Операционные системы: История, Принципы, Архитектура, Типы и Современные Вызовы (Академический Реферат)

Представьте мир, где каждый раз, когда вы хотите запустить программу, вам приходится вручную указывать компьютеру, как использовать процессор, сколько памяти выделить и где сохранить данные. Именно такой была реальность до появления операционных систем (ОС). Сегодня ОС — это не просто набор программ, а невидимый дирижер, оркеструющий сложную симфонию аппаратного и программного обеспечения, делая современные вычислительные системы интуитивно понятными и функциональными. Для студентов технических специальностей, будь то информатика, программная инженерия или компьютерные науки, а также для учащихся старших классов с углубленным изучением информатики, формирование комплексного понимания роли и функционирования ОС является краеугольным камнем в освоении основ информационных технологий.

Данный реферат ставит своей целью не просто изложение фактов, но глубокий аналитический обзор, раскрывающий фундаментальные аспекты операционных систем. Мы проследим их историческую эволюцию от простейших мониторов до многофункциональных современных платформ, детально разберем внутренние механизмы управления ресурсами, изучим архитектурные подходы, классифицируем по ключевым признакам и, наконец, проанализируем текущие тенденции и вызовы, формирующие будущее этих незаменимых программных комплексов. Цель работы — создать всестороннее и академически строгое представление об операционных системах, необходимое для глубокого понимания их роли в современной цифровой экосистеме.

История и эволюция операционных систем

История развития операционных систем — это захватывающая хроника, тесно переплетенная с эволюцией самих вычислительных систем; аппаратное и программное обеспечение всегда развивались рука об руку, оказывая взаимное влияние и подталкивая друг друга к новым горизонтам. От примитивных ручных переключателей до сложных интеллектуальных систем, ОС прошли долгий путь, каждый этап которого был отмечен ключевыми инновациями, определившими их текущий облик.

Ранние этапы (1945–1965 гг.): Отсутствие ОС и появление пакетных систем

Первые электронно-вычислительные машины, появившиеся в период с 1945 по 1955 годы, были громоздкими, ламповыми гигантами, с которыми программисты работали напрямую. Каждый вычислительный процесс требовал ручного управления с пульта: загрузка программ, ввод данных, запуск и остановка выполнялись оператором вручную. Это была эпоха прямого диалога человека с машиной, без каких-либо посредников в виде ОС. Эффективность использования дорогостоящего оборудования была крайне низкой из-за длительных переключений между заданиями.

Ситуация начала меняться во второй половине 1950-х годов с появлением транзисторов и, как следствие, более компактных и быстрых компьютеров. Именно тогда родилась концепция пакетных операционных систем. Такие системы, как FMS (Fortran Monitor System) и IBSYS, разработанные в период 1955–1965 гг., были призваны автоматизировать выполнение программ. Задания, записанные на перфокартах или магнитных лентах, собирались в «пакеты» и подавались на вход системе, которая автоматически запускала их по очереди. Это позволяло минимизировать ручное вмешательство и значительно повысить пропускную способность машин за счет устранения пауз между заданиями. Однако такие системы были однозадачными и не предусматривали интерактивного взаимодействия.

Эпоха многозадачности и многопользовательских систем (1960-е – 1980 г.)

Третий период развития, начавшийся в 1960-х и продлившийся до 1980 года, был ознаменован переходом на интегральные микросхемы и рождением концепции многозадачности и многопользовательских систем. Именно тогда ОС стали неотъемлемой частью компьютеров, беря на себя все большую часть действий по организации вычислительного процесса. Появились первые амбициозные проекты, такие как OS/360 для мэйнфреймов IBM System/360, которая была одной из первых коммерчески успешных многозадачных систем. Еще одним значимым проектом стал MULTICS (Multiplexed Information and Computing Service), разработанный Массачусетским технологическим институтом, Bell Labs и General Electric. MULTICS был пионером во многих аспектах, включая виртуальную память, иерархическую файловую систему и механизмы безопасности, хотя и не достиг широкого коммерческого успеха из-за своей сложности.

Важной инновацией этого поколения стало спулинг (spooling) — техника организации вычислительного процесса, которая позволяла значительно улучшить утилизацию ресурсов. Задания, например, считывались с медленных перфокарт на высокоскоростной диск, а затем загружались в освободившиеся разделы оперативной памяти для выполнения. Это позволяло избежать простоя центрального процессора в ожидании медленных операций ввода-вывода, тем самым повышая общую эффективность системы.

Революция UNIX: принципы и наследие

В 1969 году в Bell Labs произошло событие, которое навсегда изменило ландшафт операционных систем: была разработана UNIX. Созданная Кеном Томпсоном и Деннисом Ритчи, UNIX быстро завоевала популярность благодаря своим новаторским идеям и стала одной из самых исторически важных систем.

Основные принципы UNIX, такие как портативность, иерархическая файловая система, философия «всё — файл», мощный командный интерфейс и модульный подход, легли в основу таких систем, как Linux, macOS (через NeXTSTEP и Mach ядро) и различных дистрибутивов BSD (например, FreeBSD, OpenBSD).

• Портативность: Изначально написанная на ассемблере, UNIX была переписана на языке C, что сделало её одной из первых ОС, легко портируемых на различные аппаратные платформы. Это было революционно для того времени.
• Иерархическая файловая система: UNIX популяризировала концепцию единого корневого каталога с произвольной глубиной вложенности, что значительно упростило организацию данных.
• Философия «всё — файл»: В UNIX-подобных системах устройства, сетевые соединения и даже процессы представляются как файлы, что унифицирует операции ввода-вывода и упрощает взаимодействие.
• Модульный подход: UNIX активно использовала конвейеры (pipes) для соединения простых утилит, каждая из которых выполняла одну задачу, но делала это хорошо. Это способствовало созданию гибких и мощных командных скриптов.
• Многозадачность и многопользовательский режим: С самого начала UNIX была спроектирована как система, способная одновременно обслуживать нескольких пользователей и выполнять множество задач.

Наследие UNIX прослеживается во многих современных ОС, что делает её изучение критически важным для понимания базовых принципов системного программирования.

Эпоха персональных компьютеров и графических интерфейсов (с 1980 г. по настоящее время)

Четвертый период развития, начавшийся с 1980 года и продолжающийся по сей день, связан с появлением персональных компьютеров на базе больших интегральных схем (БИС) и бурным развитием классических, сетевых и распределенных систем.

В начале 80-х годов ключевую роль на рынке персональных компьютеров играла DOS (Disk Operating System). Изначально это была QDOS (Quick and Dirty Operating System), приобретенная и доработанная Microsoft для IBM PC-совместимых компьютеров, ставшая известной как MS-DOS. MS-DOS была однопрограммной, однопользовательской ОС с командным интерфейсом, работающей в режиме реального времени процессора x86. Её простота и доступность сделали её стандартом для миллионов пользователей.

Стремление к более интуитивному взаимодействию привело к появлению графических пользовательских интерфейсов (GUI). Первая версия Microsoft Windows (1985 год) была не самостоятельной операционной системой, а графической оболочкой, работающей поверх MS-DOS. Это был важный шаг к визуализации взаимодействия. Однако полноценной ОС с собственной архитектурой Windows стала лишь с выпуском Windows 95 в 1995 году, а затем Windows 98 с улучшенным интерфейсом и поддержкой файловой системы FAT32. Параллельно с ними развивалась ветка Windows NT (New Technology), представлявшая собой полноценную 32-разрядную систему с совершенно новой, более надежной архитектурой, предназначенной для корпоративного сегмента.

В 1991 году произошла еще одна революция, на этот раз в мире свободного программного обеспечения. Линус Торвальдс создал ядро Linux и выложил его исходный код в Интернет. Это решение сыграло решающую роль в дальнейшей судьбе Linux как открытой системы, породив огромное сообщество разработчиков и множество дистрибутивов, которые сегодня доминируют в серверном сегменте и активно используются на персональных компьютерах.

Развитие сетевых и мобильных ОС

С середины 80-х годов стало очевидно, что компьютеры должны работать не изолированно, а в сетях. Это привело к бурному развитию сетевых операционных систем. На ранних этапах появились коммерческие решения, такие как Novell NetWare (середина 1980-х) и Microsoft LAN Manager (конец 1980-х), которые предоставляли централизованные файловые и печатные услуги. К 1990-м годам сетевые возможности стали интегрироваться непосредственно в основные операционные системы для персональных компьютеров и серверов, например, в Windows NT, сделав сетевое взаимодействие неотъемлемой частью любой современной ОС.

На рубеже веков началось активное развитие мобильных операционных систем. Symbian OS, выпущенная в 1997 году, стала одной из первых коммерчески успешных мобильных ОС, доминировавших на рынке смартфонов в начале 2000-х. За ней последовали RIM Blackberry OS и, конечно, Apple iOS и Android, которые кардинально изменили мобильный ландшафт. Современные тенденции включают развитие облачных ОС, где вычислительные ресурсы и данные находятся в «облаке», а пользователь взаимодействует с ними через веб-интерфейс. Технологии контейнеризации, такие как Docker, также изменили подход к развертыванию приложений, предлагая легковесную виртуализацию. Наконец, интеграция с искусственным интеллектом (ИИ) и виртуальной реальностью, а также постоянное улучшение безопасности формируют текущие направления развития ОС.

