Systemy operacyjne

System operacyjny to łącznik między hardwarem a softwarem. To jego podstawowa rola: umożliwia komunikację między fizycznymi komponentami komputera (procesorem, pamięcią, dyskiem, kartą graficzną itd.) a programami, które użytkownik uruchamia.

Co to jest system operacyjny?

System operacyjny to najważniejsze oprogramowanie w komputerze. Bez niego komputer nie potrafi działać. To on zarządza wszystkimi zasobami: procesorem, pamięcią RAM, dyskiem, urządzeniami zewnętrznymi i pozwala użytkownikowi korzystać z komputera.

Główne zadania systemu operacyjnego

Zarządzanie sprzętem – kontroluje działanie procesora, pamięci, dysków, drukarek itp.

Uruchamianie programów – pozwala użytkownikowi otwierać aplikacje i gry.

Zarządzanie plikami – umożliwia tworzenie, kopiowanie, przenoszenie i usuwanie plików.

Komunikacja z użytkownikiem – poprzez interfejs graficzny (GUI) lub tekstowy (CLI).

Bezpieczeństwo – kontroluje dostęp do danych i chroni system przed nieautoryzowanym dostępem.

Rodzaje systemów operacyjnych

MS Windows – najpopularniejszy system dla komputerów osobistych. Łatwy w obsłudze, szeroko stosowany w biurach i szkołach.

Linux – darmowy i otwarty system. Używany przez informatyków, serwery i w edukacji. Wymaga znajomości terminala.

Mac OS – system firmy Apple, używany na komputerach Macintosh. Znany z estetyki i stabilności.

Android – system operacyjny dla smartfonów i tabletów. Bazuje na jądrze Linuxa.

iOS – system mobilny Apple, używany na iPhone’ach i iPadach.

Interfejsy systemów operacyjnych

GUI (Graficzny interfejs użytkownika) – obsługa za pomocą ikon, okien i myszki (np. Windows, Mac OS).
CLI (Interfejs tekstowy) – obsługa za pomocą komend wpisywanych w terminalu (np. Linux – Bash).

Struktura systemu operacyjnego

1. Jądro systemu operacyjnego (kernel)

Jądro to centralna część systemu operacyjnego, która działa najbliżej sprzętu. Odpowiada za najważniejsze zadania systemowe i działa w trybie uprzywilejowanym (trybie jądra).

Główne zadania jądra:

Zarządzanie pamięcią – przydzielanie i zwalnianie pamięci RAM dla procesów.

Zarządzanie procesami – tworzenie, planowanie i kończenie procesów.

Obsługa urządzeń – komunikacja z dyskami, kartami sieciowymi, klawiaturą itp.

System plików – dostęp do danych na dysku, organizacja plików i katalogów.

Bezpieczeństwo – kontrola dostępu do zasobów systemowych.

Typy jąder:

Monolityczne – wszystkie funkcje są zintegrowane w jednym dużym module (np. Linux).

Mikrojądro – tylko podstawowe funkcje w jądrze, reszta działa jako osobne procesy (np. MINIX).

Hybrydowe – połączenie obu podejść, np. Windows NT, macOS.

2. Powłoka systemu operacyjnego (shell)

Powłoka to interfejs między użytkownikiem a systemem operacyjnym. Umożliwia wydawanie poleceń i uruchamianie programów. Powłoka korzysta z funkcji jądra, ale działa w trybie użytkownika.

Rodzaje powłok:

Powłoka tekstowa (CLI – Command Line Interface)
- Użytkownik wpisuje komendy w terminalu.
- Przykłady: Bash (Linux), CMD (Windows), PowerShell.

Powłoka graficzna (GUI – Graphical User Interface)
- Użytkownik korzysta z ikon, okien, menu.
- Przykłady: Windows Explorer, GNOME, macOS Finder.

3. Jak współpracują jądro i powłoka?

Użytkownik wydaje polecenie (np. mkdir folder) → powłoka przekazuje je do jądra → jądro wykonuje operację na sprzęcie (np. tworzy folder na dysku).

Podsumowanie

Jądro – zarządza zasobami sprzętowymi i działa w tle.

Powłoka – umożliwia użytkownikowi komunikację z systemem.

Oba elementy są niezbędne do działania systemu operacyjnego.

Powłoka systemowa (shell) vs. wiersz poleceń

Co to jest powłoka (shell)?

