Как работает Windows?

Когда встаёт вопрос как работает Windows, мы подразумеваем тот факт, что речь идёт о ОС семейства Microsoft различных поколений, в принципе работы которых, конечно, немало общего. Не будет ошибкой, если мы вычленим основные четыре функции любой современной операционной системы, и посмотрим, как Windows с ними справляется. В этой статье приводится формальное описание работы операционной системы семейств Windows, приводится список основных компонентов системы. Я покажу, как Windows управляет программами и работает с оборудованием и расскажу о понятиях процесс , поток и др. Статья не для профессионалов (разве можно описать как работает Windows в ЕДИНСТВЕННОЙ статье?) и поможет начинающему получить общее представление о принципе работы Windows.

ВНИМАНИЕ! СТАТЬЯ НЕ ЗАКОНЧЕНА. МАТЕРИАЛЫ ДОБАВЛЯЮТСЯ ПО МЕРЕ ФОРМИРОВАНИЯ ОКОНЧАТЕЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА БЛОГА.СПАСИБО ЗА ПОНИМАНИЕ.

Чем занимается операционная система?

Любой работающий компьютер есть связка четырёх типов программного обеспечения: операционная система, программы и приложения, драйверы и BIOS Вот основные функции операционной системы, которые определяют её место среди прочих программных оболочек.

• управление оборудованием (включает в себя приём микрокода от BIOS чипа материнской платы, управление оперативной памятью, диагностику неисправностей и сочленение установленного оборудования и программ к нему)
• управление программами (включает в себя установку и удаление программ, запуск программ и участие работе “железных” компонентов от имени программ)
• управление файлами (всё, что можно создавать, перемещать и удалять на твердотельных накопителях)
• создание пользовательского интерфейса (графического или командного/текстового) для обеспечения или контроля всех или многих указанных выше функций

Компоненты Windows, или из чего Windows состоит

Как работает Windows блочно можно отобразить так:

Из схемы видно, что основными компонентами любой операционной системы являются три блока:

Как работает Windows: программная оболочка = Shell

Это часть операционной системы, которая завязана и с пользователем и с приложениями. Именно шелл позволяет нам запускать флешки, устанавливать программы, запускать word-вый документ и печатать в нём, сохраняя в любое дозволенное системой место, которое заметно проводнику. Shell – это и File Explorer (проводник Windows), и контрольная панель Пуск, и окна Свойства системы и Мой компьютер. Человек или пользователь знает шелл как различные инструменты пользовательского интерфейса, такие как диалоговые окна, ярлыки и иконки, контекстные меню дополнительных команд.

А для программ шелл это команды и процедуры, которые эти программы могут вызывать: печать информацию через принтер, читать данные из баз, отображать что-то на экране.

Сам шелл состоит из нескольких подсистем, которые управляются в пользовательском режиме. Такой режим означает, что эти подсистемы имеют очень ограниченный доступ к системной информации, и доступ к “железу” может осуществляться ТОЛЬКО через системные службы (службы самой Windows). Одна из таких подсистем – подсистема безопасности Win32 – обеспечивает вход в систему (регистрацию пользователя), сохранение и распространение его привилегий на файлы и папки, а также другие функции безопасности. Абсолютно все программы и приложения “здороваются с Windows” только через подсистему Win32.

Как работает Windows : Ядро

Как и в других ОС, отвечает за работу с оборудованием, которое внутри компьютера находится или во время работы к компьютеру “пристёгивается”. Режим ядра полномочий имеет гораздо больше. Никакая программа, установленная в Windows, не имеет доступа к “железу” напрямую – только через шелл, который, в свою очередь, посылает все запросы к ядру. Такая система взаимодействия обеспечивает стабильную работу ОС. Это чем-то напоминает ресторан: перед тем как заказать блюдо, вам нужно позвать официанта (к шеф-повару и на саму кухню вас не пропустят).