Таблица 1: Хронология ключевых этапов развития операционных систем

Период	Характеристика	Ключевые инновации/Примеры	Влияние на дальнейшее развитие
1945–1955 гг.	Отсутствие ОС, ручное управление ламповыми машинами	—	Заложило потребность в автоматизации и эффективном управлении ресурсами
1955–1965 гг.	Появление транзисторов и пакетных ОС	FMS, IBSYS. Автоматическое выполнение заданий по очереди.	Увеличение пропускной способности, минимизация ручного труда. Прототип планировщиков задач.
1960-е – 1980 г.	Интегральные микросхемы, многозадачность, многопользовательский режим	OS/360, MULTICS, спулинг. UNIX (1969 г.).	Фундамент для современных ОС: виртуальная память, иерархические ФС, многозадачность, портативность. Рождение UNIX-подобных систем.
1980 г. – наст. вр.	Персональные компьютеры, БИС, графические интерфейсы, сети, мобильные устройства	DOS, Microsoft Windows (графические оболочки, затем самостоятельные ОС), Linux (1991 г.). Novell NetWare, Symbian OS, Android, iOS.	Доминирование ПК, развитие GUI, массовое распространение ОС, становление открытого ПО. Интеграция сетевых и мобильных возможностей.
Современность	Облачные ОС, контейнеризация, ИИ, IoT, усиление безопасности	Docker, Kubernetes, Google Cloud OS, HarmonyOS, KasperskyOS, FreeRTOS.	Виртуализация на всех уровнях, распределенные вычисления, интеллектуальное управление, безопасность как приоритет.

Фундаментальные принципы функционирования операционных систем

Операционная система — это не просто набор программ, а сложный, многоуровневый комплекс, чья архитектура и логика работы строятся на ряде фундаментальных принципов. Понимание этих принципов критически важно для любого, кто стремится разобраться в том, как функционирует современный компьютер. ОС выступает в роли дирижера, управляющего всеми ресурсами системы и обеспечивающего гармоничное взаимодействие между аппаратным обеспечением, прикладными программами и пользователем.

Основные определения и понятия

Прежде чем углубляться в механизмы работы, необходимо установить четкую терминологию:

• Операционная система (ОС): Это программное обеспечение, которое управляет компьютером и его ресурсами (процессором, памятью, устройствами ввода-вывода), обеспечивает запуск прикладных программ, предоставляет программный интерфейс для взаимодействия с компьютером и занимается распределением ресурсов между различными задачами.
• Ядро (Kernel): Центральная, наиболее привилегированная часть ОС, которая обеспечивает приложениям координированный доступ к аппаратным ресурсам. Оно управляет процессорным временем, памятью, внешним оборудованием, а также предоставляет сервисы файловой системы и сетевых протоколов.
• Процесс: Это исполняемый экземпляр пользовательской программы. Процесс представляет собой объект, владеющий выделенной памятью, файловыми дескрипторами и другими ресурсами. Каждый процесс имеет свое изолированное адресное пространство.
• Поток выполнения (тред): Наименьшая единица обработки, исполнение которой может быть назначено ядром операционной системы. Поток находится внутри процесса, и несколько потоков могут существовать в рамках одного процесса, совместно используя его ресурсы (например, адресное пространство памяти), что позволяет повысить параллелизм выполнения.
• Виртуальная память: Это метод управления памятью компьютера, позволяющий выполнять программы, объем которых превышает размер физической оперативной памяти. Он достигается путем автоматического перемещения частей программы (страниц или сегментов) между основной памятью и вторичным хранилищем (например, жёстким диском), создавая иллюзию большого непрерывного адресного пространства для каждого процесса.
• Драйверы устройств: Специальные программные модули, которые непосредственно обслуживают внешние устройства. Они выступают в роли переводчиков, обеспечивая взаимодействие между высокоуровневыми запросами ОС и специфическими командами аппаратного обеспечения.
• Системный вызов (System Call): Интерфейс между пользовательской программой и ядром ОС. Через системные вызовы приложения обращаются к ядру за услугами, требующими привилегированного режима работы процессора, такими как доступ к файлам, управление процессами или работа с устройствами ввода-вывода.

Управление процессами и потоками

Подсистема управления процессами и потоками является одной из самых сложных и критически важных частей операционной системы. Её основная задача — эффективное распределение процессорного времени и других ресурсов между конкурирующими задачами.

Основные функции этой подсистемы включают:

• Создание и уничтожение: Запуск новых процессов (по запросу пользователя, ОС или другого процесса) и их корректное завершение.
• Обеспечение ресурсами: Выделение памяти, файловых дескрипторов и других необходимых ресурсов.
• Изоляция: Предотвращение взаимного влияния процессов друг на друга, обеспечение их независимости.
• Планирование (Scheduling): Определение порядка выполнения процессов и потоков на процессоре.
• Диспетчеризация (Dispatching): Фактическая передача управления процессору выбранному процессу/потоку.
• Межпроцессное взаимодействие (IPC): Предоставление механизмов для обмена данными между процессами.
• Синхронизация: Координация доступа процессов/потоков к общим ресурсам для предотвращения конфликтов.

Для управления каждым процессом ОС создает специальную структуру данных — Блок управления процессом (Process Control Block, PCB). Этот блок содержит всю необходимую информацию о процессе:

• Идентификационные данные: ID процесса (PID), ID родительского процесса (PPID), ID пользователя, ID группы.
• Статус процесса: Текущее состояние (например, «готов к исполнению», «запущен», «заблокирован»).
• Приоритет: Значение, определяющее очередность выполнения процесса.
• Счетчик команд (Program Counter): Адрес следующей инструкции для выполнения.
• Информация об организации памяти: Базовые регистры, таблицы страниц, границы сегментов.
• Контекстные данные: Значения регистров процессора.
• Статус ввода-вывода: Открытые файлы, используемые устройства, буферы.

Процесс может находиться в одном из нескольких состояний, которые отражают его жизненный цикл:

• «Создан» (New): Процесс только что создан, но еще не готов к выполнению.
• «Готов к исполнению» (Ready): Процесс находится в оперативной памяти и ожидает выделения процессорного времени.
• «Запущен» (Running): Процесс активно выполняется на центральном процессоре.
• «Заблокирован» (Blocked/Waiting): Процесс ожидает завершения какого-либо события (например, операции ввода-вывода, получения данных от другого процесса).
• «Завершен» (Terminated): Процесс завершил свое выполнение.

Алгоритмы планирования процессов

Планирование процессов — это механизм, определяющий, какой процесс или пот��к будет исполняться следующим и как долго. Это одна из ключевых функций ОС, влияющая на общую производительность и отзывчивость системы. Планирование делится на три уровня:

• Долгосрочное планирование (High-level scheduling или Job scheduling): Определяет, какие задания будут загружены в оперативную память для обработки. Актуально для пакетных систем, в современных ОС менее выражено, но связано с решением о запуске программ.
• Среднесрочное планирование (Medium-term scheduling): Управляет выгрузкой/загрузкой процессов из/в оперативную память (swapping) с целью оптимизации использования памяти и повышения эффективности.
• Краткосрочное планирование (Low-level scheduling или CPU scheduling): Наиболее часто используемый тип, который распределяет процессорное время между процессами, находящимися в состоянии «готов к исполнению».

Популярные алгоритмы планирования включают:

• «Первым пришел — первым обслужен» (First-Come, First-Served, FCFS): Процессы выполняются в порядке их поступления в очередь. Прост в реализации, но может быть неэффективен (долгое задание блокирует короткие).
• «Кратчайшая работа первой» (Shortest Job Next/First, SJN/SJF): Выполняется процесс с наименьшим ожидаемым временем выполнения. Оптимален по среднему времени ожидания, но требует знания времени выполнения, что практически невозможно.
• Приоритетное планирование (Priority Scheduling): Каждому процессу присваивается приоритет, и выполняется процесс с наивысшим приоритетом. Может привести к «голоданию» низкоприоритетных процессов.
• «Круговой Робин» (Round Robin, RR): Каждому процессу выделяется фиксированный квант времени (тайм-слайс). Если процесс не завершается за квант, он ставится в конец очереди. Обеспечивает справедливое распределение процессорного времени и хорошую отзывчивость.
• Многоуровневые очереди (Multilevel Queue Scheduling): Система использует несколько очередей, каждая с собственным алгоритмом планирования и приоритетом.

Алгоритмы могут быть вытесняющими (preemptive) или невытесняющими (non-preemptive).

• Невытесняющие: Процесс, получивший процессор, выполняется до своего завершения или до тех пор, пока сам не освободит процессор (например, при ожидании ввода/вывода). Пример: ранние MS-DOS.
• Вытесняющие: ОС может прервать выполнение процесса и передать управление другому, например, по истечении кванта времени или при появлении более приоритетного процесса. Это повышает отзывчивость и стабильность системы. Примеры: UNIX, Windows NT, Linux.

Диспетчеризация — это непосредственная реализация решения, принятого планировщиком. Она включает в себя:

1. Сохранение контекста текущего процесса (значения регистров, счетчик команд).
2. Загрузка контекста нового процесса.
3. Передача управления новому процессу, который начинает выполнение с сохраненной точки.

Этот процесс называется переключением контекста (context switch) и является накладными расходами ОС.

Синхронизация процессов

Когда несколько процессов или потоков одновременно обращаются к общим ресурсам (например, переменным, файлам, устройствам), возникает проблема состояния гонки (race condition), которая может привести к несогласованности данных. Синхронизация процессов и потоков осуществляется с помощью специальных механизмов для обеспечения согласованности данных при одновременном доступе к общим ресурсам:

• Семафоры: Целочисленные переменные, используемые для управления доступом к ресурсам. Операции P (wait) и V (signal) атомарны и позволяют процессам ждать освобождения ресурса или сигнализировать о его освобождении.
• Мьютексы (Mutexes): Бинарные семафоры, используемые для обеспечения взаимного исключения. Только один процесс может владеть мьютексом (и, следовательно, получать доступ к защищаемому ресурсу) в любой момент времени.
• Критические области (Critical Sections): Участки кода, где происходит доступ к общим ресурсам. Синхронизация гарантирует, что только один поток может выполнять код в критической области в данный момент.
• События (Events): Механизмы, позволяющие одному процессу уведомить другой о наступлении определенного события.

Управление памятью

Ядро ОС осуществляет полный контроль над оперативной памятью, используя различные стратегии для её эффективного распределения и защиты. Главная цель — обеспечить каждому процессу достаточное адресное пространство, защитить его от других процессов и от самой ОС, а также максимизировать использование физической памяти.