Powłoka systemowa to program, który pośredniczy między użytkownikiem a jądrem systemu operacyjnego. Umożliwia uruchamianie programów, wykonywanie poleceń, zarządzanie plikami i procesami. Shell może być tekstowy (CLI) lub graficzny (GUI).

Co to jest wiersz poleceń?

Wiersz poleceń to okno lub interfejs, w którym użytkownik wpisuje komendy tekstowe. Wiersz poleceń uruchamia powłokę tekstową i umożliwia komunikację z systemem operacyjnym poprzez wpisywanie poleceń.

Różnice

Shell to program (np. Bash, PowerShell, CMD), który interpretuje polecenia.

Wiersz poleceń to środowisko, w którym działa shell — np. okno terminala.

Shell może działać w tle lub w skryptach, a wiersz poleceń jest interaktywny.

Składnia poleceń

Każde polecenie składa się z kilku elementów:

Nazwa polecenia – np. mkdir

Opcje – dodatkowe ustawienia, poprzedzone znakiem - lub --

Argumenty – dane wejściowe, np. nazwa pliku lub katalogu

Przykład składni:

mkdir -p /home/uzytkownik/dokumenty

Tworzy katalog dokumenty wraz z całą ścieżką, jeśli nie istnieje.

Przykładowe komendy wiersza poleceń

dir – wyświetla listę plików (Windows)

ls – wyświetla listę plików (Linux/macOS)

cd – zmienia katalog roboczy

mkdir – tworzy nowy katalog

rm – usuwa plik lub katalog

echo – wyświetla tekst

ping – sprawdza połączenie z adresem IP lub domeną

Skąd się wzięła nazwa „ping”?

Nazwa „ping” pochodzi od sygnału sonaru używanego w marynarce wojennej. Gdy okręt wysyła impuls dźwiękowy w wodzie, czeka na jego odbicie — to właśnie ten dźwiękowy „ping”. Program komputerowy działa podobnie: wysyła pakiet danych i czeka na odpowiedź.

Twórcą polecenia ping był Mike Muuss, który stworzył je w 1983 roku w systemie Unix. Nazwa była celowo wybrana jako analogia do działania sonaru — wysyłasz sygnał, czekasz na echo.

Ciekawostka: Ping jako skrót?

Choć pierwotnie „ping” nie był skrótem, z czasem użytkownicy zaczęli tworzyć dla niego rozwinięcia. Jednym z popularniejszych jest:

Packet Internet Groper – czyli „szperacz pakietów internetowych”

To oczywiście żartobliwa interpretacja, ale dobrze oddaje ideę: ping „szuka” drugiego komputera w sieci.

Jak działa ping?

Wysyła pakiet ICMP Echo Request
Czeka na ICMP Echo Reply
Mierzy czas odpowiedzi (RTT – Round Trip Time)

A „pinguje”?

W języku potocznym „pinguje” oznacza „sprawdzam, czy coś działa” — np. „pinguje serwer”, czyli wysyłam zapytanie, czy jest dostępny. To jedno z tych technicznych słów, które weszły do codziennego języka informatyków.

Przykładowe polecenia w systemie Linux

ls – wyświetla listę plików w katalogu
cd – zmienia katalog
mkdir – tworzy nowy katalog
rm – usuwa plik

Podsumowanie

Shell to interpreter poleceń, który wykonuje komendy.

Wiersz poleceń to miejsce, gdzie użytkownik wpisuje te komendy.

Znajomość składni poleceń pozwala na efektywne zarządzanie systemem operacyjnym.

Warstwowa struktura systemu operacyjnego

Jądro (kernel) – zarządza sprzętem, pamięcią, procesami, systemem plików.

Powłoka (shell) – pośredniczy między użytkownikiem a jądrem. Może być tekstowa (CLI) lub graficzna (GUI).

GUI – graficzna forma powłoki, czyli interfejs użytkownika oparty na grafice. W rzeczywistości GUI często jest częścią powłoki lub działa jako warstwa nad nią.

Przykład prostego ASCII art

/\_/\_
( o.o )
> ^ <

System operacyjny jako pośrednik

System operacyjny to łącznik między sprzętem (hardware) a oprogramowaniem (software). Umożliwia komunikację między fizycznymi komponentami komputera a programami, które użytkownik uruchamia.

