出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』「2015/03/26 17:16:11」(JST)
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オペレーティングシステム（Operating System, OS）は、コンピュータにおいて、ハードウェアを抽象化したインターフェースを利用者またはアプリケーションソフトウェアに提供するソフトウェアである。システムソフトウェアの一種に分類する。マスコミ等は日本語訳として「基本ソフト」を使っている。
広義のOSには、GUIフロントエンドであるデスクトップ環境であるウィンドウシステムを含む。また、データベース管理システム (DBMS) などのミドルウェア、ファイル管理ソフトウェアやエディタや各種設定ツールなどのユーティリティ、基本的なアプリケーションソフトウェア（ウェブブラウザや時計などのアクセサリ）を含むことがある。
OSの中で、ハードウェアを直接管理操作するなどの最も中心的な機能の部分を、特にカーネルと呼んで分けることもある。この場合、カーネル以外の部分（シェルなど）をユーザランドと呼ぶ。また、カーネルとユーザランドではCPUモードやアドレス空間が異なっている。
現代の主なオペレーティングシステムの例として、Android、BSD、iOS、Linux、Microsoft Windows、OS X、Windows Phone、IBM z/OS などがある[1]。これらのうち、Windows系とz/OS以外は全てUnix系である。
OSの主な目的は3つある。すなわち、ハードウェアの抽象化、リソースの管理、そしてコンピュータ利用効率の向上である[2][3]。
OSはアプリケーションソフトウェアを動作させるのが第一の目的である。このためのインターフェースがAPI（アプリケーション・プログラミング・インタフェース）とABI（アプリケーション・バイナリ・インタフェース）である。カーネルはシステムコールによってアプリケーションにサービスを提供する。さらに基本ライブラリも含めた形でアプリケーションに対してAPI/ABIを提供する。アプリケーションによってはOS上のミドルウェアやアプリケーションフレームワークなどをAPIとして使用する場合もある。
APIはプログラミングのためのインターフェースであり、プログラムを作成する際の規則を構成する。例えば、C言語での関数やFORTRAN/Pascalなどのライブラリ呼び出しの仕様といったものがそれにあたる。
一方、ABIはコンパイルされたソフトウェアがOSの機能を呼び出す際のインタフェースであり、プロセスが動作する際の規則を構成する。例えば、UNIX系のOSはAPIがほとんど共通だが、ABIはOSによって異なる従って、同じCPUを使ったシステムであっても、ABIが異なれば実行ファイルが異なる。ABIには、呼出規約、システムコールの方法などが含まれる。
なお、OSの垣根を越えたABIもいくつか存在する。例えば、OCMP (Open Computing Environment for MIPS Platform) というMIPS系チップを使用したUNIX機によるバイナリ共通インタフェースが日本電気やソニー、住友電気工業、日本タンデムコンピューターズなどにより定義され、その定義に沿ったUNIX-OSが複数販売された。
ファームウェアとデバイスドライバの助けを借り、カーネルはコンピュータの全ハードウェアデバイスの基本的制御を提供する。RAM上のプログラムのメモリアクセスを管理し、どのプログラムがどのハードウェア資源へのアクセスを得るかを決定し、常に運用が最適化されるようCPUの状態を設定し、ファイルシステムと共にディスク、磁気テープ、フラッシュメモリといった長期的不揮発性記憶装置でのデータの編成を行う。
OSはアプリケーションプログラムとコンピュータハードウェアの間のインタフェースを提供し、OSに組み込まれた規則や手続きに従うことによってアプリケーションプログラムはハードウェアとやりとりできる。OSはまた、アプリケーションプログラムの開発と実行を簡素化するサービス群も提供する。アプリケーションプログラムの実行にあたって、OSのカーネルがプロセスを生成する。プロセスの生成には、メモリ空間などの資源の割り当て、マルチタスクシステムでのプロセスへの優先度の割り当て、プログラムのバイナリコードのメモリへのロード、アプリケーションプログラムの実行開始といった仕事が含まれる。そうして初めてユーザーやハードウェアデバイスとやりとりを開始できる。
割り込みはOSの要であり、OSが周囲の環境と相互作用し反応するための効率的手段となっている。非常に小さなスタック（50バイトや60バイト）しか持たない古いシステムでは、OSが対応しなければならないイベントの発生源を「監視」するポーリング方式を採用していたが、現代の大きなスタックを持つシステムでは一般的ではない。現代の多くのCPUは、割り込みをベースとしたプログラミングを直接サポートしている。割り込みが発生すると、その時点のレジスタコンテキストを退避し、そのイベントに対応した特定のコードを実行する。非常に基本的なコンピュータにもハードウェア割り込み機能があり、プログラマは特定の割り込みが発生したときに実行すべきコードを設定することができる。
割り込みを受信すると、コンピュータのハードウェアは実行中のプログラムを自動的に一時停止させ、状態を退避させ、その割り込みに事前に割り当てられているコードを実行する。これは例えば読書中に電話が鳴ったとき、本にしおりを挟み、電話に出るのに似ている。現代的なOSでは、割り込みはOSのカーネルが扱う。割り込みはコンピュータのハードウェアが発生させる場合もあるし、実行中のプログラムが発生させる場合もある。
ハードウェアから割り込みが発生した場合、OSのカーネルがそのイベントにどう対応するかを一般に何らかの処理コードを実行して決定する。割り込みには優先順位があり、それに従って実行するコードが決定される。再び人間にたとえれば、電話が鳴ると同時に火災警報も鳴ったら、電話には出ずに避難するだろう。ハードウェア割り込みの処理は通常、デバイスドライバと呼ばれるソフトウェアに委任される。デバイスドライバはOSのカーネルの一部という場合もあるし、別のプログラムという場合もあるし、混在する場合もある。デバイスドライバは割り込みによって得た情報を各種手段を通じて動作中のプログラムに中継する。
実行中のプログラムがOSに対して割り込みを発生させる場合もある。例えば、あるプログラムがハードウェアにアクセスしたい場合、OSのカーネルに対して割り込みを発生させ、結果として制御をカーネルに移す。するとカーネルは必要な処理を行う。また、プログラムがメモリなどの資源を追加で要求する場合、割り込みを発生させてカーネルに知らせる。ただし、それらは一般にシステムコールと呼ばれ、ハードウェア割り込みとは実装が異なることもある。
現代的CPUには複数の運用モードがある。その場合、少なくともユーザーモードとスーパーバイザモードの2つが存在する。スーパーバイザモードはOSのカーネルが使用するモードで、ハードウェアに無制限にアクセスでき、メモリの読み書きの方法を制御したり、グラフィックスカードなどのデバイスとやりとりしたりできる。一方ユーザーモードはカーネル以外のほぼ全てが使用する。アプリケーションはユーザーモードで動作し、ハードウェアとのやりとりはカーネルを通す必要がある。CPUは2つ以上のモードを持つこともあり、古いプロセッサをエミュレートするのに使ったりする。
コンピュータが起動した際は、自動的にスーパーバイザモードで動作する。BIOSやEFI、ブートローダー、OSのカーネルといったごく一部のプログラムがスーパーバイザモードで動作する。このようになっているのは、ユーザーモードの環境の初期化はその外側にあるプログラムでないと行えないためである。しかし、OSが他のプログラムに制御を渡す際には、CPUをユーザーモードに設定できる。
ユーザーモードでは、プログラムが使用できるCPUの命令セットが制限されている。ユーザープログラムでユーザーモードを抜け出すには、割り込みを発生させ、カーネルに制御を戻す。そのようにしてハードウェアやメモリへのアクセスといったことへの独占的制御をOSが保持している。
パーキンソンの法則によると、「メモリを拡張するとプログラムはそれに伴って拡大する」という。プログラマーは無限の容量と無限の速度のメモリを理想としている。コンピュータのメモリは階層構造になっていて、最も高速なレジスタから、キャッシュメモリ、RAM、最も低速なディスク装置がある。OS内のメモリ管理部はこのようなメモリを管理するもので、利用可能な部分、割り当てと解放、主記憶と二次記憶との間でのスワップなどを制御する。
マルチプログラミングOSのカーネルはプログラムが使用中の全システムメモリの管理責任を負っている。それによってあるプログラムが既に別のプログラムが使用しているメモリを誤って使用しないようにしている。プログラム群は時分割で動作するので、それぞれのプログラムの独立したメモリアクセスが可能となっている。
協調的メモリ管理は初期のOSでよく使われた方式で、全プログラムが自発的にカーネルのメモリ管理機構を使い、割り当てられたメモリをはみ出さないように動作することを前提としている。プログラムにはバグがつきもので、そのために割り当てられたメモリからはみ出すこともあるため、このようなメモリ管理は今では見られない。プログラムが異常動作すると、他のプログラムが使用中のメモリを書き換えることもあった。悪意あるプログラムやウイルスが意図的に他のプログラムのメモリを書き換えたり、OS自体の動作を妨げたりすることも可能である。協調的メモリ管理では、たった1つのプログラムがおかしな動作をするだけでシステム全体がクラッシュする。
カーネルによるメモリ保護により、プロセスのメモリへのアクセスが制限される。メモリ保護には様々な技法があり、セグメント方式とページング方式が代表的である。どの技法でも何らかのハードウェアサポートが必要であり（例えば、80286のMMUなど）、あらゆるコンピュータがそのようなハードウェア機構を備えているわけではない。
セグメント方式でもページング方式でも、CPU内のユーザーがアクセスできないレジスタ群でユーザープログラムがアクセス可能なメモリアドレスの範囲を設定している。その範囲外のアドレスにアクセスしようとすると割り込みが発生してCPUがスーパーバイザモードに遷移し、カーネルがその状況に対処する。これをセグメンテーション違反と呼ぶ。セグメンテーション違反は一般にプログラムの間違いから発生するので、実行を継続するような対処は困難であり、カーネルは問題のプログラムを強制終了させ、エラーを報告するのが一般的である。
Windows 3.1 から Windows Me までは何らかのメモリ保護機構を備えていたものの、それを回避するのも容易だった。そのためセグメンテーション違反の発生を知らせる一般保護違反（英語版）が考案されたが、それでもシステムがクラッシュすることが多かった。