Функции ОС по управлению памятью включают:

• Отслеживание свободной и занятой памяти: Постоянный учет того, какие области памяти используются, а какие свободны.
• Выделение и освобождение памяти: Предоставление запрошенного объема памяти процессам и возврат её в пул свободной при завершении или по запросу.
• Организация виртуальной памяти: Создание абстракции большого и непрерывного адресного пространства для каждого процесса.
• Настройка адресов: Трансляция виртуальных адресов программы в физические адреса оперативной памяти.
• Динамическое распределение и дефрагментация: Управление фрагментацией памяти и её оптимизация.
• Защита памяти: Предотвращение несанкционированного доступа одного процесса к памяти другого или к памяти ядра.

Методы управления непрерывной и несмежной памятью

Методы управления памятью делятся на два основных подхода:

1. Управление непрерывной памятью: Каждый процесс получает непрерывный блок физической памяти.
   • Одно непрерывное выделение: Вся память, за исключением области для ОС, выделяется одной программе. Пример: MS-DOS.
   • Фиксированные разделы: Память делится на несколько фиксированных по размеру разделов. Процесс загружается в подходящий раздел. Неэффективно из-за внутренней фрагментации.
   • Динамические разделы: Память делится на разделы по мере необходимости, размер которых соответствует размеру процесса. Возникает внешняя фрагментация.
2. Управление несмежной памятью: Части программы могут размещаться в непересекающихся областях физической памяти. Это более гибкий и современный подход.
   • Страничная организация (Paging): Физическая память делится на блоки фиксированного размера, называемые страничными кадрами (frames). Виртуальное адресное пространство процесса также делится на блоки того же размера — страницы (pages). ОС поддерживает таблицы страниц (page tables), которые отображают виртуальные страницы на физические кадры. Это полностью устраняет проблему внешней фрагментации.
   • Сегментация (Segmentation): Адресное пространство процесса делится на логические единицы, называемые сегментами (например, сегмент кода, сегмент данных, сегмент стека). Каждый сегмент может иметь разный размер и размещаться в разных областях физической памяти.

Виртуальная память и подкачка

Виртуальная память — это ключевая концепция современных ОС, позволяющая эффективно управлять памятью и предоставлять каждому процессу иллюзию большого, непрерывного и приватного адресного пространства. Она аппаратно поддерживается большинством современных процессоров с помощью блока управления памятью (Memory Management Unit, MMU). MMU отвечает за трансляцию виртуальных адресов, используемых программой, в физические адреса в оперативной памяти.

Принцип работы:

• Когда программа обращается к виртуальному адресу, MMU проверяет таблицу страниц.
• Если соответствующая страница находится в физической памяти, MMU преобразует виртуальный адрес в физический и операция выполняется.
• Если страница отсутствует в физической памяти (так называемый отказ страницы, page fault), генерируется прерывание. ОС перехватывает его, находит нужную страницу на диске и загружает её в свободный страничной кадр, обновляя таблицу страниц.

Механизм подкачки (swapping) является важной частью виртуальной памяти. Он используется ОС для временного перемещения неактивных процессов или частей данных между оперативной памятью и вспомогательным хранилищем (например, жёстким диском) для освобождения места в ОЗУ для более активных процессов. Это позволяет системе запускать больше программ, чем позволяет физическая память, хотя и за счет снижения производительности при частых операциях подкачки.

Защита памяти — это еще одна критически важная функция. Она включает:

• Установление прав доступа (чтение, запись, выполнение) к различным областям памяти.
• Защиту адресного пространства одного процесса от несанкционированного доступа со стороны других процессов.
• Резервирование областей памяти для ядра, которые недоступны для пользовательских процессов.

Управление файловой системой

Файловая система (ФС) — это не просто структура каталогов, а фундаментальный порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации. Без ФС невозможно эффективно работать с файлами, так как она превращает разрозненные биты информации в осмысленные объекты, понятные как для ОС, так и для прикладного программного обеспечения.

ФС определяет:

• Формат содержимого: Как данные записываются на диск.
• Способ физического хранения: Как файлы распределены по блокам диска.
• Размер имен файлов и каталогов: Максимальная длина и допустимые символы.
• Максимальный размер файла и раздела: Ограничения на объем хранимых данных.
• Набор атрибутов файла: Дополнительная информация о файле (дата создания, размер, права доступа).

Основные функции ФС:

• Именование файлов: Предоставление уникальных имен и иерархической структуры для организации.
• Программный интерфейс: API для создания, удаления, чтения, записи и изменения файлов.
• Отображение логической модели на физическую: Преобразование логических запросов к файлам в низкоуровневые операции с дисковыми блоками.
• Обеспечение устойчивости к сбоям: Механизмы для восстановления данных после сбоев (например, журналирование).
• Управление параметрами файла: Изменение атрибутов, прав доступа.

Примеры широко используемых файловых систем включают NTFS и ReFS для операционных систем Windows, а также EXT4 для Linux-систем. В UNIX-подобных системах реализована концепция единого корневого каталога (/), в который монтируются все остальные файлы и каталоги, включая те, что расположены на разных физических дисках или сетевых ресурсах. Это создает унифицированное иерархическое дерево, облегчая доступ к данным.

Подсистема ввода-вывода (I/O)

Подсистема ввода-вывода обеспечивает жизненно важный обмен данными между приложениями и периферийными устройствами компьютера. Без неё компьютер был бы лишь замкнутой вычислительной машиной.

К основным задачам подсистемы I/O относятся:

• Организация параллельной работы: Позволяет процессору выполнять другие задачи, пока устройства ввода-вывода обмениваются данными.
• Согласование скоростей обмена: Буферизация данных для компенсации разницы в скорости между процессором и медленными устройствами.
• Кэширование данных: Временное хранение часто используемых данных для ускорения доступа.
• Разделение устройств: Предоставление множеству процессов доступа к одному устройству ввода-вывода (например, принтеру) без конфликтов.
• Обеспечение удобного логического интерфейса: Скрытие сложности работы с аппаратным обеспечением от приложений.
• Поддержка широкого спектра драйверов: Возможность работы с разнообразными устройствами.
• Динамическая загрузка/выгрузка драйверов: Подключение новых устройств без перезагрузки системы.
• Поддержка синхронных и асинхронных операций: Гибкость в организации взаимодействия.

Основными компонентами подсистемы ввода-вывода являются драйверы, которые управляют внешними устройствами, и файловая система, которая организует хранение данных на блочных устройствах. В работе подсистемы активно участвует диспетчер прерываний, так как большинство операций ввода-вывода асинхронны и сигнализируют о своем завершении посредством аппаратных прерываний.

Устройства ввода-вывода классифицируются на:

• Байт-ориентированные: Обрабатывают данные по одному байту (например, клавиатура, мышь, последовательные порты).
• Блок-ориентированные: Обрабатывают данные блоками фиксированного размера (например, жёсткие диски, SSD).

Операционная система управляет вводом-выводом, записывая команды в специальные регистры контроллера устройства. Контроллер выполняет операцию, и по её завершении генерирует прерывание, которое передает управление ОС. Ядро ОС предоставляет процессу унифицированную схему взаимодействия с периферийными устройствами, скрывая их истинную архитектуру и делая работу программиста намного проще.

Архитектурные модели и компоненты операционных систем

Архитектура операционной системы — это, по сути, её скелет и нервная система, определяющая, как взаимодействуют её части, какие функции она может выполнять и насколько эффективно. Это структурная и функциональная организация ОС на основе совокупности программных модулей, которая диктует большинство её возможностей, включая диалоговое взаимодействие, многозадачность, безопасность и расширяемость.

Основные компоненты ОС и роль ядра

Несмотря на разнообразие ОС, можно выделить общие основные компоненты, которые взаимодействуют друг с другом для обеспечения полной функциональности:

• Ядро (Kernel): Центральная часть, сердце ОС.
• Драйверы устройств: Программные модули для взаимодействия с аппаратным обеспечением.
• Системные библиотеки: Набор функций, используемых прикладными программами для доступа к сервисам ядра.
• Пользовательский интерфейс (User Interface, UI): Средства для взаимодействия пользователя с системой (например, командная строка или графическая оболочка).
• Системные утилиты: Программы для администрирования, диагностики и обслуживания системы.

Ядро является ключевым элементом, обеспечивающим приложениям координированный доступ к ресурсам компьютера: процессорному времени, памяти, внешнему аппаратному обеспечению, а также устройствам ввода-вывода. Оно предоставляет сервисы файловой системы и сетевых протоколов, выступая как низший уровень абстракции для доступа приложений к системным ресурсам через системные вызовы.

Ядро выполняет пять основных функций:

1. Управление памятью: Распределение и защита оперативной памяти.
2. Управление процессами: Создание, планирование, синхронизация и завершение процессов и потоков.
3. Взаимодействие драйверов устройств: Обеспечение работы с периферийными устройствами.
4. Управление файловой системой: Организация хранения данных на постоянных носителях.
5. Сетевое взаимодействие: Обработка сетевых протоколов и обеспечение связи.

Ключевым аспектом работы ядра является его привилегированный режим (режим ядра или режим супервизора). В этом режиме ядро имеет неограниченный доступ ко всему оборудованию и системным ресурсам. В отличие от него, пользовательские приложения работают в ограниченном пользовательском пространстве (пользовательский режим), где их доступ к аппаратному обеспечению строго контролируется ядром через системные вызовы. Это разделение обеспечивает стабильность и безопасность системы, предотвращая несанкционированный доступ или сбой одного приложения, который мог бы повлиять на всю систему.

Типы архитектур ядер операционных систем

Способ организации внутренних компонентов ядра — один из важнейших факторов, определяющих характеристики ОС. Существует три основных архитектурных подхода: монолитное ядро, микроядро и гибридное ядро.