Bez systemu operacyjnego aplikacje nie miałyby bezpośredniego dostępu do sprzętu. System udostępnia interfejsy programistyczne (API), dzięki którym software może korzystać z zasobów sprzętowych w sposób kontrolowany i bezpieczny.

Jak to działa?

Użytkownik uruchamia program (np. edytor tekstu)
Program wysyła żądanie do systemu operacyjnego (np. „zapisz plik”)
System operacyjny komunikuje się z dyskiem twardym i wykonuje operację
Sprzęt wykonuje polecenie, a wynik wraca do programu

Przykład warstwowy

Sprzęt (hardware) – fizyczne komponenty
Jądro systemu – zarządza zasobami
Powłoka (shell) – interfejs użytkownika
Programy (software) – aplikacje, gry, narzędzia

Dlaczego to takie ważne?

Dzięki systemowi operacyjnemu:

Programy są przenośne – nie muszą znać szczegółów sprzętu
System może kontrolować dostęp – np. kto może zapisać plik
Sprzęt jest efektywnie wykorzystywany – np. procesor nie jest przeciążony

Ciekawostka

Cała misja Apollo 11 miała komputer pokładowy z pamięcią 64 KB. Dziś tyle zajmuje jedno zdjęcie w średniej rozdzielczości. A mimo to — polecieli na Księżyc.

Porównanie

Program	Rok	Rozmiar	Funkcje
Norton Commander	1990	~300 KB	Dwupanelowy menedżer plików
Visual Studio Code	2020+	~200 MB+	Edytor z rozszerzeniami, GUI, integracją z chmurą

Ciekawostka

Gra Doom z 1993 roku mieściła się na kilku dyskietkach 1,44 MB i działała płynnie na komputerze z 4 MB RAM. Dziś jej remake zajmuje ponad 50 GB i wymaga karty graficznej z ray tracingiem.

Co to jest rozdzielanie zadań?

Rozdzielanie zadań (ang. task scheduling) to proces, w którym system operacyjny decyduje, które zadanie (proces lub wątek) ma być aktualnie wykonywane przez procesor. Ponieważ CPU może wykonywać tylko jedno zadanie na rdzeniu w danym momencie, musi szybko przełączać się między nimi — to właśnie wielozadaniowość.

Priorytetyzacja zadań

Każdy proces ma przypisany priorytet — im wyższy, tym częściej dostaje czas procesora.
System operacyjny może dynamicznie zmieniać priorytety, np. procesy interaktywne (kliknięcia, okna) mają wyższy priorytet niż zadania w tle.
Użytkownik może ręcznie ustawić priorytet procesu (np. w Menedżerze zadań Windows).

Podział taktów procesora

Procesor działa w rytmie zegara — każdy takt to jednostka czasu, w której może wykonać operację. System operacyjny dzieli czas procesora na kwanty czasu (np. 10 ms) i przydziela je kolejnym zadaniom.

Round Robin – każde zadanie dostaje równy kwant czasu
Preemptive Scheduling – zadania mogą być „przerwane” przez ważniejsze
Real-Time Scheduling – zadania mają gwarantowany czas wykonania (np. w systemach przemysłowych)

Jak to wygląda w praktyce?

System operacyjny utrzymuje kolejkę zadań
Każde zadanie ma priorytet i status (gotowe, oczekujące, wykonujące się)
Scheduler wybiera zadanie i przydziela mu kwant czasu
Po upływie kwantu — przełącza się na kolejne zadanie

Ciekawostka

Choć wygląda to jak chaos, wszystko dzieje się w ułamkach milisekund. Dzięki temu użytkownik ma wrażenie, że wszystkie programy działają jednocześnie — nawet na jednordzeniowym procesorze.

Ciekawostka: Demoscena

W latach 90. i 2000. istniała subkultura programistów zwana demosceną, która tworzyła niesamowite animacje i muzykę w plikach o rozmiarze zaledwie 256 kB. Wszystko było generowane w czasie rzeczywistym — bez gotowych grafik czy dźwięków. To była sztuka kodu, optymalizacji i kreatywności.

Przykłady legendarnych 256kB dem

fr-08: .the .product – grupa Farbrausch, 2000. Absolutna klasyka. Efekty 3D, muzyka techno, wszystko w 64 kB!
Elevated – grupa Rgba & TBC, 2009. Niesamowita atmosfera, generowana w 4kB!
Debris – grupa Farbrausch, 2007. Co prawda większe niż 256kB, ale pokazuje możliwości demosceny.