ページングやセグメントによる仮想記憶を使用することで、カーネルは任意の時点で各プログラムが使用するメモリを選択でき、同じメモリ位置を複数タスクで使用させることも可能となる。
あるプログラムが使用可能な現在のメモリ範囲だが物理メモリが割り当てられていない位置にアクセスしようとしたとき、セグメンテーション違反のように割り込みによってカーネルに遷移する。このような割り込みをUnix系ではページフォールトと呼ぶ。
カーネルがページフォールトを受け付けると、そのプログラムに割り当てられた仮想メモリ空間の調整を行い、要求されたメモリアクセスが可能になるよう物理メモリを割り当てる。これにより、カーネルはそれぞれのアプリケーションへのメモリ割り当てを自由に決定でき、さらには実際には割り当てないでおくことも可能となる。
現代的OSでは、相対的にアクセス頻度が低いメモリを一時的にディスクなどの二次記憶装置に退避させ、主記憶を他のプログラムのために空けることができる。これをスワッピングと呼び、限られたメモリを複数のプログラムで使用可能にし、メモリの内容を必要に応じて退避させたり復帰させたりできる。
仮想記憶により、実際に搭載しているよりも多くのRAMを使用しているかのような感覚でコンピュータを使用することができる[4]。
コンピュータ上の各動作はバックグラウンドであっても一般のアプリケーションであっても、内部的にはプロセスとして動作する。DOSのような機能の限定されたOSは一度に1つのプロセスしか実行できない。近代的なOSは一度に複数のプロセスを動作させることができる（マルチタスク）。プロセス管理は複数のプロセスを実行するためにOSが行う処理である。プロセッサを1つだけ持つ一般的なコンピュータでは、マルチタスクは高速にプロセスからプロセスへ切り替えを行うことで実現される。ユーザーがより多くのプロセスを実行すれば、個々のプロセスに割り当てられる時間は少なくなっていく。多くのシステムでは、これが音声の途切れやマウスカーソルの奇妙な動作などを引き起こす。一般的なプロセス管理は、プロセスごとに優先度を与え、それによって配分される時間を決めている。
OSのカーネルにはスケジューラと呼ばれるソフトウェアが含まれており、プロセッサが実行すべきプロセスの順序と一度に実行する期間を決定している。スケジューラが選択したプロセスにカーネルが制御を渡し、それによってそのプログラムがCPUとメモリにアクセス可能になる。その後何らかの機構で制御がカーネルに戻され、スケジューラが再び新たなプロセスを選択する。このようなカーネルとアプリケーション間の制御の切り替えをコンテキストスイッチと呼ぶ。
プログラム群へのCPU時間の割当方法の初期のモデルとして協調的マルチタスクがある。このモデルでは、カーネルがあるプログラムに制御を渡すと、そのプログラムは時間を制限されることなく処理を行え、カーネルには自発的に制御を戻すことになっている。したがって、悪意あるプログラムやバグのあるプログラムがあると他のプログラムにCPU時間が割り当てられなくなり、無限ループに陥っている場合はシステム全体がハングアップする。
プリエンプティブ・マルチタスクでは、動作中のプロセスから任意の時点で制御を奪うことができ、全プログラムに所定のCPU時間を割り当てることが可能である。これを実現するためOSはタイマ割り込みを使用し、所定の時間が経過したら割り込みを発生させてスーパーバイザモードに制御を戻させ、カーネルがスケジューラを呼び出す。
現代的OSでは、プリエンプションの考え方をユーザーモード（アプリケーション）だけでなくデバイスドライバやカーネルコードに対しても適用し、リアルタイム性を向上させている。
ホームコンピュータなどのシングルユーザーOSでは、少数のよく評価されたプログラムしか使わないことが多く、協調的マルチタスクで全く問題ない。例外として AmigaOS は初期のバージョンからプリエンプティブ・マルチタスクを実現していた。Microsoft Windows で初めてプリエンプティブ・マルチタスクを実装したのは Windows NT だが、それが一般家庭向けに発売されるのは Windows XP からだった。
ディスクに格納したデータへのアクセスは、あらゆるOSの中心的機能である。コンピュータはファイルという形でディスクにデータを格納する。ディスクの内容は高速アクセス、高信頼性、ディスク領域の利用効率などを考慮して編成される。このファイルをディスクに格納する方式をファイルシステムと呼び、それによってファイルに名前と属性が付与される。また、ディレクトリあるいはフォルダと呼ばれる構造を使い、ファイル群を階層構造（木構造）内に格納できる。
初期のOSは一種類のディスク装置しかサポートしておらず、ファイルシステムも一種類ということが多かった。初期のファイルシステムは容量や性能が低く、ファイル名やディレクトリ構造の面で制約が多かった。そういった制約はOS自体の設計上の制約を反映していることが多く、複数のファイルシステムをサポートするのもOSの制約の観点から非常に困難だった。
より単純なOSではストレージへのアクセス手段が限られているが、UNIXやLinuxなどのOSでは仮想ファイルシステム (VFS) という機構をサポートしている。UNIXなどのOSは様々なストレージデバイスをサポートしており、それらの仕様やファイルシステムとは独立した共通のアプリケーションプログラミングインタフェース (API) でアクセスできるようにしている。そのためプログラムはアクセスしようとしているデバイスに関する知識を持つ必要がない。VFS機構により、プログラムはデバイスドライバとファイルシステムドライバを経由してシステム上のあらゆるデバイスと様々なファイルシステムにアクセス可能となる。
ハードディスクドライブなどの補助記憶装置には、デバイスドライバを通してアクセスする。デバイスドライバは担当するデバイスのインタフェースをよく理解しており、それをOSが全ディスクドライブに共通で用意しているインタフェースに変換する。UNIXでは、それがブロックデバイスのインタフェースである。
Linuxを元プラットフォームとして開発されたものにはext2、ext3、ReiserFSなどがある。また、他のプラットフォームからXFS、JFS、FATファイルシステムなどが移植され、NTFSも不十分ながら読み書きが可能である。
Macintoshではまず最初にMacintosh File System (MFS) が実装されたが、ディレクトリ機能を備えていなかったためファイルブラウザFinderでフォルダをエミュレーションしていた。その後Hierarchical File System (HFS) でディレクトリ機能を実装し、現在は改良を加えたHFS+が採用されている。現在Mac OS Xで読み書きが可能なものはHFS、HFS+、UNIX File System (UFS)、FATとなる。なおUFSの使用は一般でなく、FATへの対応は他プラットフォームとのデータ交換に用いられる。NTFSは読み込みのみが可能であり、書き込みについてはCommon Internet File System (CIFS) によるネットワークを介したものに限られる。
Windowsが標準で扱えるファイルシステムは、FAT、FAT32、NTFSである。NT系のWindowsではNT3.51まではOS/2標準のHPFSにアクセス可能だった。現在Windows上ではNTFSが最も信頼性と効率が高いものとして一般的に利用される。FATはMS-DOSから採用される古いファイルシステムであるが、パーティションやファイルサイズに制限があり、大容量化したハードディスクではあまり用いられない。このためファイルサイズの制限をなくしたexFATが新たに開発された。なお、exFATはVistaや7では標準で使えるが、XPでexFATを使うためには専用のプログラムを新たにインストールする必要がある。
FATはその仕様の制限から大容量のハードディスクには向かないが、その一方構造が単純でデジタルカメラや携帯電話などの組み込みシステム向けを含むさまざまなOSで読み書き可能なことから、各種メモリカードやUSBメモリなどプラットフォームを跨ぐ用途においては主流である。なお、それらフラッシュディスクの大容量化に対応するため、マイクロソフトはFATを拡張したexFATというファイルシステムを発表している[5]。
MacintoshからWindows等へファイルを転送すると、転送先のWindows側に本体とは別のファイルが出現することがある。これはHFSやHFS+のみがサポートするリソースフォークと呼ばれるデータ構造によるもので、Macintoshではそれらを一元的に管理を行うため一つの書類に見える。このように幾つものフォークを一つのデータに格納することをマルチフォークと呼び、もとのデータを改変することなくOS独自の管理情報を容易に付与できる機能だが、実質的にMacintoshでしか利用できない。
ファイルシステムには、急な電源切断などによる障害へ対応する機構を持つものがある。 ジャーナルファイルシステムが最もよく採用される機構であり、その他にもZFSのように書き込み操作をトランザクションとして扱うものもある。これらを用いることで、障害復旧時のチェックを大幅に短縮する、または完全に不要にする。一方これらの機構を持たないファイルシステムでは、ファイルシステムの整合性を保つためストレージ全体を検査する必要がある。
デバイスドライバはハードウェアとのやり取りをするためのソフトウェアである。一般にハードウェアとの通信を行うインタフェースを持ち、ハードウェアの接続される何らかの通信サブシステムやバスを経由して通信を行う。コマンドをハードウェアに送り、データの送受信を行う。また、一方でOSやアプリケーションに対するインタフェースも提供する。ハードウェアに強く依存するプログラムであり、OSにも依存している。これによって、OSやアプリケーションがハードウェアを使って動作することが容易になっている。ハードウェアの非同期的な割り込みの処理もデバイスドライバの役割である。
デバイスドライバの主たる設計目標は抽象化である。ハードウェアは用途が同種のものであっても、機種によって動作や性能などがそれぞれ異なる。新たな機能や性能を提供するハードウェアが登場したとき、それらは従来とは異なった制御方式を採用していることが多い。OSを将来にわたってあらゆるハードウェアを制御できるように設計するのは困難である。従って、個別のハードウェアの制御をOSから切り離す必要がある。デバイスドライバはOSとのインタフェース（関数呼び出し）をデバイス固有の処理に変換することが主たる機能となる。理論的には、新たな制御方法の新しいハードウェアが登場しても、そのハードウェア用のドライバが古いOSに対応していれば、古いOSでもドライバだけ置き換えればハードウェアを制御可能となる。