Монолитное ядро

Монолитное ядро — это классическая и наиболее распространённая архитектура. В ней все основные функции и сервисы ОС (управление процессами, памятью, вводом-выводом, файловыми системами, сетевыми протоколами) работают в одном адресном пространстве как единая, большая программа в режиме супервизора. Это означает, что компоненты ядра напрямую вызывают функции друг друга.

Достоинства:

• Высокая скорость работы: Благодаря отсутствию накладных расходов на межпроцессное взаимодействие (IPC) и переключение контекста между режимами ядра и пользователя, компоненты ядра могут очень быстро обмениваться данными и вызывать друг друга.
• Относительная простота разработки (в ранних реализациях): В начальных этапах создания было проще поместить весь код в одно большое пространство.

Недостатки:

• Сложность отладки и понимания кода: Из-за огромного размера и взаимозависимости всех компонентов, отладка и модификация монолитного ядра могут быть крайне трудными.
• «Разбухание» кода: Добавление новых функций или драйверов ведет к увеличению размера ядра, что требует больше оперативной памяти.
• Низкая устойчивость к сбоям: Сбой в одном компоненте ядра (например, в драйвере устройства) может привести к краху всей системы, поскольку все компоненты работают в одном привилегированном адресном пространстве.
• Сложность обновления: Изменение или добавление новых функций часто требует полной перек��мпиляции и перезагрузки всего ядра.

Примеры: Традиционные ядра UNIX (такие как BSD), Linux, а также ядра MS-DOS и KolibriOS.

Важной модификацией монолитных ядер является модульное ядро. Оно позволяет динамически подгружать и выгружать модули (например, драйверы устройств или файловые системы) во время работы системы без необходимости полной перекомпиляции ядра. Это улучшает гибкость и сокращает время простоя. Однако, эти модули всё равно загружаются в адресное пространство ядра и работают как его интегральная часть, наследуя многие из недостатков чисто монолитной архитектуры в плане безопасности и устойчивости к сбоям.

Микроядро

Архитектура микроядра полярно противоположна монолитной. Она реализует минимальный набор базовых функций ядра в привилегированном режиме:

• Управление физической и виртуальной памятью.
• Управление процессорным временем (планирование потоков).
• Доступ к устройствам ввода-вывода (в крайне ограниченном виде).
• Межпроцессная коммуникация (Inter-Process Communication, IPC) — механизм обмена сообщениями между процессами.

Все остальные функции ОС (например, драйверы устройств, реализации файловых систем, сетевые стеки, серверы оконного интерфейса) вынесены в пользовательское пространство и работают как отдельные процессы-сервисы. Эти сервисы взаимодействуют с ядром через системные вызовы и друг с другом посредством IPC.

Достоинства:

• Высокая степень модульности: Новые функции и драйверы легко добавляются как отдельные процессы, не влияя на ядро.
• Повышенная устойчивость к сбоям: Сбой в одном сервере (например, драйвере) не приводит к краху всей системы, так как он работает в своем изолированном адресном пространстве.
• Упрощение отладки: Малый размер кода ядра упрощает его верификацию и отладку.
• Минимизация поверхности атаки: Меньший объем кода ядра означает меньше потенциальных уязвимостей.

Недостатки:

• Более низкая производительность: Значительные накладные расходы на межпроцессное взаимодействие (IPC) и частое переключение контекста между режимами ядра и пользователя, поскольку даже базовые сервисы требуют обмена сообщениями.
• Сложность разработки сервисов: Разработка сервисов требует использования механизмов IPC, что может быть сложнее, чем прямой вызов функций в монолитном ядре.

Примеры: QNX (широко используется во встраиваемых системах), MINIX (учебная ОС), Symbian OS, а также микроядро Mach, использовавшееся в NextStep и macOS.

Гибридное ядро

Гибридное ядро представляет собой компромисс между монолитной и микроядерной архитектурами. Это модифицированные микроядра, которые для ускорения работы позволяют запускать некоторые «несущественные» части ОС (например, драйверы или файловые системы) в пространстве ядра. Таким образом, они совмещают подходы обеих архитектур.

Достоинства:

• Компромисс производительности и гибкости: Обеспечивает относительно высокую производительность, свойственную монолитным решениям, при сохранении части модульности и отказоустойчивости микроядерной архитектуры.
• Гибкость: Позволяет разработчикам решать, какие компоненты запускать в пространстве ядра для скорости, а какие — в пользовательском пространстве для стабильности.
• Удобство обновления: Некоторые подсистемы можно обновлять без полной перезагрузки ядра.

Недостатки:

• Сложность разработки: Разработка гибридных ядер может быть более сложной из-за необходимости балансировать между различными архитектурными подходами.
• Потенциально сниженная безопасность: По сравнению с чистыми микроядерными системами, запуск большего числа компонентов в режиме ядра увеличивает потенциальную поверхность атаки и риск сбоев.

Примеры: Ядра операционных систем семейства Microsoft Windows NT (Windows NT, 2000, XP, Vista, 7, 8, 10, 11) и macOS (которое основано на микроядре Mach с добавлением большого монолитного сервера BSD-ядра для повышения производительности).

Таблица 2: Сравнительный анализ архитектур ядер ОС

Характеристика	Монолитное ядро	Микроядро	Гибридное ядро
Основные функции	Все сервисы (управление процессами, памятью, I/O, ФС, сеть) в одном адресном пространстве ядра.	Минимальные базовые функции (управление памятью, потоками, IPC) в ядре; остальные как сервисы в пользовательском пространстве.	Базовые функции в ядре, некоторые «несущественные» сервисы (драйверы, ФС) могут выполняться в ядре для производительности.
Адресное пространство	Одно, привилегированное	Раздельное: привилегированное (ядро) и пользовательское (сервисы)	Смешанное: часть сервисов в привилегированном, часть в пользовательском.
Межкомпонентное взаимодействие	Прямые вызовы функций	Межпроцессная коммуникация (IPC)	Прямые вызовы внутри ядра; IPC для взаимодействия с сервисами в пользовательском пространстве.
Производительность	Высокая (низкие накладные расходы)	Более низкая (высокие накладные расходы на IPC и переключение контекста)	Средняя-высокая (компромисс между монолитным и микроядерным подходом)
Устойчивость к сбоям	Низкая (сбой одного компонента может привести к краху всей системы)	Высокая (сбой сервиса не затрагивает ядро и другие сервисы)	Средняя (зависит от того, какие компоненты запущены в ядре)
Модульность/Гибкость	Низкая (сложность добавления/изменения функций, требуется перекомпиляция ядра; модульное ядро улучшает это, но не полностью)	Высокая (легкое добавление/замена сервисов)	Средняя-высокая (возможность динамической загрузки компонентов, гибкость в выборе места запуска)
Сложность разработки/отладки	Высокая (для ядра в целом)	Низкая (для ядра), высокая (для сервисов с IPC)	Средняя (сложность балансирования)
Безопасность	Низкая (большая поверхность атаки, все в привилегированном режиме)	Высокая (малая поверхность атаки, изоляция сервисов)	Средняя (зависит от числа компонентов в ядре)
Примеры	Linux, BSD (традиционные), MS-DOS, KolibriOS	QNX, MINIX, Mach (основа NextStep/macOS), Symbian OS	Microsoft Windows NT (и последующие версии), macOS

Взаимодействие операционных систем с пользователем, аппаратными ресурсами и программными приложениями

Операционная система (ОС) — это не просто набор программ, а сложный посредник, который находится в самом центре вычислительной системы. Она обеспечивает три уровня взаимодействия: с аппаратными ресурсами, с программными приложениями и, конечно, с пользователем, скрывая при этом невероятную сложность низкоуровневых операций.

Взаимодействие с аппаратными ресурсами

ОС — это главный контролер и диспетчер всех аппаратных ресурсов компьютера. После успешной загрузки она получает полное управление процессором и всем периферийным оборудованием. Её роль можно сравнить с центральным пунктом управления в сложной инфраструктуре.

Управление аппаратными устройствами осуществляется ОС с помощью драйверов устройств. Эти специальные программные модули выступают в роли переводчиков между общими запросами операционной системы и специфическими командами, которые понимает конкретный контроллер устройства. Драйверы предоставляют стандартизированные точки входа для взаимодействия с прикладными программами, а ОС диспетчеризирует эти обращения, направляя их соответствующим драйверам.

Современные ОС способны динамически распределять аппаратные ресурсы (например, адреса внешних портов, линии прерываний процессора, каналы прямого доступа к памяти) между устройствами, поддерживая принцип Plug-and-Play. Это означает, что пользователь может подключить новое устройство, и ОС автоматически определит его, загрузит нужный драйвер и выделит необходимые ресурсы, делая процесс установки максимально простым.

Для обеспечения эффективной работы, особенно в многозадачных системах, ОС активно использует аппаратный таймер. Этот таймер генерирует периодические прерывания, которые позволяют планировщику ОС переключаться между процессами, обеспечивая честное распределение процессорного времени.

Разграничение доступа к критическим ресурсам, таким как память или привилегированные инструкции процессора, обеспечивается концепцией доменов безопасности или колец процессора (CPU Rings). В этой модели память и инструкции промаркированы номером «кольца» безопасности (например, 0 для ядра, 3 для пользовательских приложений). Инструкции могут использовать адреса или выполнять действия только в кольцах с номером не более текущего, что предотвращает несанкционированный доступ пользовательских программ к системным областям.

Прерывания — это фундаментальный механизм взаимодействия ОС с аппаратурой. Это сигналы, которые временно останавливают последовательное выполнение программы для обработки запроса или реакции на событие. Различают:

• Аппаратные прерывания: Инициируются внешними устройствами (например, нажатие клавиши клавиатуры, клик мыши, завершение операции жёсткого диска).
• Программные прерывания: Инициируются программой или самой ОС (например, системные вызовы, деление на ноль, обращение к несуществующей памяти).

