplu, este foarte usor pentru un utilizator Windows sa scrie un text într-un procesor de texte în timp ce descarca un fisier de pe Internet în timpul imprimarii textului unui mesaj dintr-un e-mail.
         -Multi-user – Un sistem de operare multi-utilizator permite diferitilor utilizatori sa profite de resursele computerului simultan. Sistemul de operare trebuie sa se asigure ca cerintele de la diferiti utilizatori sunt echilibrate, si ca fiecare dintre programele pe care le folosesc dispun de resurse suficiente si separate, astfel ca o problema cu un utilizator nu afecteaza întreaga comunitate de utilizatori. Unix, VMS si sisteme de operare mainframe, cum ar fi MVS, sunt exemple de sisteme de operare multi-utilizator.
   Este important sa facem diferenta între sistemele de operare multi-user si sisteme de operare single-user care suporta reteaua. Windows 2000 si Novell Netware pot sprijini fiecare sute sau mii de utilizatori de retea, dar sistemele de operare în sine nu sunt sisteme de operare multi-user adevarate. Administratorul de sistem este singurul „user” pentru Windows 2000 sau Netware. Suportul retelei si toate datele de conectare ale utilizatorilor sunt în planul de ansamblu al sistemului de operare, un program este condus de catre utilizatorul administrativ.

   Când pornim un computer, primul program care ruleaza este de obicei un set de instructiuni pastrate în memoria read-only (ROM) a computerului. Acest cod analizeaza componentele sistemului pentru a asigura ca totul functioneaza corect. Acest Power-On Self Test (POST) verifica CPU, memoria, si de baza de basic input-output system (BIOS) pentru erori si memoreaza rezultatul în locatia de memorie speciala. Dupa ce POST este finalizat cu succes, software-ul încarcat în ROM (uneori numit BIOS sau firmware) va începe sa activeze hard disk-ului computerului. În cele mai multe calculatoare moderne, atunci când computerul activeaza hard disk-ul, in care gaseste prima piesa a sistemului de operare: bootstrap loader.
   Bootstrap loader este un mic program care are o functie unica: încarca sistemul de operare în memorie si îi permite sa-si înceapa activitatea. În forma cea mai de baza, bootstrap loader porneste driverele cu care interfereaza si controleaza diferitele subsisteme hardware ale computerului. Stabileste diviziile de memorie care detin sistemul de operare, informatiile userului si aplicatiile. Stabileste structurile de date care vor detine semnalele miriad, steaguri si semafoarele care sunt utilizate pentru a comunica în interiorul si între subsisteme si aplicatii ale computerului. Apoi da controlul asupra calculatorului sistemului de operare.
   Sarcinile sistemului de operare, în sensul cel mai general, se încadreaza în sase categorii:
         -managementul procesorului
         -managementul memoriei
         -managementul dispozitivelor
         -managementul spatiului de pe disk
         -interfata cu aplicatiile
         -interfata cu utilizatorul
   Desi exista cativa oameni care sustin ca un sistem de operare ar trebui sa faca mai mult decât aceste sase sarcini, iar unii comercianti ai sistemelor de operare au integrat mai multe programe utilitare si functii auxiliare în sistemele lor de operare, aceste sase sarcini definesc principalul tuturor sistemelor de operare.