Vista以前のWindowsやバージョン2.6より以前のLinuxカーネルでは、ドライバ実行は協調的だった。すなわち、あるドライバが無限ループに陥ると、システム全体がフリーズした。その後のバージョンではプリエンプションが可能となり、カーネルがドライバを中断させることができるようになった。
多くのOSはTCP/IPプロトコルをサポートしている。歴史的に見れば、初期のコンピュータネットワークはモデムを使って電話回線で行われていた（BSC手順など）。その後、パケット通信が使われるようになり、IBMのSNAなどの各社独自のネットワークアーキテクチャが登場した。現在では、TCP/IPを中心とした通信が主流となっている。
通信プロトコルは、トランスポート層まではカーネル内モジュールとして実装し、プレゼンテーション層より上はシステムプロセスとして実装されるのが一般的である。セッション層の実装はシステムによって異なる。
このようなネットワーク機能により、異なるOS間でネットワークを形成し、計算能力（RPC）、ファイル、プリンター、スキャナーなどのリソースを共有できる。ネットワークにより、あるコンピュータのOSが遠隔のコンピュータにあるリソースをあたかも自身に直接接続されているかのように透過的に利用できる。単純な通信に始まり、分散ファイルシステム、グラフィックスやサウンドといった機能の共有まで様々な応用がある。透過的アクセスの例としては、SSHによるコマンドラインの直接使用などもある。
OSが関係するセキュリティ機能は、ユーザーがリソースへの何らかのアクセスを行う際に前もって認証し、そのユーザーのアクセスレベルを決定し、管理者の方針に基づいてアクセスを制限することである。
OSは、処理を許可すべき要求と処理すべきでない要求を識別できなければならない。一部のシステムは単にユーザー名などで要求者を識別し、それによって特権の有無を判断する。要求者を識別する過程を「認証」(authentication) と呼ぶ。ユーザー名を示さなければならないことが多く、ユーザー名に続いてパスワードも必要な場合がある。別の認証方法として、磁気カードや生体データを使った「認証」(certification) を行うこともある。ネットワーク経由に接続などの場合、認証を全く行わずにリソースにアクセスさせることもある（ネットワーク上で共有されたファイルを読む場合など）。
さらに高度なセキュリティを備えたシステムでは、監査証跡 (auditing) オプションも提供している。これは、リソースへのアクセス要求を監視し記録するものである（「このファイルは誰が読もうとしたか?」など）。プログラムが何らかのリソースを要求すれば割り込みによってカーネルに制御が渡るので、そこでセキュリティの確認が可能である。プログラムがハードウェアやリソースに直接アクセスできる場合、セキュリティは確保されない。
何者かがコンソールやネットワーク接続経由でログインしようとする際にもセキュリティの確保が必要である。このような要求は一般にデバイスドライバ経由でカーネルに渡され、それから必要ならアプリケーションに渡される。ログインにまつわるセキュリティは、企業や軍などで機密情報を保持しているコンピュータでは長年の課題だった。アメリカ国防総省 (DoD) はセキュリティ評価に関する基本要件を定めた標準 Trusted Computer System Evaluation Criteria (TCSEC) を策定した。TCSECはセキュリティを要求されるシステムの調達条件とされるようになったため、OSメーカーはこれを重視するようになった。
個人が使用するコンピュータにはユーザインタフェースが必要とされる。ユーザインタフェースは必ずしもOSの一部とは限らない。通常はシェルなどのプログラムが実装しているが、人間とのやりとりが必要なプログラムは基本的にユーザインタフェースを備えている。ユーザインタフェースは、キーボードやマウスやクレジットカード読み取り機といった入力デバイスからのデータを取得するのにOSを介する必要があり、モニターやプリンターといった出力機器にプロンプトやメッセージを出力するのにもOSを介する必要がある。主なユーザインタフェースは、古くからあるキャラクタユーザインタフェース（コマンドラインインタフェース）と視覚的なグラフィカルユーザインタフェースに大別される。
最近のOSは一般にGUIを持っている。多くのプロプライエタリなシステム（Windows やMac OS）はカーネルとGUIが密接に関係している。他のOSではユーザインタフェースはモジュール化されていて、任意のGUIをインストールしたり、新たなGUIを作成したりできる（Linux、FreeBSD、OpenSolaris）。
Windowsでは新たなバージョンが登場するたびにGUIを変更してきた。初期のWindowsからWindows Vistaまでを比べてみると、その変化は大きいし、MacintoshのGUIは1999年の Mac OS Xの登場で劇的に変化した[6]。
Macでは初期からSystem 6.0.xまでが白黒のGUIで、System 7以降もカラー化されたのみで、Mac OS 8でプラチナアピアランスが採用されても、Mac OS 9.2.2までは基本要素はほぼ変わらなかった。しかしMac OS Xになって完全に刷新され、AquaベースのGUIになった。Mac OS X v10.3以降ではメタルアピアランスが導入され、その後もバージョンアップのたびに少しずつ手が加えられている。また、Aquaとは別にX11も用意されている。
Mac OS Xの前身のNEXTSTEPは様々な独創的なGUI要素で知られ、他のOSやデスクトップ環境に大きな影響を与えた。グレースケールのシステムだったころよりアルファチャンネルを備えていたのは特筆すべき点である。
Linuxでは、GUIを提供するデスクトップ環境がいくつか存在する。Linuxで使えるGUIとして有名なものは、GNOMEとKDEがある。
1950年代、OSという概念が登場し始めた。初期のコンピュータはOSを持たなかった。しかし、システム管理用ソフトウェアツールやハードウェアの使用を簡素化するツールはすぐに出現し、徐々にその利用範囲を拡大していった。最初のOSは、IBM 701用にゼネラルモーターズが開発したもの、IBM 704用にゼネラルモーターズとノースアメリカン航空が共同開発したもの等、多くの候補があるが、どういった機能が搭載された時点でOSと呼ぶかによる。この時代のものをOSとは呼ばない場合もある[7]。
当時は、パンチカード等から入力されたプログラムを磁気テープに一旦保存し、その磁気テープを大型コンピュータに接続後、プログラムをロードして実行していた。そのため、入出力装置のドライバに当たるものが作成されていた。また、アセンブラやコンパイラが登場し始めた時代なので、まずコンパイラをロードしてからプログラム（ソースコード）をロードし、コンパイル結果として出力されたアセンブリ言語をアセンブルするために、さらにアセンブラをロードするといった手続きが必要だった。こうした作業を自動化するバッチ処理がOSの機能として実現されていた。また、プロセスの状態を監視するモニタも実装されていた。
1960年代前半には、OS機能の増強が進められた。スプール、ジョブ管理、記憶保護、マルチプログラミング、タイムシェアリングシステム、そして、仮想記憶の概念が登場し始めた。これらの概念を複数搭載するOSも登場していた。また、マルチプロセッシングシステムに対応するOSもあった。
1960年代後半には、OSは著しい進化を遂げた。現在のOSの概念や基本部分（カーネル）の技術の大半は、この時期に完成された。
1964年のIBM System/360シリーズに搭載されたOS/360は世界初の商用OSとされ、単一のOSシリーズで幅広いモデル（性能、容量、価格帯）と周辺機器を稼働させ、更にハードディスクドライブをサポートし、本格的な（プリエンプティブな）マルチタスクを実現した。「オペレーティングシステム」という用語が一般化したのもOS/360からである。従来は機種ごとに専用の制御ソフトが付属し「機種が変わればプログラムは書き直し、周辺機器は買い直し」が常識だったが、OSがアプリケーションに一貫した上位互換のAPIを提供する事で、OS/360用に書かれたプログラムは、40年以上経過した現在のz/OS上でもバイナリ互換で動作する。
この頃のもう1つの重要な進歩としてタイムシェアリングシステムの本格的な実用化がある。コンピュータの資源を複数のユーザーが並行的に使えるようにすることで、システムを有効利用するものである。タイムシェアリングは、各ユーザーに高価なマシンを独占しているかのような幻想を抱かせた。1965年のMulticsのタイムシェアリングシステムは特に有名である。更に1967年にはSystem/360用に、商用初の仮想化OS（仮想機械）であるCP-40とCP-67が登場し、1台のコンピュータで同時に複数のOSを稼働できるようになったが、これもタイムシェアリングの応用である。
また仮想記憶は1961年のバロース B5000が商用初とされ、1970年のIBM System/370シリーズ用のOS/VSで広く普及した。コンピュータの利用形態としてオンライントランザクション処理やデータベース処理が普及したのもこの頃である。
1970年代～1980年代前半は、多種多様な分散システムが普及した。ミニコンピュータ用OSとしては、VMSが有名である。Multicsは1970年代の様々なOS、UNIXなどに影響を与えた。UNIXはオープンシステムと呼ばれ、ミニコンピュータからメインフレームまで広く普及した。
また1970年代には低価格なマイクロプロセッサが登場したが、初期のマイクロコンピュータは、メインフレームやミニコンピュータのような大規模なOSを搭載する容量もなかったため、ディスク管理程度の必要最低限の機能しか持たないOSが開発された。初期の特筆すべきOSとしてCP/Mがあり、8ビットのマイクロコンピュータで良く使われた。その大雑把なクローン（複製）として16ビットのIBM PC用にPC DOSが生まれ、そのOEM版であるMS-DOSが普及した。これらはOSの提供する機能が少なく、画面制御など多くの機能は、アプリケーションが直接ハードウェアを操作する必要があったため、同じCPUを使用していても、ハードウェア（機種）が異なると互換性も失われた。このMS-DOSと後継のMicrosoft Windowsによって、マイクロソフトは世界有数のソフトウェア企業となった。
なお、1980年代の別の特筆すべき流れとして、GUIを標準装備したアップルコンピュータのMacintoshがある。MacintoshのOS (Mac OS) は、当時の性能的制約から、多くの部分がファームウェアの状態でハードウェアに組み込まれてはいたが、現在でいうウィジェット・ツールキットを含むToolboxと呼ばれるAPI群を持ち、アプリケーションにおけるGUIのデザイン開発をある程度まで標準化した。