Когда происходит прерывание, текущее состояние процессора сохраняется, и управление передается специальной программе-обработчику прерываний в ядре ОС. После обработки прерывания ОС восстанавливает состояние процессора и возвращает управление прерванной программе.

Взаимодействие с программными приложениями

Для разработчиков приложений ОС предоставляет мощный уровень абстракции через программный интерфейс (Application Programming Interface, API). API позволяет создавать приложения, не вдаваясь в низкоуровневые детали реализации и функционирования аппаратных устройств. Вместо того чтобы знать, как напрямую общаться с контроллером жёсткого диска, программист использует стандартную функцию API для «чтения файла».

Сердцем взаимодействия приложений с ОС являются системные вызовы (system calls). Системный вызов — это единственный способ для прикладной программы запросить услугу у ядра ОС. Такие операции, как чтение из файла, создание нового процесса, выделение памяти или отправка данных по сети, требуют привилегированного режима работы процессора и, следовательно, могут быть выполнены только ядром.

Механизм выполнения системного вызова:

1. Прикладная программа помещает параметры вызова в регистры процессора или стек.
2. Выполняется специальная инструкция (например, INT в x86 или syscall/sysenter в современных процессорах), которая генерирует программное прерывание.
3. Это прерывание вызывает обработчик системных вызовов в ядре ОС.
4. Ядро переходит в привилегированный режим, проверяет параметры вызова и полномочия процесса.
5. Если запрос корректен и разрешен, ядро выполняет соответствующую операцию.
6. После завершения операции ядро возвращает результат и управление приложению, переключая процессор обратно в пользовательский режим.

Преимущества системных вызовов:

• Безопасность: ОС полностью контролирует доступ к аппаратным ресурсам.
• Абстракция: Приложения не зависят от конкретной аппаратной платформы.
• Единообразие: Стандартизированный способ доступа к системным функциям.
• Расширяемость: Возможность добавлять новые системные вызовы.

Межпроцессное взаимодействие (Inter-Process Communication, IPC) — это крайне важная функция, предоставляемая ядром ОС через системные вызовы. IPC позволяет обмениваться данными и синхронизироваться потокам одного или разных процессов. Без IPC было бы невозможно создание сложных распределенных или многокомпонентных приложений.

К основным механизмам IPC относятся:

• Каналы (Pipes): Однонаправленные потоки данных между процессами.
• Очереди сообщений (Message Queues): Способ обмена сообщениями между процессами в асинхронном режиме.
• Общая память (Shared Memory): Область памяти, доступная нескольким процессам, обеспечивающая самый быстрый обмен данными.
• Сокеты (Sockets): Механизм для межпроцессного взаимодействия как в рамках одной машины, так и по сети.
• Семафоры и мьютексы: Используются для синхронизации доступа к общим ресурсам.
• Сигналы (Signals): Асинхронные уведомления о событиях.
• Проецируемые в память файлы (Memory-mapped files): Файлы, содержимое которых отображается непосредственно в адресное пространство процесса.

Наконец, ОС предоставляет унифицированный интерфейс для хранения, организации и доступа к данным на дисковых накопителях. Это включает функции создания, удаления, чтения и записи файлов, а также управление каталогами, что является основой для любых операций с данными.

Взаимодействие пользователя с ОС (пользовательский интерфейс)

Пользовательский интерфейс (User Interface, UI) — это лицо операционной системы, обеспечивающее передачу информации между пользователем-человеком и программно-аппаратными компонентами компьютерной системы. Главная функция ОС в этом контексте — организация эффективного, интуитивно понятного и удобного взаимодействия пользователя с компьютером.

Исторически и функционально можно выделить несколько основных видов пользовательских интерфейсов:

• Текстовые интерфейсы (интерфейс командной строки, Command Line Interface, CLI):
  • Описание: Пользователь взаимодействует с системой, вводя команды с клавиатуры в специальную программу-оболочку (интерпретатор команд). Система отвечает текстовыми сообщениями.
  • Примеры: Command.com в MS-DOS, bash или zsh в UNIX-подобных системах.
  • Преимущества: Высокая скорость для опытных пользователей, возможность автоматизации задач через скрипты, минимальные требования к ресурсам.
  • Недостатки: Высокий порог вхождения, необходимость запоминания команд.
• Графические интерфейсы (Graphical User Interface, GUI):
  • Описание: Основаны на использовании графических объектов (окна, меню, кнопки, пиктограммы, рабочий стол) и манипуляторов (например, мыши) для взаимодействия. Пользователь «указывает и кликает» вместо ввода команд.
  • Примеры: Интерфейсы Macintosh (один из первых коммерчески успешных GUI), Microsoft Windows, KDE, GNOME в Linux.
  • Преимущества: Интуитивность, легкость освоения для новичков, визуализация информации.
  • Недостатки: Высокие требования к ресурсам, может быть медленнее для выполнения повторяющихся сложных задач.
• Речевые интерфейсы (SILK-интерфейс, Speech Interface for Laptops and Keyboards):
  • Описание: Предполагают управление системой посредством голосовых команд. Система распознает речь пользователя и выполняет соответствующие действия, часто сопровождаемые изменениями на экране.
  • Примеры: Современные голосовые помощники (Siri, Google Assistant, Alexa) интегрируются в мобильные и настольные ОС, позволяя управлять функциями системы, запускать приложения, искать информацию.
  • Преимущества: Естественность взаимодействия, удобство для людей с ограниченными возможностями, возможность управления без рук.
  • Недостатки: Требования к точности распознавания речи, потенциальные проблемы конфиденциальности.

Эти три уровня взаимодействия — с аппаратными ресурсами, программными приложениями и пользователем — формируют комплексную картину того, как операционная система выполняет свою центральную роль в каждом компьютере, обеспечивая его функциональность, стабильность и удобство использования.

Основные типы операционных систем, их особенности и области применения

Операционные системы представляют собой удивительно разнообразный класс программных продуктов, которые можно классифицировать по множеству признаков. Эта классификация позволяет лучше понять специфику каждой ОС и определить её оптимальную область применения.

1. По числу одновременно выполняемых задач

Этот критерий определяет способность ОС одновременно выполнять несколько программ или задач.

• Однозадачные ОС:
  • Особенности: В каждый момент времени могут выполнять только одну программу. Все ресурсы компьютера сосредоточены на одной задаче.
  • Функции: Предоставляют пользователю виртуальную машину, включают базовые средства управления периферийными устройствами, файлами и общения с пользователем. Отсутствие сложного планировщика задач.
  • Примеры: MS-DOS, CP/M, ранние версии PC DOS.
  • Область применения: Использовались в первых ЭВМ и микрокомпьютерах, а также в простых встраиваемых системах, где многозадачность не требовалась или была технически невозможна из-за ограниченности ресурсов.
• Многозадачные ОС:
  • Особенности: Создают иллюзию одновременного выполнения нескольких программ (процессов) на одном процессоре за счет быстрого переключения между ними (псевдопараллелизм). На многопроцессорных системах обеспечивают истинный параллелизм.
  • Функции: Управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства, обеспечивают изоляцию процессов.
  • Типы многозадачности:
    • Кооперативная многозадачность: Приложения должны самостоятельно и добровольно передавать управление процессором друг другу. Если одно приложение «зависает» или не отдает управление, вся система может перестать отвечать. Пример: Windows 3.11, Mac OS до версии 9.
    • Вытесняющая многозадачность (preemptive multitasking): ОС полностью контролирует распределение процессорного времени. Она может прервать выполнение любого процесса по внешнему прерыванию (например, по истечении кванта времени или по требованию более приоритетного процесса) и передать управление другому. Это значительно повышает стабильность и отзывчивость системы. Примеры: UNIX, Windows NT, OS/2, Linux, macOS.
  • Область применения: Подавляющее большинство современных операционных систем для персональных компьютеров, серверов, мобильных устройств.
  • Многопоточность: Это технология, позволяющая приложению осуществлять многозадачное выполнение своих процессов. В отличие от многозадачности, где процессорное время делится между независимыми задачами, многопоточность разделяет время между отдельными ветвями (потоками) алгоритмов в рамках одного процесса. Потоки совместно используют ресурсы процесса (память, файловые дескрипторы), что облегчает обмен данными и повышает эффективность параллельных вычислений внутри приложения.

2. По числу одновременно работающих пользователей

Этот критерий определяет, сколько пользователей могут одновременно работать с системой.

• Однопользовательские ОС:
  • Особенности: Предназначены для работы только одного пользователя в любой момент времени. Не имеют встроенных механизмов для разделения ресурсов или защиты данных разных пользователей.
  • Примеры: MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии Windows 9x.
• Многопользовательские ОС:
  • Особенности: Поддерживают одновременную работу нескольких пользователей, каждый из которых может иметь свой собственный набор ресурсов и данных, работая за различными терминалами (физическими или виртуальными). Ключевое отличие — наличие мощных механизмов защиты персональных данных каждого пользователя от несанкционированного доступа со стороны других пользователей.
  • Примеры: UNIX, Windows NT (и все последующие версии Windows Server), Linux, Novell NetWare.
  • Режим разделения времени (Time-Sharing): Создаёт для каждого пользователя иллюзию единоличной работы с компьютером за счёт быстрого переключения между программами пользователей и выделения им кванта процессорного времени.

3. По типу средств вычислительной техники (числу процессоров)

• Однопроцессорные ОС: Предназначены для работы с одним центральным процессором. Большинство домашних ПК до недавнего времени использовали такие ОС.
• Многопроцессорные ОС: Поддерживают использование нескольких процессоров (или ядер) для решения одной задачи (параллельные вычисления) или нескольких задач одновременно.
  • Асимметричные многопроцессорные системы: Один процессор (мастер) целиком занимается выполнением операционной системы и её служебных задач, а остальные процессоры (рабочие) используются для выполнения прикладных задач.
  • Симметричные многопроцессорные системы (Symmetric Multiprocessing, SMP): ОС децентрализована и может выполняться на любом из доступных процессоров. Все процессоры равноправны и используют общий пул памяти, что обеспечивает более эффективное распределение нагрузки и высокую производительность.

