Hệ điều hành (Operating System – OS) là một phần mềm quan trọng, hoạt động trên các thiết bị phần cứng như máy tính, laptop và đồng hồ thông minh. Máy tính khi mới xuất xưởng thường chưa có hệ điều hành, và người dùng cần tự lựa chọn và cài đặt một hệ điều hành để có thể sử dụng. Hệ điều hành được lưu trữ trên ổ cứng (HDD hoặc SSD) của máy tính.
Mục Lục
Hệ Điều Hành (OS) Là Gì?
Vậy chính xác thì OS là gì? Hệ điều hành là chương trình quản lý toàn bộ các chương trình (phần mềm) và phần cứng của máy tính.
- Phần cứng: Bao gồm CPU (Central Processing Unit – bộ vi xử lý trung tâm), bộ nhớ (RAM – Random Access Memory và ROM – Read Only Memory), các thiết bị nhập (bàn phím, chuột) và các thiết bị xuất (máy in, loa).
- Phần mềm: Các chương trình như trình soạn thảo văn bản (Word, Excel), trình duyệt web (Chrome, Firefox).
Hệ điều hành là một chương trình luôn chạy trên máy tính, thường được gọi là kernel.
Các Thành Phần Chính Của Hệ Điều Hành
Hệ thống máy tính bao gồm phần cứng, phần mềm và dữ liệu. Hệ điều hành cung cấp một phương thức để người dùng tương tác với máy tính, sử dụng các tiện ích thông qua việc gọi các dịch vụ của hệ điều hành.
- Kernel: Cung cấp khả năng kiểm soát cơ bản đối với phần cứng của máy tính. Kernel đọc và ghi dữ liệu từ bộ nhớ, xử lý cách nhận và gửi dữ liệu của các thiết bị ngoại vi như màn hình, chuột, bàn phím,…
- Giao diện lập trình ứng dụng (API – Application Programming Interface): Cho phép các nhà phát triển ứng dụng viết mã module để tương tác với hệ điều hành.
- Giao diện người dùng (UI – User Interface): Cho phép người dùng tương tác với máy tính thông qua biểu tượng đồ họa (GUI – Graphical User Interface) hoặc dòng lệnh (CLI – Command Line Interface).
Hệ điều hành có thể được ví như chính phủ của một quốc gia. Bản thân hệ điều hành không có nhiều ý nghĩa, nhưng khi nó quản lý tài nguyên, sự tiện lợi và hữu dụng của nó được thể hiện rõ ràng. Người dùng máy tính (công dân) có thể làm việc với “chính phủ” thông qua các dịch vụ chung.
Để bảo vệ phần cứng khỏi truy cập trái phép hoặc các hành vi phá hoại, hệ điều hành cung cấp một lớp đệm bảo vệ (system call interface) giữa phần cứng và phần mềm.
Cách Hệ Thống Máy Tính Hoạt Động
- Khi người dùng nhấn nút nguồn (power) hoặc nút khởi động lại máy (restart), chương trình đầu tiên chạy là chương trình “mồi” cho hệ điều hành (bootstrap program), thường được lưu trữ trong ROM (Read-Only Memory).
- Chương trình “mồi” này sẽ tìm kiếm hệ điều hành trong ổ cứng và khởi động nó.
- Một chương trình được khởi động bằng cách tải vào bộ nhớ RAM để CPU có thể truy cập và thực thi.
- Hệ điều hành hoạt động: nhanh chóng thực hiện các chức năng của nó để quản lý hệ thống.
Chức Năng Cơ Bản Của Hệ Điều Hành
Hệ điều hành có hai chức năng cơ bản:
1. Cung cấp tài nguyên cho các chương trình (phần mềm) để chạy.
Hệ thống máy tính có nhiều tài nguyên (thời gian CPU, bộ nhớ RAM, dung lượng ổ cứng), và hệ điều hành quản lý việc sử dụng các tài nguyên này.
Hệ điều hành phải phân chia tài nguyên một cách công bằng và nhanh chóng, đáp ứng vô số yêu cầu từ các chương trình khác nhau.
Ví dụ, khi bạn muốn in một tài liệu Word, phần mềm Word sẽ yêu cầu hệ điều hành cung cấp quyền truy cập vào máy in. Trong trường hợp này, yêu cầu là từ Word và tài nguyên là máy in.
2. Kiểm soát các chương trình đang chạy.
Hệ điều hành phải kiểm soát các chương trình (phần mềm, tiến trình) đang chạy để ngăn ngừa lỗi và việc sử dụng sai mục đích của người dùng.
Ví dụ, nếu bạn cố gắng chạy một game đòi hỏi cấu hình cao trên một máy tính có cấu hình yếu, hệ điều hành có thể tự động tắt chương trình nếu nó tải quá lâu hoặc có khả năng gây ảnh hưởng đến phần cứng.
Chức Năng Nâng Cao Của Hệ Điều Hành
Ngoài các chức năng cơ bản, hệ điều hành còn có các chức năng nâng cao như:
- Quản lý tiến trình (process management)
- Quản lý bộ nhớ (memory management)
- Quản lý lưu trữ (storage management)
- Quản lý thiết bị ngoại vi (như USB, ổ cứng ngoài)
- Cung cấp giao diện người dùng thân thiện và tiện lợi.
Ngày nay, hệ điều hành không chỉ xuất hiện trên máy tính mà còn trên điện thoại thông minh. Các hệ điều hành trên điện thoại thường bao gồm kernel và middleware, một tập hợp các phần mềm giúp người dùng dễ dàng tiếp cận và sử dụng các tính năng.
Các Hệ Điều Hành Máy Tính Phổ Biến Nhất
Bốn hệ điều hành phổ biến nhất cho cá nhân và doanh nghiệp là macOS (trước đây là Mac OS X) của Apple, Linux (nhiều bản phân phối khác nhau), Windows của Microsoft và ChromeOS của Google.
Hai hệ điều hành di động lớn nhất hiện nay là Android của Google và iOS của Apple, cả hai đều bao gồm một lõi kernel và nhiều lớp middleware để thuận tiện cho người dùng smartphone.