マイクロプロセッサの高性能化と低価格化が進むと、業務用途のシステムでは、高機能な端末を大量に用意することが可能になり、UNIXをベースとしたクライアントサーバモデルが普及した。クライアント機であるワークステーションのOSとしてSunOS、IBM AIX、IRIXなどのUNIX系OSが用いられた。この時期には肥大化したUNIXの再設計の機運が高まり、マイクロカーネルという新しい設計手法が生まれ、成果としてMachなどのカーネルが作られた。しかし、UNIXの権利を持つAT&Tがライセンスに厳しい条件をつけるようになり、UNIXを自由に改変したり、改変した機能を外部に公開することができなくなった。このため、オープンシステムとしてのUNIXのオープンな文化は一時衰退に追い込まれた。さらにUNIXの標準規格を巡ってUNIX戦争が勃発し、UNIX市場は大きなダメージを受けた。
1980年代後半には、パソコンにも32ビット時代が到来し、1990年代に入ると、低価格なAT互換機でもメモリを十分に搭載すればPC-UNIXの利用が可能になりはじめた。当時のパソコンでは、OSとして最低限の機能しか持たないDOSが依然として使われており、GUIやネットワーク、マルチメディアに対応させるため、ベンダがDOSを様々な形で拡張したシステムソフトウェアや、ウィンドウシステムを搭載するようにもなったが、これは互換性や信頼性など様々な点で問題を発生させていた。こうした問題を解決するため、堅牢な（プリエンプティブな）マルチタスク機能、高度なネットワーク機能など、従来のUNIX(互換)ワークステーション並みの機能がパソコンにも求められるようになってきた。さらに、肥大化したソフトウェア開発の効率を改善するためにオブジェクト指向APIを導入し、Macintoshのように標準化されたGUIを備えることも求められた。これらの機能を備えたOSは「次世代OS」、「モダンOS」などと呼ばれた。
1987年にはIBMとマイクロソフトが、パーソナルコンピュータ用に堅牢なマルチタスク機能・GUI（同年末の1.1より）・ネットワーク機能（拡張版）を装備したOS/2を発表した。1988年に登場したNEXTSTEPは、業務用途に耐える堅牢性・全面的なオブジェクト指向導入による柔軟性・高度なグラフィック機能・一貫したGUIといった、新世代のデスクトップOSで求められる機能を全て実現した。しかしこれらは当時のハードウェア性能では負荷が大きかったため広くは普及せず、代わりに、軽量だが堅牢なメモリ管理やマルチタスク機能は持たないMac OSや、Windows 3.x などのGUI環境が徐々に普及していった。これらは当時の限られたハードウェアでも快適に動作したが、安定性や機能では劣っていた。
UNIX（互換）系OSの流れでは、UNIXの権利を持つAT&T（1992年からはノベル）がソースコードの自由な改変を禁じていたことから、オープンソースのUNIX互換OSが開発されはじめる。1990年にHurdの開発が開始され、1991年に、Linuxがフリーソフトウェアとして公開された。マイクロカーネルなどの新しい設計手法を採用し、トレンドに合わせたびたび設計が変更されたHurdの開発が停滞する一方、Linuxは保守的な設計とバザール方式という不特定多数の担い手による開発手法を採用し、迅速な開発が進められ、PC-UNIXのデファクトスタンダードとなった。ただしLinuxはOSの心臓部であるカーネルのみのため、カーネル以外のOSを構成するソフトウェアを揃えて自ら環境を整える必要があり、初期段階においては技術者などのごく一部の人たちにのみ使われていた。386BSDを皮切りにフリーのBSD系UNIXも登場したが、UNIXの権利者だったノベルとBSDを開発したカリフォルニア大学バークレー校との訴訟に巻き込まれ、開発中止を余儀なくされた（1994年からFreeBSDとNetBSDの開発が再開される）。
1994年には、Windowsとしては初めて、32ビットに本格対応（カーネルの32ビット化）し、堅牢なマルチタスク機能を備えたWindows NTが登場した。ただこれも負荷や互換性の問題などから個人用途にはあまり普及せず、Windows 3.xを拡張しつつ、Windows NTの機能を限定的に取り入れたWindows 9x系との並存が続いた。WindowsがWindows NTベースに一本化されたのは2001年のWindows XPからである。
また、アップルも同年、NEXTSTEPを発展させたMac OS Xを新たにリリース、従来のMac OSの後継となった。このころには低価格なパーソナルコンピュータでも、これらのOSの負荷を問題としないほどに高性能化しており、オープンで低価格な分散コンピューティングを広めた（ダウンサイジング）。
2003年にはパソコンにも64ビット時代が到来、OSも64ビット化が進んだが、16ビット化や32ビット化の際と比較すると、OSの機能や役割に大きな変化はなかった。商用のパソコンOSを二分するWindowsとMac OS Xのいずれもが、64ビットへの移行を徐々に進めている。Windowsは同一バージョンのOSで32ビット版と64ビット版の双方を提供しており、Mac OS Xは32ビットカーネルを維持したまま、一般プロセスに64ビット機能を持たせる道を選んだ。2000年代中頃まではパソコンの性能向上が著しかったため、デスクトップ用途の新しいオペレーティングシステムは同時代における高性能なパソコンを必要としていたが、2006年を境にしてCPUの性能向上の限界が顕著に現れ始めると、高効率化を目指した開発にシフトした。従って、新しいオペレーティングシステムの発売によるパソコンの買い替え需要も喚起し辛くなった。
オープンソースの流れでは、従来よりGNUがUNIX向けのツール群を開発していたが、これらをLinuxカーネルと組み合わせたGNU/Linuxシステムが、2000年頃よりUnix系OSの主流となった。またBSD系OSもUNIX系OSのシェアの大きな部分を占めている。
一方、組み込みシステムにもより複雑な機能が求められるようになり、汎用OSをベースとした組み込みオペレーティングシステムが、従来主流だったリアルタイムOSを置き換えつつある。BSDおよびLinuxやWindows、Symbian OSなどが幅広い用途に使われている。
1990年代以降はダウンサイジングの流れにより、業務用途でもオープンシステムやWindowsへと主流が移行している中、信頼性・可用性を重視する用途には、現在でも専用OS（z/OS、MSP/XSP、VOS3、ACOSなど）を搭載したメインフレームが採用され、使い分けられている。
2000年代に入りWindows NT系に代表される近代的なオペレーティングシステムがパーソナルコンピュータで一般化し、デスクトップOSの進歩も一段落した観がある。ハードウェアの高性能化にもかかわらず、システムソフトウェアが著しく肥大化・複雑化しているため、PC/AT互換機で稼働するWindows系OSなどでは依然としてOSの起動時間はほとんど変わっていないため、常時起動したまま席を離れる時はスリープして使うのが主流となった。なおこれは、他のプラットフォームには必ずしも該当しない。例えば起動に10数分もかかっていたNEXTSTEPと1-2分で起動する現在のMac OS Xを比較すると、その起動時間の短縮幅はそれなりに大きい。
多くのユーザーにとってパーソナルコンピュータはオーバースペック気味となり、高性能化したハードウェアをユーザーエクスペリエンスの改善につなげることが課題となっている。2000年代後半からはWindows Vista・Windows 7やMac OS Xなどの新OSにおいて、高機能のマルチコアCPUやプログラマブルシェーダを搭載したビデオチップへの対応がトレンドとなっている。
パソコン市場が成熟化する一方で、近年顕著になっているのは、スマートフォンやタブレットに代表される、デスクトップOSから派生した組み込みプラットフォームの台頭である。カメラ、GPS、加速度センサー、ジャイロ、無線LAN、Bluetooth、狭い画面に最適化されたタッチパネル、などのインターフェースを組み込み、携帯機器の低消費電力の要求に応えたiOS、Androidなどのモバイルプラットフォームが注目を集め、モバイルコンピューティングが一般化しつつある。
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An operating system (OS) is software that manages computer hardware and software resources and provides common services for computer programs. The operating system is an essential component of the system software in a computer system. Application programs usually require an operating system to function.
Time-sharing operating systems schedule tasks for efficient use of the system and may also include accounting software for cost allocation of processor time, mass storage, printing, and other resources.
For hardware functions such as input and output and memory allocation, the operating system acts as an intermediary between programs and the computer hardware,[1][2] although the application code is usually executed directly by the hardware and frequently makes system calls to an OS function or be interrupted by it. Operating systems are found on many devices that contain a computer—from cellular phones and video game consoles to web servers and supercomputers.
Examples of popular modern operating systems include Android, BSD, iOS, Linux, OS X, QNX, Microsoft Windows,[3] Windows Phone, and IBM z/OS. The first six of these examples share roots in UNIX.