4. По сетевым возможностям

• Локальные (автономные) ОС: Ранние операционные системы, не имевшие встроенной поддержки работы с компьютерными сетями. Взаимодействие между компьютерами требовало специальных дополнительных программ.
• Сетевые ОС (Network Operating System, NOS):
  • Особенности: Обеспечивают обработку, хранение и передачу данных в информационной сети. Главные задачи — разделение сетевых ресурсов (например, дисковых пространств, принтеров), централизованное управление пользователями и администрирование сети.
  • В широком смысле: Сетевая ОС — это совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих по единым протоколам (например, TCP/IP).
  • В узком смысле: Это ОС отдельного компьютера, специально разработанная или оптимизированная для работы в качестве сервера или сетевого узла, обеспечивающая ему возможность полноценно работать в сети.
  • Примеры: Windows NT Server (и все последующие версии Windows Server), Novell NetWare, различные дистрибутивы Linux, ориентированные на серверы (Ubuntu Server, Red Hat Enterprise Linux Server, CentOS), а также специализированные ОС для сетевого оборудования (Cisco IOS, Junos OS).
  • Область применения: Серверы, маршрутизаторы, сетевые устройства, центры обработки данных, корпоративные и глобальные вычислительные сети. Практически все современные ОС имеют встроенные сетевые функции, что делает их, по сути, «сетевыми».

5. По областям использования (сфере применения)

• ОС для мэйнфреймов: Предназначены для больших, высокопроизводительных вычислительных систем, используемых в крупных корпорациях и государственных учреждениях для обработки огромных объемов данных. Отличаются сверхвысокой надежностью, безопасностью и масштабируемостью (например, z/OS от IBM).
• Серверные ОС: Оптимизированы для работы на серверах. Их основная задача — обрабатывать запросы от множества клиентов, хранить данные, поддерживать корпоративные приложения и интернет-сервисы (веб-серверы, базы данных, почтовые серверы). Отличаются высокой надежностью, безопасностью, масштабируемостью, круглосуточной работой и широким набором сетевых служб.
  • Примеры: Windows Server, Ubuntu Server, CentOS, Red Hat Enterprise Linux Server, FreeBSD.
• ОС для персональных компьютеров (клиентские): Разработаны для ПК и ноутбуков, предоставляют удобный графический интерфейс для одного пользователя. Акцент на пользовательском опыте, мультимедиа и совместимости с широким спектром прикладного ПО.
  • Примеры: Microsoft Windows, macOS, различные дистрибутивы Linux (Ubuntu Desktop, Debian, Fedora, Mint).
• ОС для мобильных устройств: Оптимизированы под сенсорное управление, быстрый запуск приложений, минимальное потребление энергии, постоянное подключение к сети и специфическую аппаратную архитектуру (ARM).
  • Примеры: Android, iOS, Symbian OS (устаревшая), HarmonyOS, KaiOS.
• Встраиваемые ОС: Используются в устройствах, где ОС встроена непосредственно в оборудование и выполняет ограниченные, специализированные функции. Это могут быть бытовая техника, кассовое оборудование, банкоматы, промышленные контроллеры, медицинские приборы, автомобильные системы. Часто имеют минимальный пользовательский интерфейс или вовсе его не имеют.
  • Примеры: FreeRTOS, VxWorks, QNX, Windows CE/Embedded.

Операционные системы реального времени (ОСРВ, RTOS)

ОСРВ — это специализированный подкласс встраиваемых ОС, способных гарантировать время реакции на внешние события в строго определённый, предсказуемый промежуток времени (так называемый дедлайн). Это критически важно в системах, где задержка реакции может привести к катастрофическим последствиям.

• Особенности:
  • Предсказуемость: Гарантированное время отклика, а не просто высокая скорость.
  • Приоритетное планирование: Задачи с высоким приоритетом всегда вытесняют задачи с низким приоритетом.
  • Минимальные накладные расходы: Очень эффективное управление ресурсами.
  • Надежность и отказоустойчивость.
• Типы ОСРВ:
  • «Жёсткие» ОСРВ (Hard Real-Time): Гарантируют выполнение задачи точно в срок. Нарушение дедлайна приводит к критическому сбою системы. Примеры: системы управления ядерными реакторами, медицинское оборудование жизнеобеспечения, авиационная электроника.
  • «Мягкие» ОСРВ (Soft Real-Time): Не гарантируют строгое время реакции, допустима потеря события или небольшая задержка, которая приводит лишь к снижению качества работы, но не к катастрофе. Примеры: мультимедийные системы, системы управления промышленными процессами, где небольшая задержка некритична.
  • Примеры: VxWorks, QNX, RTLinux, FreeRTOS.
• Область применения: Приборы, где требуется быстрая и предсказуемая реакция на события, системы управления производственными процессами, промышленные контроллеры, медицинское оборудование, авиация, аэрокосмическая отрасль, робототехника, военные системы.

6. По типу лицензии

• Открытые (open-source): Имеют открытый исходный код, доступный для изучения, модификации и распространения. Разрабатываются сообществом или компаниями, но с открытым доступом к коду.
  • Примеры: Linux (и все его дистрибутивы), Android, FreeBSD.
• Проприетарные (proprietary): Связаны с определённым правообладателем (компанией) и, как правило, имеют закрытый исходный код. Распространяются по платным лицензиям, ограничивающим использование, модификацию и распространение.
  • Примеры: Microsoft Windows, macOS, iOS.

7. По разрядности

• 32-битные (x32/x86): Адресуют до 4 ГБ оперативной памяти. Могут запускать только 32-битные программы. Подходят для старых или менее производительных устройств.
• 64-битные (x64/x86-64/ARM64): Поддерживают значительно больший объем памяти (теоретически до 16 ЭБ, практически до десятков терабайт) и 64-битные программы, которые могут обрабатывать данные большими блоками, что обеспечивает более высокую производительность. 32-битные программы могут запускаться на них через эмулятор или режим совместимости. Характерны для всех современных устройств.

Эта многомерная классификация позволяет оценить операционные системы не только с точки зрения их внутренней архитектуры, но и с позиции их функциональности и применимости в различных сегментах вычислительной индустрии.

Современные тенденции и вызовы в разработке операционных систем

Современный мир компьютеров и информационных технологий развивается с головокружительной скоростью, и операционные системы находятся на переднем крае этих изменений. Эволюция аппаратных средств, возрастающие требования к вычислительным системам и появление новых парадигм использования определяют ряд ключевых тенденций и вызовов, с которыми сталкиваются разработчики ОС сегодня.

Облачные операционные системы (Cloud OS)

Тенденции: Концепция облачных операционных систем становится всё более актуальной. Это не традиционные ОС в привычном смысле, а скорее платформы, которые предоставляют облачное программное обеспечение (SaaS) и позволяют создавать интеграционные сборки. Активно наблюдается перенос ОС и их базовых инструментов в среды для облачных вычислений.

Особенности: Облачные ОС позволяют запускать кроссплатформенные облачные IT-сервисы и ПО в единой системе, доступной через веб-браузер. Они используют виртуальные пространства и слои данных для оптимизации развертывания нескольких версий ПО или обслуживания нескольких компаний на одном кластере. Суть в том, что ресурсы и приложения находятся не на локальном компьютере, а в удалённом центре обработки данных.

Преимущества:

• Экономия производительности локальных устройств, поскольку основные вычисления происходят в облаке.
• Предоставление доступа к мощным вычислительным ресурсам (например, для обработки видео, рендеринга) даже со слабых устройств.
• Удобное управление серверами через веб-панель.
• Гибкость и масштабируемость: ресурсы легко наращиваются или сокращаются по требованию.

Примеры: Такие проекты, как Zero PC, CloudMe, CloudTop, Glide OS, AstraNOS, Joli OS, Silve OS, BAYRELL Cloud OS, EyeOS. Также можно отметить, что Windows 7 в связке с Windows Server 2008 R2 считалась одной из первых облачных ОС Microsoft, намекая на гибридные облачные решения.

Контейнеризация

Тенденции: Контейнеризация — это одна из наиболее значимых тенденций последних лет, представляющая собой метод виртуализации на уровне ОС. Вместо запуска полноценных виртуальных машин с их собственными ядрами, контейнеры используют общее ядро хостовой ОС, но создают несколько изолированных экземпляров пользовательского пространства.

Особенности: Каждый контейнер содержит только то, что необходимо для работы конкретного приложения (код, зависимости, библиотеки, переменные окружения). Отсутствие эмуляции аппаратного обеспечения, характерной для полной виртуализации, исключает накладные расходы. Ядро обеспечивает полную изолированность контейнеров, предотвращая взаимное влияние программ. Технологии контейнеризации, такие как FreeBSD Jails (появился в 2000 году) и Linux VServer (2001 год), появились еще в начале 2000-х, но широкое распространение и популярность контейнеры получили с выходом Docker в 2013 году.

Преимущества:

• Высокая портативность: Контейнеры легко переносятся между различными средами разработки, тестирования и продакшена.
• Ресурсоэффективность: Используют меньше ресурсов, чем виртуальные машины, благодаря общему ядру.
• Быстрое развертывание: Приложения со всеми зависимостями запускаются за считанные секунды.
• Совместимость: Обеспечивают стабильную работу приложений в неоднородных средах.
• Повышение эффективности сервера: Возможность запускать больше приложений на одном сервере.
• Снижение риска распространения вредоносного кода: Изоляция ограничивает потенциальный ущерб.

Область применения: Развертывание и масштабирование микросервисов, создание удобной рабочей инфраструктуры для разработчиков (DevOps), миграция устаревших приложений, облачные вычисления.