Ядро состоит из двух компонентов:

• слой аппаратных абстракций HAL – hardware abstraction layer
  – (ближайший к железу уровень)
• уровень исполнительных служб (обеспечивает взаимодействие подсистем в пользовательском режиме со слоем аппаратных абстракций)

Что здесь нужно запомнить? Логика работы ясна уже из описания: исполнительные службы Windows работают с оборудованием при помощи самого HAL и драйверов для конкретного устройства. Такой принцип работы устанавливается незаметно для глаз пользователя в момент установки Windows на компьютер. В тот самый момент, когда мы видим строки состояния установки компонентов и служб/программ, и строится структура слоя HAL на основе процессора, который в материнской плате вашей машины установлен. То есть привычные процессы во время установки Windows предстают теперь в таком свете:

загрузка шелл пользовательского интерфейса

приглашение к компиляции HAL

То, что появится после установки ОС, перенести на другой компьютер один в один не получится: для нормальной работы в новой конфигурации до– или переустановка отдельных драйверов или целого их пакета неизбежна.

Как работает Windows: Данные конфигурации

Ну, а всем операционным системам нужно место, где данные о программах и оборудовании, а также настройках и предпочтении пользователя можно хранить. Нужно хранить информацию и о том, как пользователь хочет, чтобы Windows и программы выглядели, где хранить скачиваемое и создаваемое и т.д. Для всего этого (или для почти всего) Windows использует … правильно, реестр. Некая информация хранится в файлах инициализации (характерные файлы с расширением .ini и .inf).

И когда установленная программа запускается, перед появлением какого-либо окна она сначала посмотрит реестр и прочитает эти файлы, и только потом уже запуск приложения можно считать успешным.

Как Windows управляет программами?

Если программа установлена, мы подразумеваем, что её остов где-то хранится. Чаще всего это жёсткий диск или флешка. Когда пользователь запускает программу, некоторые из её файлов копируются в оперативную память. Так появляется процесс. практически в том виде, каком мы видим его в Диспетчере задач или Process Explorer. Процессом можно назвать программу, запущенную вместе с соответствующими системными службами и другими ресурсами. Ресурсы нередко включают в себя и другие программы, включая захват дополнительных ячеек оперативной памяти для временного хранения данных. Когда процесс делает запрос к системе по типу “Мне нужны ресурсы!”, подразумевается, что программа обращается именно к подсистеме Win32. Так появляется поток данных. Поток – это единичная, выделенная задача (запустить или создать документ, вставить рисунок из буфера обмена, распечатать документ на принтере и т.д.). Схематично это выглядит так:

Как видите, потоков может быть несколько. Это называется многопоточность/мультипоточность: например, окна браузеров могут запускаться в нескольких вкладках или нескольких отдельных окнах. Выражаясь технически, в обоих случаях речь идёт о нескольких разных процессах браузер.exe.

Windows — что это такое?

Здравствуйте, начинающие пользователи компьютера! Вместе с вами постараемся разобраться в том, что такое Windows и зачем оно нам нужно.

Windows — это операционная система, сделанная корпорацией Microsoft (Майкрософт). Операционная система (ОС) — это главная программа, которая запускается при включении компьютера. Она позволяет пользователям компьютера работать с файлами, пользоваться Интернетом и запускать в окошках другие программы, игры, фильмы, музыку. Windows переводится как «окна».

Операционная система Windows платная. Если вы покупаете компьютер с уже установленной Windows, то часть денег вы платите за операционную систему. Для подтверждения того, что вы являетесь владельцем Windows, может потребоваться лицензионный ключ. Такое бывает, например, если вы переустановили Windows. Лицензионный ключ это набор символов вида «XXXXX-XXXXX-YYYYY-YYYYY-ZZZZZ». Он может быть указан в наклейке на корпусе вашего компьютера или на диске с Windows. Перепишите лицензионный ключ на листок и сохраните, может пригодиться. Наклейка выглядит примерно так:

Вместе с Windows на компьютер устанавливается набор программ, необходимых для повседневного использования:

• Калькулятор.
• Редактор Notepad (блокнот) для работы с текстовыми файлами.
• Редактор WordPad для работы с документами.
• Редактор картинок Paint.
• Браузер Edge или Internet Explorer для работы в Интернет.
• Проигрыватель видео и музыки.
• Антивирус от Microsoft (защитник).
• другие программы и даже игры.

Можно устанавливать другие программы и игры из Интернета или с дисков. Такие программы также могут быть платные.