A single-tasking system can only run one program at a time, while a multi-tasking operating system allows more than one program to be running in concurrency. This is achieved by time-sharing, dividing the available processor time between multiple processes which are each interrupted repeatedly in time-slices by a task scheduling subsystem of the operating system. Multi-tasking may be characterized in pre-emptive and co-operative types. In pre-emptive multitasking, the operating system slices the CPU time and dedicates a slot to each of the programs. Unix-like operating systems, e.g., Solaris, Linux, as well as AmigaOS support pre-emptive multitasking. Cooperative multitasking is achieved by relying on each process to provide time to the other processes in a defined manner. 16-bit versions of Microsoft Windows used cooperative multi-tasking. 32-bit versions of both Windows NT and Win9x, used pre-emptive multi-tasking. Mac OS prior to OS X also used to support cooperative multitasking.[citation needed]
Single-user operating systems have no facilities to distinguish users, but may allow multiple programs to run at the same time[citation needed]. A multi-user operating system extends the basic concept of multi-tasking with facilities that identify processes and resources, such as disk space, belonging to multiple users, and the system permits multiple users to interact with the system at the same time. Time-sharing operating systems schedule tasks for efficient use of the system and may also include accounting software for cost allocation of processor time, mass storage, printing, and other resources to multiple users.
A distributed operating system manages a group of distinct computers and makes them appear to be a single computer. The development of networked computers that could be linked and communicate with each other gave rise to distributed computing. Distributed computations are carried out on more than one machine. When computers in a group work in cooperation, they form a distributed system[citation needed].
In an OS, distributed and cloud computing context, templating refers to creating a single virtual machine image as a guest operating system, then saving it as a tool for multiple running virtual machines (Gagne, 2012, p. 716). The technique is used both in virtualization and cloud computing management, and is common in large server warehouses. [4]
Embedded operating systems are designed to be used in embedded computer systems. They are designed to operate on small machines like PDAs with less autonomy. They are able to operate with a limited number of resources. They are very compact and extremely efficient by design. Windows CE and Minix 3 are some examples of embedded operating systems.
A real-time operating system is an operating system that guaranties to process events or data within a certain short amount of time. A real-time operating system may be single- or multi-tasking, but when multitasking, it uses specialized scheduling algorithms so that a deterministic nature of behavior is achieved. An event-driven system switches between tasks based on their priorities or external events while time-sharing operating systems switch tasks based on clock interrupts.[citation needed]
Early computers were built to perform a series of single tasks, like a calculator. Basic operating system features were developed in the 1950s, such as resident monitor functions that could automatically run different programs in succession to speed up processing. Operating systems did not exist in their modern and more complex forms until the early 1960s.[5] Hardware features were added, that enabled use of runtime libraries, interrupts, and parallel processing. When personal computers became popular in the 1980s, operating systems were made for them similar in concept to those used on larger computers.
In the 1940s, the earliest electronic digital systems had no operating systems. Electronic systems of this time were programmed on rows of mechanical switches or by jumper wires on plug boards. These were special-purpose systems that, for example, generated ballistics tables for the military or controlled the printing of payroll checks from data on punched paper cards. After programmable general purpose computers were invented, machine languages (consisting of strings of the binary digits 0 and 1 on punched paper tape) were introduced that sped up the programming process (Stern, 1981)[full citation needed].
In the early 1950s, a computer could execute only one program at a time. Each user had sole use of the computer for a limited period of time and would arrive at a scheduled time with program and data on punched paper cards and/or punched tape. The program would be loaded into the machine, and the machine would be set to work until the program completed or crashed. Programs could generally be debugged via a front panel using toggle switches and panel lights. It is said that Alan Turing was a master of this on the early Manchester Mark 1 machine, and he was already deriving the primitive conception of an operating system from the principles of the Universal Turing machine.[5]
Later machines came with libraries of programs, which would be linked to a user's program to assist in operations such as input and output and generating computer code from human-readable symbolic code. This was the genesis of the modern-day operating system. However, machines still ran a single job at a time. At Cambridge University in England the job queue was at one time a washing line from which tapes were hung with different colored clothes-pegs to indicate job-priority.[citation needed]
An improvement was the Atlas Supervisor introduced with the Manchester Atlas commissioned in 1962, ‘considered by many to be the first recognisable modern operating system’.[6] Brinch Hansen described it as "the most significant breakthrough in the history of operating systems."[7]
Through the 1950s, many major features were pioneered in the field of operating systems, including batch processing, input/output interrupt, buffering, multitasking, spooling, runtime libraries, link-loading, and programs for sorting records in files. These features were included or not included in application software at the option of application programmers, rather than in a separate operating system used by all applications. In 1959, the SHARE Operating System was released as an integrated utility for the IBM 704, and later in the 709 and 7090 mainframes, although it was quickly supplanted by IBSYS/IBJOB on the 709, 7090 and 7094.
During the 1960s, IBM's OS/360 introduced the concept of a single OS spanning an entire product line, which was crucial for the success of the System/360 machines. IBM's current mainframe operating systems are distant descendants of this original system and applications written for OS/360 can still be run on modern machines.[citation needed]
OS/360 also pioneered the concept that the operating system keeps track of all of the system resources that are used, including program and data space allocation in main memory and file space in secondary storage, and file locking during update. When the process is terminated for any reason, all of these resources are re-claimed by the operating system.
The alternative CP-67 system for the S/360-67 started a whole line of IBM operating systems focused on the concept of virtual machines. Other operating systems used on IBM S/360 series mainframes included systems developed by IBM: COS/360 (Compatibility Operating System), DOS/360 (Disk Operating System), TSS/360 (Time Sharing System), TOS/360 (Tape Operating System), BOS/360 (Basic Operating System), and ACP (Airline Control Program), as well as a few non-IBM systems: MTS (Michigan Terminal System), MUSIC (Multi-User System for Interactive Computing), and ORVYL (Stanford Timesharing System).
Control Data Corporation developed the SCOPE operating system in the 1960s, for batch processing. In cooperation with the University of Minnesota, the Kronos and later the NOS operating systems were developed during the 1970s, which supported simultaneous batch and timesharing use. Like many commercial timesharing systems, its interface was an extension of the Dartmouth BASIC operating systems, one of the pioneering efforts in timesharing and programming languages. In the late 1970s, Control Data and the University of Illinois developed the PLATO operating system, which used plasma panel displays and long-distance time sharing networks. Plato was remarkably innovative for its time, featuring real-time chat, and multi-user graphical games.
In 1961, Burroughs Corporation introduced the B5000 with the MCP, (Master Control Program) operating system. The B5000 was a stack machine designed to exclusively support high-level languages with no machine language or assembler, and indeed the MCP was the first OS to be written exclusively in a high-level language – ESPOL, a dialect of ALGOL. MCP also introduced many other ground-breaking innovations, such as being the first commercial implementation of virtual memory. During development of the AS400, IBM made an approach to Burroughs to licence MCP to run on the AS400 hardware. This proposal was declined by Burroughs management to protect its existing hardware production. MCP is still in use today in the Unisys ClearPath/MCP line of computers.
UNIVAC, the first commercial computer manufacturer, produced a series of EXEC operating systems[citation needed]. Like all early main-frame systems, this batch-oriented system managed magnetic drums, disks, card readers and line printers. In the 1970s, UNIVAC produced the Real-Time Basic (RTB) system to support large-scale time sharing, also patterned after the Dartmouth BC system.
General Electric and MIT developed General Electric Comprehensive Operating Supervisor (GECOS), which introduced the concept of ringed security privilege levels. After acquisition by Honeywell it was renamed General Comprehensive Operating System (GCOS).
Digital Equipment Corporation developed many operating systems for its various computer lines, including TOPS-10 and TOPS-20 time sharing systems for the 36-bit PDP-10 class systems. Before the widespread use of UNIX, TOPS-10 was a particularly popular system in universities, and in the early ARPANET community.
From the late 1960s through the late 1970s, several hardware capabilities evolved that allowed similar or ported software to run on more than one system. Early systems had utilized microprogramming to implement features on their systems in order to permit different underlying computer architectures to appear to be the same as others in a series. In fact, most 360s after the 360/40 (except the 360/165 and 360/168) were microprogrammed implementations.
The enormous investment in software for these systems made since the 1960s caused most of the original computer manufacturers to continue to develop compatible operating systems along with the hardware. Notable supported mainframe operating systems include:
The first microcomputers did not have the capacity or need for the elaborate operating systems that had been developed for mainframes and minis; minimalistic operating systems were developed, often loaded from ROM and known as monitors. One notable early disk operating system was CP/M, which was supported on many early microcomputers and was closely imitated by Microsoft's MS-DOS, which became widely popular as the operating system chosen for the IBM PC (IBM's version of it was called IBM DOS or PC DOS). In the '80s, Apple Computer Inc. (now Apple Inc.) abandoned its popular Apple II series of microcomputers to introduce the Apple Macintosh computer with an innovative Graphical User Interface (GUI) to the Mac OS.
The introduction of the Intel 80386 CPU chip with 32-bit architecture and paging capabilities, provided personal computers with the ability to run multitasking operating systems like those of earlier minicomputers and mainframes. Microsoft responded to this progress by hiring Dave Cutler, who had developed the VMS operating system for Digital Equipment Corporation. He would lead the development of the Windows NT operating system, which continues to serve as the basis for Microsoft's operating systems line. Steve Jobs, a co-founder of Apple Inc., started NeXT Computer Inc., which developed the NEXTSTEP operating system. NEXTSTEP would later be acquired by Apple Inc. and used, along with code from FreeBSD as the core of Mac OS X.
The GNU Project was started by activist and programmer Richard Stallman with the goal of creating a complete free software replacement to the proprietary UNIX operating system. While the project was highly successful in duplicating the functionality of various parts of UNIX, development of the GNU Hurd kernel proved to be unproductive. In 1991, Finnish computer science student Linus Torvalds, with cooperation from volunteers collaborating over the Internet, released the first version of the Linux kernel. It was soon merged with the GNU user space components and system software to form a complete operating system. Since then, the combination of the two major components has usually been referred to as simply "Linux" by the software industry, a naming convention that Stallman and the Free Software Foundation remain opposed to, preferring the name GNU/Linux. The Berkeley Software Distribution, known as BSD, is the UNIX derivative distributed by the University of California, Berkeley, starting in the 1970s. Freely distributed and ported to many minicomputers, it eventually also gained a following for use on PCs, mainly as FreeBSD, NetBSD and OpenBSD.