Инструменты: Docker (платформа для создания и управления контейнерами), Linux Containers (LXC) (технология контейнеризации), Kubernetes (система оркестровки контейнеров для автоматизации развертывания, масштабирования и управления контейнеризированными приложениями).

Безопасность операционных систем

Вызовы: Безопасность всегда была и остается одним из главных вызовов для разработчиков ОС. Постоянно развивающиеся угрозы (несанкционированный доступ, вредоносное ПО, уязвимости «нулевого дня») и огромный объем кода современных ОС создают значительные проблемы в обеспечении надёжности. Фрагментация рынка мобильных ОС также усложняет задачу унификации подходов к безопасности.

Тенденции и решения:

• Принцип «secure by design»: Безопасность закладывается на этапе проектирования, а не добавляется позже как надстройка. Примером является KasperskyOS, разработанная с акцентом на минимизацию поверхности атаки и изоляцию критически важных компонентов.
• Изоляция компонентов: Использование микроядерной архитектуры или контейнеризации позволяет изолировать критически важные сервисы друг от друга и от ядра.
• Строгий контроль доступа: Реализация мощных механизмов управления доступом через системные вызовы и политики безопасности.
• Усиление изоляции контейнеров: Применение модулей ядра Linux, таких как AppArmor и seccomp, для более тонкой настройки и ограничения системных вызовов, доступных контейнерам.
• Повышение надежности и конфиденциальности: Разработка механизмов для защиты пользовательских данных и обеспечения целостности системы.

Распределенные системы

Тенденции: Современные ОС активно развивают поддержку распределенных и параллельных вычислений. Цель — рассматривать совокупность независимых компьютеров (часто географически распределенных) как единую, мощную вычислительную систему. Отмечается объединение ОС и сетей, а также бурное развитие сетевых технологий (3G, 4G, WiMAX, 5G), что делает распределенные системы еще более актуальными.

Особенности: Распределенные ОС характеризуются:

• Единым глобальным механизмом межпроцессной коммуникации (IPC), позволяющим процессам на разных машинах обмениваться данными.
• Глобальной схемой контроля доступа и аутентификации.
• Унифицированным представлением файловой системы, где данные могут быть распределены по множеству узлов, но доступны как единое целое.

Каждый компьютер в такой сети выполняет часть функций глобальной ОС, координируя свою работу с другими узлами.

Вызовы:

• Сложности в разработке ПО: Создание приложений, языков программирования и самой ОС для распределенных систем требует новых подходов.
• Проблемы коммуникационной сети: Потери информации, задержки, перегрузки сети могут значительно повлиять на производительность и стабильность.
• Вопросы секретности данных: Обеспечение конфиденциальности и целостности данных, распределенных по множеству узлов, является сложной задачей.

Примеры: Многие технологии, лежащие в основе облачных гигантов, таких как Google и Facebook, являются примерами распределенных систем (например, Cassandra, MapReduce, BigTable, Zanzibar).

Интеграция искусственного интеллекта (ИИ) в ОС

Тенденции: ИИ активно проникает в операционные системы. Методы машинного обучения и нейронные сети используются для улучшения функциональности, производительности и пользовательского опыта.

Особенности:

• Интеллектуальное управление ресурсами: ИИ может оптимизировать планирование задач, распределение памяти и энергопотребление, основываясь на поведении пользователя и нагрузке.
• Автоматизация задач: Проактивное выполнение рутинных операций, предсказание потребностей пользователя.
• Повышение безопасности: Обнаружение аномалий, выявление вредоносного ПО и предотвращение атак с использованием алгоритмов машинного обучения.
• Персонализация пользовательского опыта: Адаптация интерфейса, рекомендация контента, интеллектуальные помощники, мультимодальное взаимодействие на естественном языке.

Вызовы:

• Обеспечение безопасности данных: Использование ИИ требует доступа к большим объемам пользовательских данных, что ставит вопросы конфиденциальности.
• Отказоустойчивость систем с ИИ: Необходимость гарантировать стабильную работу алгоритмов ИИ и их корректное поведение в критических ситуациях.
• Решение этических проблем: Прозрачность работы ИИ, предвзятость алгоритмов, ответственность.
• Разработка новых стандартов и протоколов: Для бесшовной интеграции ИИ в существующие и будущие ОС.

Примеры: Разработка ОС на базе ИИ (например, проекты Lenovo, в которых ИИ используется для оптимизации производительности и безопасности).

Интернет вещей (IoT) и специализированные ОС

Тенденции: Бурный рост числа устройств Интернета вещей (IoT) стимулирует разработку специализированных операционных систем, оптимизированных под их уникальные требования.

Особенности: Устройства IoT обладают ограниченными аппаратными ресурсами (маломощные процессоры, небольшой объем памяти), но при этом способны собирать и передавать большие объемы данных. ОС для IoT оптимизированы для:

• Малых требований к памяти и процессорной мощности.
• Быстрой загрузки и минимального энергопотребления.
• Поддержки специфических протоколов связи (Bluetooth Low Energy, Zigbee, LoRaWAN).
• Встроенных функций безопасности (брандмауэр, безопасная загрузка).

Вызовы:

• Выбор оптимальной ОС: Определение наиболее подходящей ОС в зависимости от специфических задач, аппаратного обеспечения и требований к энергопотреблению устройства.
• Интуитивно понятный пользовательский интерфейс: Для устройств, с которыми клиенты постоянно взаимодействуют (например, «умные» бытовые приборы, билетные киоски, терминалы на бензоколонках), крайне важно обеспечить простоту и удобство использования.

Примеры: Contiki, TinyOS (для беспроводных сенсорных сетей), FreeRTOS, RIOT OS, Brillo (от Google, сейчас часть Android Things), Lite OS (Huawei), Ostro Linux, ARM Mbed OS, Windows 10 IoT, Fuchsia (экспериментальная ОС от Google, ориентированная на широкий спектр устройств, включая IoT).

Виртуализация (общие тенденции)

Тенденции: Виртуализация остается одной из ключевых и постоянно развивающихся тенденций в мире ОС. Она позволяет создавать абстракцию вычислительных ресурсов от их аппаратной реализации и обеспечивать логическую изоляцию процессов.

Особенности:

• Виртуальные машины (VM): Позволяют запускать несколько ОС (гостевых ОС) на одном физическом компьютере (хостовой ОС) с помощью гипервизора. Каждая VM полностью изолирована и имеет собственный набор виртуализированного оборудования.
• Контейнеры: Как уже обсуждалось, это легковесная виртуализация на уровне ОС, использующая общее ядро.

Преимущества:

• Повышенная надежность и безопасность: Изоляция предотвращает влияние сбоев или атак на другие системы.
• Возможность запуска разнообразных приложений: Совместимость со старым ПО, кроссплатформенная разработка.
• Оптимизация затрат на оборудование: Более эффективное использование физических серверов.
• Повышение производительности: За счет лучшего распределения ресурсов.

Типы:

• Аппаратная виртуализация: Использует аппаратные возможности процессора (Intel VT-x, AMD-V). Делится на:
  • Гипервизоры первого типа (Bare-metal): Работают непосредственно на «голом» железе (например, VMware ESXi, Microsoft Hyper-V, Xen).
  • Гипервизоры второго типа (Hosted): Работают как приложение на существующей ОС (например, VMware Workstation, Oracle VirtualBox).
• Программная виртуализация: Полная эмуляция оборудования без аппаратной поддержки (медленная).
• Контейнерная виртуализация: Виртуализация на уровне ОС (Docker, LXC).

Эти тенденции и вызовы формируют дорожную карту развития операционных систем на ближайшие годы, требуя от разработчиков не только глубоких технических знаний, но и способности к инновациям, адаптации к новым реалиям и решению сложных инженерных задач.

Заключение

Операционные системы, изначально рожденные как скромные пакетные мониторы, прошли путь от простых инструментов автоматизации до сложнейших программных комплексов, ставших невидимым, но абсолютно незаменимым фундаментом всей современной цифровой инфраструктуры. От первых ламповых машин, управляемых вручную, до облачных платформ и интеллектуальных систем Интернета вещей — каждый этап этой эволюции был продиктован как техническим прогрессом, так и меняющимися потребностями пользователя.

Мы проследили, как ключевые принципы, заложенные в UNIX, сформировали облик большинства современных ОС, и как DOS открыла дорогу персональным компьютерам. Детально изучили фундаментальные механизмы, такие как управление процессами и потоками с их алгоритмами планирования, сложную архитектуру виртуальной памяти с её MMU и подкачкой, а также принципы функционирования файловой системы и подсистемы ввода-вывода. Погружение в архитектурные модели — монолитные, микроядерные и гибридные ядра — позволило понять компромиссы между производительностью, гибкостью и безопасностью, лежащие в основе популярных ОС. Наконец, мы классифицировали системы по их ключевым особенностям и сферам применения, от жестких ОСРВ до мобильных платформ, и проанализировали актуальные тенденции и вызовы, такие как облачные ОС, контейнеризация, усиление безопасности, развитие распределенных систем, интеграция ИИ и специализированные решения для IoT.

Операционные системы продолжат развиваться, адаптируясь к новым аппаратным платформам, парадигмам вычислений и требованиям безопасности. Их роль как посредника между человеком, программным обеспечением и оборудованием будет только возрастать, становясь все более интеллектуальной, адаптивной и распределенной. Понимание этих фундаментальных аспектов и современных направлений развития является критически важным для каждого специалиста в области информационных технологий, позволяя не только эффективно использовать существующие системы, но и активно участвовать в формировании их будущего.