История и разновидности Windows

Даты выхода ОС Windows для персональных компьютеров (ПК):

• Windows 1.0 (1985)
• Windows 2.0 — 2.1 (1987-1988)
• Windows 3.0 — 3.2 (1990-1994)
• Windows NT 3.1 — 3.51 (1993-1995)
• Windows 95 — Windows 4.0 (1995)
• Windows NT 4.0 (1996)
• Windows 98 — Windows 4.1 (1998)
• Windows 2000 — Windows NT 5.0 (1999)
• Windows ME — Windows 4.9 (2000)
• Windows XP — Windows NT 5.1 — 5.2 (2001-2005)
• Windows Vista — Windows NT 6.0 (2006)
• Windows 7 — Windows NT 6.1 (2009)
• Windows 8 — Windows NT 6.2 (2012)
• Windows 8.1 — Windows NT 6.3 (2013)
• Windows 10 — Windows NT 10.0 (2015-2019)

В последних версиях Windows есть сборки, отличающиеся функционалом и ценой:

• Home Edition — сборка для домашнего использования с простой конфигурацией.
• Professional — сборка с дополнительным функционалом для более продвинутых пользователей.
• Enterprise — корпоративная версия для организаций.

Интерфейс Windows

Интерфейс — это внешний вид операционной системы. У отдельных частей интерфейса есть свои названия.

• Рабочий стол — основное место, занимает большую часть экрана. Здесь можно располагать ярлыки.
• Панель задач — здесь можно закреплять программы, с которыми вы чаще всего работаете. Здесь же показываются открытые в данный момент программы, выбранный язык, дата и время.
• Кнопка ПУСК — при нажатии открывается меню для быстрого доступа к программам.
• Ярлык — картинка, при нажатии на которые открывается соответствующая программа или документ.

Кнопка ПУСК может также находиться на вашей клавиатуре.

Внешний вид меню ПУСК:

Ссылки

Разновидности операционных систем

Рассмотрим какие ещё бывают операционные системы, кроме Windows. Речь пойдёт об операционных системах для персональных компьютеров. Не будем акцентировать внимание на операционных системах для серверов, мобильных телефонов и специализированной техники.

• MacOS — операционная система от компании Apple. Установлена как основная операционная система на продуктах компании. Платная.
• Linux — операционная система распространяется бесплатно. Сложна в освоении, поэтому мало распространена. Имеет несколько разновидностей (модификаций), которые поддерживаются различными компаниями и сообществами, например:
  • Ubuntu
  • FreeBSD
  • Fedora
  • Elementary OS
  • Chrome OS
  • OpenSuse
  • Linux Mint
  • Mageia
  • PCLinuxOS
  • Manjaro
  • Arch
  • Puppy
  • и ещё много других

Интересные факты об операционных системах

На одном компьютере может быть установлено одновременно несколько операционных систем. В этом случае при включении компьютера вас спросят, какую операционную систему нужно загрузить.

Microsoft Windows и ядро Linux могут быть запущены одновременно на одной и той же машине с помощью специального программного обеспечения CoLinux. В windows 10 уже появилась встроенная подсистема linux.

Для обучения пользователей обращению с мышкой в Microsoft разработали и внедрили в Windows компьютерную версию игры Reversi. Таким образом пользователи привыкали использовать мышь, кликая с её помощью на фишки. Задумайтесь, для чего сделана игра «сапёр»?

На рекламу Windows 95 было потрачено более 300 миллионов долларов.

В Windows нельзя создать папку с названиями con, prn, aux, nul. Это ограничение восходит относят к временам операционной системы MS-DOS. Некоторые слова были зарезервированы для обозначения устройств ввода-вывода, поэтому нельзя создать папки с такими именами.

Линус Торвальдс использовал операционную систему Minix, однако был недоволен многими ограничениями в ней и решил написать свою систему. Когда была выпущена более-менее стабильная версия, интерес Торвальдса к проекту угас, и он был готов его забросить. Но в тот же период он случайно испортил раздел на жёстком диске, где стояла Minix, и вместо её переустановки Торвальдс решил всё-таки закончить начатое. Так благодаря случайности появилось ядро Linux и впоследствии ОС GNU/Linux.

На данный момент более 75% серверов обеспечивающие надежную работу Интернет работают под управлением Linux.

MenuetOS — самая маленькая операционная система. Написана на ассемблере и помещается на дискету.