Unix was originally written in assembly language.[8] Ken Thompson wrote B, mainly based on BCPL, based on his experience in the MULTICS project. B was replaced by C, and Unix, rewritten in C, developed into a large, complex family of inter-related operating systems which have been influential in every modern operating system (see History).
The Unix-like family is a diverse group of operating systems, with several major sub-categories including System V, BSD, and Linux. The name "UNIX" is a trademark of The Open Group which licenses it for use with any operating system that has been shown to conform to their definitions. "UNIX-like" is commonly used to refer to the large set of operating systems which resemble the original UNIX.
Unix-like systems run on a wide variety of computer architectures. They are used heavily for servers in business, as well as workstations in academic and engineering environments. Free UNIX variants, such as Linux and BSD, are popular in these areas.
Four operating systems are certified by The Open Group (holder of the Unix trademark) as Unix. HP's HP-UX and IBM's AIX are both descendants of the original System V Unix and are designed to run only on their respective vendor's hardware. In contrast, Sun Microsystems's Solaris Operating System can run on multiple types of hardware, including x86 and Sparc servers, and PCs. Apple's OS X, a replacement for Apple's earlier (non-Unix) Mac OS, is a hybrid kernel-based BSD variant derived from NeXTSTEP, Mach, and FreeBSD.
Unix interoperability was sought by establishing the POSIX standard. The POSIX standard can be applied to any operating system, although it was originally created for various Unix variants.
A subgroup of the Unix family is the Berkeley Software Distribution family, which includes FreeBSD, NetBSD, and OpenBSD. These operating systems are most commonly found on webservers, although they can also function as a personal computer OS. The Internet owes much of its existence to BSD, as many of the protocols now commonly used by computers to connect, send and receive data over a network were widely implemented and refined in BSD. The World Wide Web was also first demonstrated on a number of computers running an OS based on BSD called NextStep.
BSD has its roots in Unix. In 1974, University of California, Berkeley installed its first Unix system. Over time, students and staff in the computer science department there began adding new programs to make things easier, such as text editors. When Berkeley received new VAX computers in 1978 with Unix installed, the school's undergraduates modified Unix even more in order to take advantage of the computer's hardware possibilities. The Defense Advanced Research Projects Agency of the US Department of Defense took interest, and decided to fund the project. Many schools, corporations, and government organizations took notice and started to use Berkeley's version of Unix instead of the official one distributed by AT&T.
Steve Jobs, upon leaving Apple Inc. in 1985, formed NeXT Inc., a company that manufactured high-end computers running on a variation of BSD called NeXTSTEP. One of these computers was used by Tim Berners-Lee as the first webserver to create the World Wide Web.
Developers like Keith Bostic encouraged the project to replace any non-free code that originated with Bell Labs. Once this was done, however, AT&T sued. Eventually, after two years of legal disputes, the BSD project came out ahead and spawned a number of free derivatives, such as FreeBSD and NetBSD.
OS X (formerly "Mac OS X") is a line of open core graphical operating systems developed, marketed, and sold by Apple Inc., the latest of which is pre-loaded on all currently shipping Macintosh computers. OS X is the successor to the original Mac OS, which had been Apple's primary operating system since 1984. Unlike its predecessor, OS X is a UNIX operating system built on technology that had been developed at NeXT through the second half of the 1980s and up until Apple purchased the company in early 1997. The operating system was first released in 1999 as Mac OS X Server 1.0, with a desktop-oriented version (Mac OS X v10.0 "Cheetah") following in March 2001. Since then, six more distinct "client" and "server" editions of OS X have been released, until the two were merged in OS X 10.7 "Lion". Releases of OS X v10.0 through v10.8 are named after big cats. Starting with v10.9, "Mavericks", OS X versions are named after inspirational places in California.[9] OS X 10.10 "Yosemite", the most recent version, was announced and released on June 2, 2014 at the WWDC 2014.
Prior to its merging with OS X, the server edition – OS X Server – was architecturally identical to its desktop counterpart and usually ran on Apple's line of Macintosh server hardware. OS X Server included work group management and administration software tools that provide simplified access to key network services, including a mail transfer agent, a Samba server, an LDAP server, a domain name server, and others. With Mac OS X v10.7 Lion, all server aspects of Mac OS X Server have been integrated into the client version and the product re-branded as "OS X" (dropping "Mac" from the name). The server tools are now offered as an application.[10]
The GNU project is a collaboration of many programmers who envisioned to create a free and open operating system that was similar to Unix but with new code licensed on the open-source license model. It was started in 1983 by Richard Stallman, and is responsible for many components of most Linux variants. Thousands of pieces of software for virtually every operating system are licensed under the GNU General Public License. Meanwhile, the Linux kernel originated in 1991 as a side project of Linus Torvalds, while a university student in Finland. He posted information about his project on a newsgroup for computer students and programmers, and received support and assistance from volunteers who succeeded in creating a complete and functional kernel. GNU programmers joint the effort and both groups worked to integrate the finished GNU parts with the Linux kernel to create a complete operating system.
Linux is Unix-like, but was developed without any Unix code, unlike BSD and its variants. Because of its open license model, the Linux kernel code is available for study and modification, which resulted in its use on a wide range of computing machinery from supercomputers to smart-watches. Although estimates suggest that Linux and GNU software are used on only 1.82% of all personal computers,[11][12] it has been widely adopted for use in servers[13] and embedded systems[14] such as cell phones. GNU/Linux has superseded Unix on many platforms and is used on the ten most powerful supercomputers in the world.[15] The Linux kernel is used in some popular distributions, such as Red Hat, Debian, Ubuntu, Linux Mint and Google's Android.
Chromium is an operating system based on the Linux kernel and designed by Google. Since Chromium OS targets computer users who spend most of their time on the Internet, it is mainly a web browser with limited ability to run local applications, though it has a built-in file manager and media player. Instead, it relies on Internet applications (or Web apps) used in the web browser to accomplish tasks such as word processing.[16] Chromium OS differs from Chrome OS in that Chromium is open-source and used primarily by developers whereas Chrome OS is the operating system shipped out in Chromebooks.[17]
Microsoft Windows is a family of proprietary operating systems designed by Microsoft Corporation and primarily targeted to Intel architecture based computers, with an estimated 88.9 percent total usage share on Web connected computers.[12][18][19][20] The newest version is Windows 8.1 for workstations and Windows Server 2012 R2 for servers. Windows 7 recently overtook Windows XP as most used OS.[21][22][23]
Microsoft Windows originated in 1985 as an operating environment running on top of MS-DOS, which was the standard operating system shipped on most Intel architecture personal computers at the time. In 1995, Windows 95 was released which only used MS-DOS as a bootstrap. For backwards compatibility, Win9x could run real-mode MS-DOS[24][25] and 16 bits Windows 3.x[26] drivers. Windows ME, released in 2000, was the last version in the Win9x family. Later versions have all been based on the Windows NT kernel. Current client versions of Windows run on IA-32, x86-64 and 32-bit ARM microprocessors.[27] In addition Itanium is still supported in older server version Windows Server 2008 R2. In the past, Windows NT supported additional architectures.
Server editions of Windows are widely used. In recent years, Microsoft has expended significant capital in an effort to promote the use of Windows as a server operating system. However, Windows' usage on servers is not as widespread as on personal computers, as Windows competes against Linux and BSD for server market share.[28][29]The first PC that used windows operating system was the IBM Personal System/2.
There have been many operating systems that were significant in their day but are no longer so, such as AmigaOS; OS/2 from IBM and Microsoft; Mac OS, the non-Unix precursor to Apple's Mac OS X; BeOS; XTS-300; RISC OS; MorphOS; Haiku; BareMetal and FreeMint. Some are still used in niche markets and continue to be developed as minority platforms for enthusiast communities and specialist applications. OpenVMS formerly from DEC, is still under active development by Hewlett-Packard. Yet other operating systems are used almost exclusively in academia, for operating systems education or to do research on operating system concepts. A typical example of a system that fulfills both roles is MINIX, while for example Singularity is used purely for research.
Other operating systems have failed to win significant market share, but have introduced innovations that have influenced mainstream operating systems, not least Bell Labs' Plan 9.
The components of an operating system all exist in order to make the different parts of a computer work together. All user software needs to go through the operating system in order to use any of the hardware, whether it be as simple as a mouse or keyboard or as complex as an Internet component.
With the aid of the firmware and device drivers, the kernel provides the most basic level of control over all of the computer's hardware devices. It manages memory access for programs in the RAM, it determines which programs get access to which hardware resources, it sets up or resets the CPU's operating states for optimal operation at all times, and it organizes the data for long-term non-volatile storage with file systems on such media as disks, tapes, flash memory, etc.
The operating system provides an interface between an application program and the computer hardware, so that an application program can interact with the hardware only by obeying rules and procedures programmed into the operating system. The operating system is also a set of services which simplify development and execution of application programs. Executing an application program involves the creation of a process by the operating system kernel which assigns memory space and other resources, establishes a priority for the process in multi-tasking systems, loads program binary code into memory, and initiates execution of the application program which then interacts with the user and with hardware devices.
Interrupts are central to operating systems, as they provide an efficient way for the operating system to interact with and react to its environment. The alternative — having the operating system "watch" the various sources of input for events (polling) that require action — can be found in older systems with very small stacks (50 or 60 bytes) but is unusual in modern systems with large stacks. Interrupt-based programming is directly supported by most modern CPUs. Interrupts provide a computer with a way of automatically saving local register contexts, and running specific code in response to events. Even very basic computers support hardware interrupts, and allow the programmer to specify code which may be run when that event takes place.