Список использованной литературы

1. Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебник для вузов. Санкт-Петербург: Питер, 2003. 688 с.
2. Гук М. Ю. Аппаратные интерфейсы ПК: энциклопедия. Санкт-Петербург: Питер, 2003. 528 с.
3. Гук М. Ю. Аппаратные средства IBM PC: энциклопедия. Санкт-Петербург: Питер, 2003. 928 с.
4. Зихерт К., Ботт Э. Эффективная работа: Windows ХР: перевод с английского. Санкт-Петербург: Питер, 2003. 1072 с.
5. Таненбаум Э. С. Архитектура компьютера: перевод с английского. Санкт-Петербург: Питер, 2003. 704 с.
6. Хамахер К., Вранешич З., Заки С. Организация ЭВМ: перевод с английского. Санкт-Петербург: Питер, 2003. 848 с.
7. Шалин П. А. Энциклопедия Windows XP. Санкт-Петербург: Питер, 2003. 688 с.
8. Контейнеризация. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B9%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F (дата обращения: 16.10.2025).
9. Распределенные операционные системы. URL: https://studfile.net/preview/6710714/page/23/ (дата обращения: 16.10.2025).
10. Облачные операционные системы. ТОП-6 лучших Cloud PC. URL: https://www.la.by/news/obzor/oblachnye-operatsionnye-sistemy-top-6-luchshikh-cloud-pc (дата обращения: 16.10.2025).
11. Виртуализация. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%D1%80%D1%82%D1%83%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F (дата обращения: 16.10.2025).
12. Тенденции развития операционных систем. URL: https://studfile.net/preview/4470390/page/30/ (дата обращения: 16.10.2025).
13. Концепция Облачной операционной системы. URL: https://habr.com/ru/articles/526742/ (дата обращения: 16.10.2025).
14. BAYRELL Cloud OS Облачная операционная система. URL: https://bayrell.org/ru/cloud-os (дата обращения: 16.10.2025).
15. Контейнеризация — что это и как она работает. URL: https://ihc.ru/blog/chto-takoe-kontejnerizaciya/ (дата обращения: 16.10.2025).
16. Облачные операционные системы. URL: https://it-lectures.at.ua/load/oblachnye_operacionnye_sistemy/1-1-0-28 (дата обращения: 16.10.2025).
17. Интеграция искусственного интеллекта в операционные системы: текущие тенденции и перспективы // Научный аспект. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/integratsiya-iskusstvennogo-intellekta-v-operatsionnye-sistemy-tekuschie-tendentsii-i-perspektivy (дата обращения: 16.10.2025).
18. Современные ОС. Тенденции, перспективы развития современных ОС. URL: https://studfile.net/preview/6710714/page/33/ (дата обращения: 16.10.2025).
19. Контейнеризация — технология виртуализации на уровне ОС. URL: https://voronoy.blog/kontejnery/ (дата обращения: 16.10.2025).
20. Распределенные операционные системы. URL: https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_philosophy/989/%D0%A0%D0%90%D0%A1%D0%9F%D0%A0%D0%95%D0%94%D0%95%D0%9B%D0%95%D0%9D%D0%9D%D0%AB%D0%95 (дата обращения: 16.10.2025).
21. Использование искусственного интеллекта в операционных системах: потенциал, проблемы и перспективы применения // КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-iskusstvennogo-intellekta-v-operatsionnyh-sistemah-potentsial-problemy-i-perspektivy-primeneniya (дата обращения: 16.10.2025).
22. Операционные системы распределенных вычислительных систем: Введение в параллельные и распределенные системы. URL: http://parallel.ru/os/distro-os/intro.html (дата обращения: 16.10.2025).
23. Контейнеризация: что это такое — контейнерные технологии. URL: https://skillfactory.ru/blog/konteynerizatsiya (дата обращения: 16.10.2025).
24. Погружение в контейнеризацию. URL: https://habr.com/ru/companies/selectel/articles/767980/ (дата обращения: 16.10.2025).
25. ОС для виртуализации. URL: https://www.cloud-networks.ru/catalogue/cloud/virtualizatsiya-os/ (дата обращения: 16.10.2025).
26. Современные тенденции и перспективы развития операционных систем // КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennye-tendentsii-i-perspektivy-razvitiya-operatsionnyh-sistem (дата обращения: 16.10.2025).
27. Что такое виртуализация и для чего она нужна бизнесу. URL: https://vstack.ru/blog/chto-takoe-virtualizatsiya-i-dlya-chego-ona-nuzhna-biznesu/ (дата обращения: 16.10.2025).
28. Операционные системы IoT. URL: https://iot.ru/internet-veshchey/operacionnye-sistemy-iot (дата обращения: 16.10.2025).
29. Основы виртуализации (обзор). URL: https://habr.com/ru/articles/653065/ (дата обращения: 16.10.2025).
30. Что такое виртуализация и для чего она нужна. URL: https://itglobal.com/ru/blog/chto-takoe-virtualizatsiya-i-zachem-ona-nuzhna (дата обращения: 16.10.2025).
31. Как системные вызовы влияют на безопасность операционной системы? URL: https://yandex.ru/q/question/kak_sistemnye_vyzovy_iiaiut_na_bezopasnost_e7c83f98/ (дата обращения: 16.10.2025).
32. Распределенные операционные системы. URL: https://www.reddit.com/r/osdev/comments/16l1437/distributed_operating_systems/ (дата обращения: 16.10.2025).
33. Искусственный интеллект в современных операционных системах // Дзен. URL: https://dzen.ru/a/Zg2eY_Q2aW1iYfC_ (дата обращения: 16.10.2025).
34. Операционные системы устройств интернета вещей (ОСИВ). URL: https://soware.ru/categories/operacionnye-sistemy-iot (дата обращения: 16.10.2025).
35. Что такое системные вызовы в операционной системе? URL: https://www.merionet.ru/blog/system-calls/ (дата обращения: 16.10.2025).
36. Онлайн операционные системы — обзор на LiveBusiness. URL: https://www.livebusiness.ru/blog/onlayn-operacionnye-sistemy-obzor/ (дата обращения: 16.10.2025).
37. Руководство по выбору ОС для пограничного устройства Интернета вещей. URL: https://kvarta.ru/articles/rukovodstvo-po-vyboru-os-dlya-pogranichnogo-ustroystva-interneta-veshchey/ (дата обращения: 16.10.2025).
38. Lenovo разрабатывает для своих компьютеров фирменную ОС на базе искусственного интеллекта. URL: https://hi-tech.mail.ru/news/122047-lenovo-razrabatyvaet-dlya-svoikh-kompyuterov-firmennuyu-os-na-baze-iskusstvennogo-intellekta/ (дата обращения: 16.10.2025).
39. Архитектура мобильных ОС. Тенденции и впечатления пользователей. URL: https://habr.com/ru/articles/183182/ (дата обращения: 16.10.2025).
40. Развитие и применение операционных систем и оболочек в мобильных технологиях: анализ истории развития и актуальных трендов в сфере мобильных ОС и оболочек // КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razvitie-i-primenenie-operatsionnyh-sistem-i-obolochek-v-mobilnyh-tehnologiyah-analiz-istorii-razvitiya-i-aktualnyh-trendov-v (дата обращения: 16.10.2025).
41. Распределенные операционные системы. URL: http://sp.cs.msu.su/courses/distrib-os (дата обращения: 16.10.2025).
42. Тенденции развития операционной системы. URL: http://edoc.bseu.by:8080/bitstream/edoc/26601/1/Stoyanova_35_112-114.pdf (дата обращения: 16.10.2025).
43. Основы современных операционных систем. Лекция 32: Перспективы операционных систем и сетей. URL: https://www.intuit.ru/studies/courses/103/103/lecture/3074?page=32 (дата обращения: 16.10.2025).
44. Какие системные вызовы должны быть обязательно для разработки ОС? URL: https://www.reddit.com/r/osdev/comments/15d9y1t/what_syscalls_should_be_bare_minimum_for_an_os/ (дата обращения: 16.10.2025).
45. Эволюция мобильных операционных систем: Что ждет нас впереди? URL: https://mobile.lebara.com/ru/ru/blog/evoljutsija-mobilnyh-operacionnyh-sistem-chto-zhdet-nas-vpered/ (дата обращения: 16.10.2025).
46. Системный вызов в ОС (Operating System): что такое, типы и примеры. URL: https://www.guru99.com/ru/system-call-os.html (дата обращения: 16.10.2025).
47. Лучшие операционные системы для смартфонов на 2025 год. URL: https://skyeng.ru/articles/luchshie-operatsionnye-sistemy-dlya-smartfonov/ (дата обращения: 16.10.2025).
48. Системный вызов. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B2%D1%8B%D0%B7%D0%BE%D0%B2 (дата обращения: 16.10.2025).
49. Мировой рынок мобильных операционных систем в 2009-2022 годах. URL: https://iqtechnology.ru/blog/mirovoy-rynok-mobilnykh-operatsionnykh-sistem-v-2009-2022-godakh (дата обращения: 16.10.2025).
50. Системные вызовы Linux, которые должен знать каждый разработчик. URL: https://habr.com/ru/companies/beget/articles/799616/ (дата обращения: 16.10.2025).
51. Операционные системы интернета вещей: возможности, проблемы и решения // КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/operatsionnye-sistemy-interneta-veschey-vozmozhnosti-problemy-i-resheniya (дата обращения: 16.10.2025).
52. Почему ИИ станут ОС будущего. URL: https://vc.ru/u/1507001-sbezhivshaya-neyroset/1029013-pochemu-ii-stanut-os-budushchego (дата обращения: 16.10.2025).
53. Интернет вещей. URL: https://os.kaspersky.ru/glossary/internet-veshchey/ (дата обращения: 16.10.2025).
54. Уязвимости операционных систем. Часть I. URL: https://habr.com/ru/articles/342116/ (дата обращения: 16.10.2025).
55. Угрозы безопасности Операционной системы. URL: https://cyberb.ru/ugrozy-bezopasnosti-operacionnoj-sistemy/ (дата обращения: 16.10.2025).
56. Как защитить Kubernetes на уровне ядра Linux. URL: https://habr.com/ru/companies/selectel/articles/768006/ (дата обращения: 16.10.2025).