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.
Операционная система Windows. Что это такое?
Что такое Windows
Windows (виндоуз) — это название операционной системы компьютера. У нее есть несколько версий, самые популярные из которых это XP, 7, 10.
Операционная система или сокращенно ОС — это самая важная программа компьютера. Без нее мы даже не смогли бы его включить. При помощи ОС мы управляем компьютером, то есть делаем за ним все то, что делаем – работаем, отдыхаем, пользуемся интернетом.
Когда мы включаем компьютер, то видим картинку и всякие значки, кнопки, окошки и прочее. Вся эта красота, которую вы видите и используете, возможна только благодаря операционной системе. Если бы не было ОС, то при включении был бы только черный экран с английскими буквами и цифрами.
Windows – это одна из разновидностей операционных систем. Так сказать, ее марка. Как, например, марка автомобиля – Ауди, Фольксваген, БМВ.
У систем компьютера есть свои «марки»: Linux, macOS и другие. Из них Windows — самая популярная в мире. Она установлена на большинстве компьютеров.
Существует несколько версий этой ОС:
- Устаревшие и малораспространенные: 95, 98, 2000, Me, XP, Vista и другие;
- Популярные: 7, 8, 10.
Между собой они отличаются датой выпуска. Сейчас самой новой версией является Windows 10. Но многие по-прежнему пользуются XP и 7. Эти ОС используют меньше ресурсов и подходят для старых и маломощных компьютеров.
Н а самом деле, не так важно, какая версия на вашем компьютере, ноутбуке. Все они друг на друга похожи – принцип работы один и тот же. Но самой стабильной на данный момент является Windows 10.
Как узнать операционную систему компьютера
Проще всего узнать версию операционной системы по Рабочему столу – той картинке и значкам, которые появляются при включении компьютера. Они отличаются на разных версиях.
Еще посмотреть какая у вас ОС можно через значок «Этот компьютер» или «Мой компьютер». Для этого щелкните по нему правой кнопкой мыши и из списка выберите пункт «Свойства».
Появится окно с указанием системы
Или откройте «Пуск», нажмите правой кнопкой мыши по надписи «Компьютер» и выберите «Свойства».
Операционная система Windows — принцип работы
В связи с открытием рубрики — Компьютерные уроки, следует дать вступление по операционной системе Windows. Эта рубрика предназначена как для начинающих, так и для «бывалых» пользователей компьютеров и ноутбуков. Итак, приступим:
Принцип работы Windows
В основе операционной системы Windows и всех ее приложений лежит так называемый событийный механизм.
Приложениями операционной системы называются программы, написанные для работы под ее управлением.
Обычно программа — более широкое понятие, чем приложение, но если статья посвящена системе Windows, то можете считать, что это почти одно и то же.
Основная особенность приложений Windows состоит в том, что им запрещено полностью захватывать процессор. Если программа для Windows написана корректно, она обязана время от времени приостанавливать свою работу и отдавать процессор самой операционной системе.
Сколько бы приложений ни работало одновременно, операционная система периодически отбирает у них процессор и передает его другим программам (в том числе и собственным), а потом опять возвращает.
Благодаря этому операционная система постоянно находится в курсе дел всех своих приложений. Происходит это настолько быстро, что мы просто не замечаем, что множество программ работает по очереди, — нам кажется, что они работают одновременно. Этим обеспечивается многозадачный режим работы.
Если на компьютере запустить приложение другой операционной системы, например программу, написанную для MS-DOS, то далеко не всегда Windows будет в курсе ее дел, проще говоря программа не будет работать.
Операционная система Windows работает не только как диспетчер, открывающий программам доступ к процессору, но и как контролер. Внутри нее есть средства, проверяющие работу приложений, и если в каком-то приложении произошло некое событие, об этом становится известно операционной системе, и та в свою очередь может принять соответствующие меры.
В идеале так и должно быть, если приложение не имеет внутренних ошибок. На практике ошибки встречаются, в результате чего мы иногда сталкиваемся с «зависанием» компьютера. «Зависание» — это тот случай, когда операционная система не может восстановить контроль над тем, что делают программы, и компьютер перестает реагировать на наши команды.
Для примера посмотрим, как компьютер работает с мышью. В недрах 
операционной системы работает программа, отвечающая за взаимодействие с нею, — драйвер мыши.
Драйверами называются программы, отвечающие за взаимодействие операционной системы с устройствами.
Если драйвер мыши сообщает о том, что мышь переместилась или была нажата какая-то ее кнопка, то для операционной системы это событие ;). Система проверяет, где находился указатель в момент наступления события, определяет, какое приложение отвечает за работу окна, над которым в этот момент находился указатель, и сообщает ему о зафиксированном событии. Приложение, в свою очередь, принимает меры в соответствии с тем, что задумал создавший его программист.
Так получается, что и сама операционная система Windows, и все ее приложения находятся в постоянной готовности к внешним событиям.
Кстати, событиями являются не только манипуляции с мышью, но и сигналы, поступающие от клавиатуры, принтера, модема, внутренних часов и многих других устройств и программ.