When an interrupt is received, the computer's hardware automatically suspends whatever program is currently running, saves its status, and runs computer code previously associated with the interrupt; this is analogous to placing a bookmark in a book in response to a phone call. In modern operating systems, interrupts are handled by the operating system's kernel. Interrupts may come from either the computer's hardware or the running program.
When a hardware device triggers an interrupt, the operating system's kernel decides how to deal with this event, generally by running some processing code. The amount of code being run depends on the priority of the interrupt (for example: a person usually responds to a smoke detector alarm before answering the phone). The processing of hardware interrupts is a task that is usually delegated to software called a device driver, which may be part of the operating system's kernel, part of another program, or both. Device drivers may then relay information to a running program by various means.
A program may also trigger an interrupt to the operating system. If a program wishes to access hardware, for example, it may interrupt the operating system's kernel, which causes control to be passed back to the kernel. The kernel then processes the request. If a program wishes additional resources (or wishes to shed resources) such as memory, it triggers an interrupt to get the kernel's attention.
Modern CPUs support multiple modes of operation. CPUs with this capability use at least two modes: protected mode and supervisor mode. The supervisor mode is used by the operating system's kernel for low level tasks that need unrestricted access to hardware, such as controlling how memory is written and erased, and communication with devices like graphics cards. Protected mode, in contrast, is used for almost everything else. Applications operate within protected mode, and can only use hardware by communicating with the kernel, which controls everything in supervisor mode. CPUs might have other modes similar to protected mode as well, such as the virtual modes in order to emulate older processor types, such as 16-bit processors on a 32-bit one, or 32-bit processors on a 64-bit one.
When a computer first starts up, it is automatically running in supervisor mode. The first few programs to run on the computer, being the BIOS or EFI, bootloader, and the operating system have unlimited access to hardware – and this is required because, by definition, initializing a protected environment can only be done outside of one. However, when the operating system passes control to another program, it can place the CPU into protected mode.
In protected mode, programs may have access to a more limited set of the CPU's instructions. A user program may leave protected mode only by triggering an interrupt, causing control to be passed back to the kernel. In this way the operating system can maintain exclusive control over things like access to hardware and memory.
The term "protected mode resource" generally refers to one or more CPU registers, which contain information that the running program isn't allowed to alter. Attempts to alter these resources generally causes a switch to supervisor mode, where the operating system can deal with the illegal operation the program was attempting (for example, by killing the program).
Among other things, a multiprogramming operating system kernel must be responsible for managing all system memory which is currently in use by programs. This ensures that a program does not interfere with memory already in use by another program. Since programs time share, each program must have independent access to memory.
Cooperative memory management, used by many early operating systems, assumes that all programs make voluntary use of the kernel's memory manager, and do not exceed their allocated memory. This system of memory management is almost never seen any more, since programs often contain bugs which can cause them to exceed their allocated memory. If a program fails, it may cause memory used by one or more other programs to be affected or overwritten. Malicious programs or viruses may purposefully alter another program's memory, or may affect the operation of the operating system itself. With cooperative memory management, it takes only one misbehaved program to crash the system.
Memory protection enables the kernel to limit a process' access to the computer's memory. Various methods of memory protection exist, including memory segmentation and paging. All methods require some level of hardware support (such as the 80286 MMU), which doesn't exist in all computers.
In both segmentation and paging, certain protected mode registers specify to the CPU what memory address it should allow a running program to access. Attempts to access other addresses trigger an interrupt which cause the CPU to re-enter supervisor mode, placing the kernel in charge. This is called a segmentation violation or Seg-V for short, and since it is both difficult to assign a meaningful result to such an operation, and because it is usually a sign of a misbehaving program, the kernel generally resorts to terminating the offending program, and reports the error.
Windows versions 3.1 through ME had some level of memory protection, but programs could easily circumvent the need to use it. A general protection fault would be produced, indicating a segmentation violation had occurred; however, the system would often crash anyway.
The use of virtual memory addressing (such as paging or segmentation) means that the kernel can choose what memory each program may use at any given time, allowing the operating system to use the same memory locations for multiple tasks.
If a program tries to access memory that isn't in its current range of accessible memory, but nonetheless has been allocated to it, the kernel is interrupted in the same way as it would if the program were to exceed its allocated memory. (See section on memory management.) Under UNIX this kind of interrupt is referred to as a page fault.
When the kernel detects a page fault it generally adjusts the virtual memory range of the program which triggered it, granting it access to the memory requested. This gives the kernel discretionary power over where a particular application's memory is stored, or even whether or not it has actually been allocated yet.
In modern operating systems, memory which is accessed less frequently can be temporarily stored on disk or other media to make that space available for use by other programs. This is called swapping, as an area of memory can be used by multiple programs, and what that memory area contains can be swapped or exchanged on demand.
"Virtual memory" provides the programmer or the user with the perception that there is a much larger amount of RAM in the computer than is really there.[30]
Multitasking refers to the running of multiple independent computer programs on the same computer; giving the appearance that it is performing the tasks at the same time. Since most computers can do at most one or two things at one time, this is generally done via time-sharing, which means that each program uses a share of the computer's time to execute.
An operating system kernel contains a scheduling program which determines how much time each process spends executing, and in which order execution control should be passed to programs. Control is passed to a process by the kernel, which allows the program access to the CPU and memory. Later, control is returned to the kernel through some mechanism, so that another program may be allowed to use the CPU. This so-called passing of control between the kernel and applications is called a context switch.
An early model which governed the allocation of time to programs was called cooperative multitasking. In this model, when control is passed to a program by the kernel, it may execute for as long as it wants before explicitly returning control to the kernel. This means that a malicious or malfunctioning program may not only prevent any other programs from using the CPU, but it can hang the entire system if it enters an infinite loop.
Modern operating systems extend the concepts of application preemption to device drivers and kernel code, so that the operating system has preemptive control over internal run-times as well.
The philosophy governing preemptive multitasking is that of ensuring that all programs are given regular time on the CPU. This implies that all programs must be limited in how much time they are allowed to spend on the CPU without being interrupted. To accomplish this, modern operating system kernels make use of a timed interrupt. A protected mode timer is set by the kernel which triggers a return to supervisor mode after the specified time has elapsed. (See above sections on Interrupts and Dual Mode Operation.)
On many single user operating systems cooperative multitasking is perfectly adequate, as home computers generally run a small number of well tested programs. The AmigaOS is an exception, having pre-emptive multitasking from its very first version. Windows NT was the first version of Microsoft Windows which enforced preemptive multitasking, but it didn't reach the home user market until Windows XP (since Windows NT was targeted at professionals).
Access to data stored on disks is a central feature of all operating systems. Computers store data on disks using files, which are structured in specific ways in order to allow for faster access, higher reliability, and to make better use out of the drive's available space. The specific way in which files are stored on a disk is called a file system, and enables files to have names and attributes. It also allows them to be stored in a hierarchy of directories or folders arranged in a directory tree.
Early operating systems generally supported a single type of disk drive and only one kind of file system. Early file systems were limited in their capacity, speed, and in the kinds of file names and directory structures they could use. These limitations often reflected limitations in the operating systems they were designed for, making it very difficult for an operating system to support more than one file system.
While many simpler operating systems support a limited range of options for accessing storage systems, operating systems like UNIX and Linux support a technology known as a virtual file system or VFS. An operating system such as UNIX supports a wide array of storage devices, regardless of their design or file systems, allowing them to be accessed through a common application programming interface (API). This makes it unnecessary for programs to have any knowledge about the device they are accessing. A VFS allows the operating system to provide programs with access to an unlimited number of devices with an infinite variety of file systems installed on them, through the use of specific device drivers and file system drivers.
A connected storage device, such as a hard drive, is accessed through a device driver. The device driver understands the specific language of the drive and is able to translate that language into a standard language used by the operating system to access all disk drives. On UNIX, this is the language of block devices.
When the kernel has an appropriate device driver in place, it can then access the contents of the disk drive in raw format, which may contain one or more file systems. A file system driver is used to translate the commands used to access each specific file system into a standard set of commands that the operating system can use to talk to all file systems. Programs can then deal with these file systems on the basis of filenames, and directories/folders, contained within a hierarchical structure. They can create, delete, open, and close files, as well as gather various information about them, including access permissions, size, free space, and creation and modification dates.
Various differences between file systems make supporting all file systems difficult. Allowed characters in file names, case sensitivity, and the presence of various kinds of file attributes makes the implementation of a single interface for every file system a daunting task. Operating systems tend to recommend using (and so support natively) file systems specifically designed for them; for example, NTFS in Windows and ext3 and ReiserFS in Linux. However, in practice, third party drives are usually available to give support for the most widely used file systems in most general-purpose operating systems (for example, NTFS is available in Linux through NTFS-3g, and ext2/3 and ReiserFS are available in Windows through third-party software).
Support for file systems is highly varied among modern operating systems, although there are several common file systems which almost all operating systems include support and drivers for. Operating systems vary on file system support and on the disk formats they may be installed on. Under Windows, each file system is usually limited in application to certain media; for example, CDs must use ISO 9660 or UDF, and as of Windows Vista, NTFS is the only file system which the operating system can be installed on. It is possible to install Linux onto many types of file systems. Unlike other operating systems, Linux and UNIX allow any file system to be used regardless of the media it is stored in, whether it is a hard drive, a disc (CD, DVD...), a USB flash drive, or even contained within a file located on another file system.
A device driver is a specific type of computer software developed to allow interaction with hardware devices. Typically this constitutes an interface for communicating with the device, through the specific computer bus or communications subsystem that the hardware is connected to, providing commands to and/or receiving data from the device, and on the other end, the requisite interfaces to the operating system and software applications. It is a specialized hardware-dependent computer program which is also operating system specific that enables another program, typically an operating system or applications software package or computer program running under the operating system kernel, to interact transparently with a hardware device, and usually provides the requisite interrupt handling necessary for any necessary asynchronous time-dependent hardware interfacing needs.
The key design goal of device drivers is abstraction. Every model of hardware (even within the same class of device) is different. Newer models also are released by manufacturers that provide more reliable or better performance and these newer models are often controlled differently. Computers and their operating systems cannot be expected to know how to control every device, both now and in the future. To solve this problem, operating systems essentially dictate how every type of device should be controlled. The function of the device driver is then to translate these operating system mandated function calls into device specific calls. In theory a new device, which is controlled in a new manner, should function correctly if a suitable driver is available. This new driver ensures that the device appears to operate as usual from the operating system's point of view.
Under versions of Windows before Vista and versions of Linux before 2.6, all driver execution was co-operative, meaning that if a driver entered an infinite loop it would freeze the system. More recent revisions of these operating systems incorporate kernel preemption, where the kernel interrupts the driver to give it tasks, and then separates itself from the process until it receives a response from the device driver, or gives it more tasks to do.
Currently most operating systems support a variety of networking protocols, hardware, and applications for using them. This means that computers running dissimilar operating systems can participate in a common network for sharing resources such as computing, files, printers, and scanners using either wired or wireless connections. Networks can essentially allow a computer's operating system to access the resources of a remote computer to support the same functions as it could if those resources were connected directly to the local computer. This includes everything from simple communication, to using networked file systems or even sharing another computer's graphics or sound hardware. Some network services allow the resources of a computer to be accessed transparently, such as SSH which allows networked users direct access to a computer's command line interface.
Client/server networking allows a program on a computer, called a client, to connect via a network to another computer, called a server. Servers offer (or host) various services to other network computers and users. These services are usually provided through ports or numbered access points beyond the server's network address. Each port number is usually associated with a maximum of one running program, which is responsible for handling requests to that port. A daemon, being a user program, can in turn access the local hardware resources of that computer by passing requests to the operating system kernel.
Many operating systems support one or more vendor-specific or open networking protocols as well, for example, SNA on IBM systems, DECnet on systems from Digital Equipment Corporation, and Microsoft-specific protocols (SMB) on Windows. Specific protocols for specific tasks may also be supported such as NFS for file access. Protocols like ESound, or esd can be easily extended over the network to provide sound from local applications, on a remote system's sound hardware.
A computer being secure depends on a number of technologies working properly. A modern operating system provides access to a number of resources, which are available to software running on the system, and to external devices like networks via the kernel.
The operating system must be capable of distinguishing between requests which should be allowed to be processed, and others which should not be processed. While some systems may simply distinguish between "privileged" and "non-privileged", systems commonly have a form of requester identity, such as a user name. To establish identity there may be a process of authentication. Often a username must be quoted, and each username may have a password. Other methods of authentication, such as magnetic cards or biometric data, might be used instead. In some cases, especially connections from the network, resources may be accessed with no authentication at all (such as reading files over a network share). Also covered by the concept of requester identity is authorization; the particular services and resources accessible by the requester once logged into a system are tied to either the requester's user account or to the variously configured groups of users to which the requester belongs.
In addition to the allow or disallow model of security, a system with a high level of security also offers auditing options. These would allow tracking of requests for access to resources (such as, "who has been reading this file?"). Internal security, or security from an already running program is only possible if all possibly harmful requests must be carried out through interrupts to the operating system kernel. If programs can directly access hardware and resources, they cannot be secured.
External security involves a request from outside the computer, such as a login at a connected console or some kind of network connection. External requests are often passed through device drivers to the operating system's kernel, where they can be passed onto applications, or carried out directly. Security of operating systems has long been a concern because of highly sensitive data held on computers, both of a commercial and military nature. The United States Government Department of Defense (DoD) created the Trusted Computer System Evaluation Criteria (TCSEC) which is a standard that sets basic requirements for assessing the effectiveness of security. This became of vital importance to operating system makers, because the TCSEC was used to evaluate, classify and select trusted operating systems being considered for the processing, storage and retrieval of sensitive or classified information.
Network services include offerings such as file sharing, print services, email, web sites, and file transfer protocols (FTP), most of which can have compromised security. At the front line of security are hardware devices known as firewalls or intrusion detection/prevention systems. At the operating system level, there are a number of software firewalls available, as well as intrusion detection/prevention systems. Most modern operating systems include a software firewall, which is enabled by default. A software firewall can be configured to allow or deny network traffic to or from a service or application running on the operating system. Therefore, one can install and be running an insecure service, such as Telnet or FTP, and not have to be threatened by a security breach because the firewall would deny all traffic trying to connect to the service on that port.
An alternative strategy, and the only sandbox strategy available in systems that do not meet the Popek and Goldberg virtualization requirements, is where the operating system is not running user programs as native code, but instead either emulates a processor or provides a host for a p-code based system such as Java.
Internal security is especially relevant for multi-user systems; it allows each user of the system to have private files that the other users cannot tamper with or read. Internal security is also vital if auditing is to be of any use, since a program can potentially bypass the operating system, inclusive of bypassing auditing.
Every computer that is to be operated by an individual requires a user interface. The user interface is usually referred to as a shell and is essential if human interaction is to be supported. The user interface views the directory structure and requests services from the operating system that will acquire data from input hardware devices, such as a keyboard, mouse or credit card reader, and requests operating system services to display prompts, status messages and such on output hardware devices, such as a video monitor or printer. The two most common forms of a user interface have historically been the command-line interface, where computer commands are typed out line-by-line, and the graphical user interface, where a visual environment (most commonly a WIMP) is present.
Most of the modern computer systems support graphical user interfaces (GUI), and often include them. In some computer systems, such as the original implementation of Mac OS, the GUI is integrated into the kernel.
While technically a graphical user interface is not an operating system service, incorporating support for one into the operating system kernel can allow the GUI to be more responsive by reducing the number of context switches required for the GUI to perform its output functions. Other operating systems are modular, separating the graphics subsystem from the kernel and the Operating System. In the 1980s UNIX, VMS and many others had operating systems that were built this way. Linux and Mac OS X are also built this way. Modern releases of Microsoft Windows such as Windows Vista implement a graphics subsystem that is mostly in user-space; however the graphics drawing routines of versions between Windows NT 4.0 and Windows Server 2003 exist mostly in kernel space. Windows 9x had very little distinction between the interface and the kernel.
Many computer operating systems allow the user to install or create any user interface they desire. The X Window System in conjunction with GNOME or KDE Plasma Desktop is a commonly found setup on most Unix and Unix-like (BSD, Linux, Solaris) systems. A number of Windows shell replacements have been released for Microsoft Windows, which offer alternatives to the included Windows shell, but the shell itself cannot be separated from Windows.
Numerous Unix-based GUIs have existed over time, most derived from X11. Competition among the various vendors of Unix (HP, IBM, Sun) led to much fragmentation, though an effort to standardize in the 1990s to COSE and CDE failed for various reasons, and were eventually eclipsed by the widespread adoption of GNOME and K Desktop Environment. Prior to free software-based toolkits and desktop environments, Motif was the prevalent toolkit/desktop combination (and was the basis upon which CDE was developed).
Graphical user interfaces evolve over time. For example, Windows has modified its user interface almost every time a new major version of Windows is released, and the Mac OS GUI changed dramatically with the introduction of Mac OS X in 1999.[31]
A real-time operating system (RTOS) is an operating system intended for applications with fixed deadlines (real-time computing). Such applications include some small embedded systems, automobile engine controllers, industrial robots, spacecraft, industrial control, and some large-scale computing systems.
An early example of a large-scale real-time operating system was Transaction Processing Facility developed by American Airlines and IBM for the Sabre Airline Reservations System.
Embedded systems that have fixed deadlines use a real-time operating system such as VxWorks, PikeOS, eCos, QNX, MontaVista Linux and RTLinux. Windows CE is a real-time operating system that shares similar APIs to desktop Windows but shares none of desktop Windows' codebase.[citation needed] Symbian OS also has an RTOS kernel (EKA2) starting with version 8.0b.
Some embedded systems use operating systems such as Palm OS, BSD, and Linux, although such operating systems do not support real-time computing.
Operating system development is one of the most complicated activities in which a computing hobbyist may engage.[citation needed] A hobby operating system may be classified as one whose code has not been directly derived from an existing operating system, and has few users and active developers.[32]
In some cases, hobby development is in support of a "homebrew" computing device, for example, a simple single-board computer powered by a 6502 microprocessor. Or, development may be for an architecture already in widespread use. Operating system development may come from entirely new concepts, or may commence by modeling an existing operating system. In either case, the hobbyist is his/her own developer, or may interact with a small and sometimes unstructured group of individuals who have like interests.
Examples of a hobby operating system include ReactOS and Syllable.
Application software is generally written for use on a specific operating system, and sometimes even for specific hardware. When porting the application to run on another OS, the functionality required by that application may be implemented differently by that OS (the names of functions, meaning of arguments, etc.) requiring the application to be adapted, changed, or otherwise maintained.
Unix was the first operating system not written in assembly language, making it very portable to systems different from its native PDP-11.[33]
This cost in supporting operating systems diversity can be avoided by instead writing applications against software platforms like Java or Qt. These abstractions have already borne the cost of adaptation to specific operating systems and their system libraries.
Another approach is for operating system vendors to adopt standards. For example, POSIX and OS abstraction layers provide commonalities that reduce porting costs.
| Operating System | 2012 (Million of Units) | 2013 (Million of Units) |
|---|---|---|
| Android | 504 | 878 |
| Windows | 346 | 328 |
| iOS/Mac OS | 214 | 267 |
| BlackBerry | 35 | 24 |
| Others | 1,117 | 803 |
| Total | 2,216 | 2,300 |
Source: Gartner
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