Nói một cách đơn giản, hệ điều hành là một phần mềm, chạy trên nhiều nền tảng phần cứng: máy tính, laptop, đồng hồ thông minh. Máy tính ban đầu sẽ không có hệ điều hành, người dùng sẽ phải chọn và cài một hệ điều hành để sử dụng máy tính. Hệ điều hành nằm trong ổ cứng (HDD hoặc SSD) của máy tính.
Định nghĩa
Một hệ điều hành (Operating System) là chương trình quản lý tất cả các chương trình (phần mềm) và phần cứng trong máy tính. Phần cứng là CPU (central processing unit – vi xử lý trung tâm), bộ nhớ (RAM – random access memory và ROM – read only memory), các thiết bị nhập (như bàn phím, chuột) và các thiết bị xuất (máy in, loa). Phần mềm là những chương trình như soạn thảo văn bản (word, excel), trình duyệt web (như chrome, firefox).
Nói cách khác, hệ điều hành là một chương trình luôn chạy trên máy tính (người ta có thể gọi chương trình này là kernel). Tóm lại, hệ thống máy tính bao gồm phần cứng, phần mềm và dữ liệu. Và hệ điều hành cung cấp cho người dùng chúng ta một phương thức để tương tác với máy tính, giúp người dùng sử dụng những tiện ích của máy tính thông qua việc gọi những dịch vụ của hệ điều hành.
Chúng ta có thể xem hệ điều hành như chính phủ một nhà nước. Một mình hệ điều hành thì không có nghĩa lý gì, nhưng khi quản lý đất nước/ quản lý tài nguyên, sự tiện lợi và hữu dụng của hệ điều hành được thể hiện một cách cụ thể. Và người dân (người dùng máy tính) có thể làm việc với chính phủ thông qua một loại hình dịch vụ chung.
Bên cạnh đó, để tránh phần cứng bị truy cập không đúng cách hoặc phá hoại có chủ đích, hệ điều hành cung cấp một lớp đệm (system call interface) giữa phần cứng và phần mềm.
Hoạt động của hệ thống máy tính
Khi chúng ta bấm nút mở nguồn (power) hay nút khởi động lại máy (restart), chương trình đầu tiên chạy sẽ là chương trình “mồi” cho hệ điều hành (bootstrap program), thông thường sẽ được lưu trong ổ cứng máy tính (ROM). Sau đó, chương trình “mồi” sẽ tìm hệ điều hành trong ổ cứng máy tính, và bắt nó khởi động.
Một chương trình được khởi động bằng cách tải lên bộ nhớ (RAM) để được sử dụng bởi CPU (Stream Hub sẽ giải thích sau về CPU và RAM). Sau khi hệ điều hành hoạt động, nó sẽ nhanh chóng thực hiện những chức năng của nó.
Chức năng cơ bản
Hệ điều hành có hai chức năng cơ bản:
Cung cấp tài nguyên cho các chương trình (phần mềm) để chạy.
Một hệ thống máy tính có rất nhiều tài nguyên (như thời gian CPU làm việc, bộ nhớ trống trong RAM, bộ nhớ trống trong ổ cứng,…), và hệ điều hành có chức năng quản lý việc sử dụng những tài nguyên đấy.
Có vô số kể “đơn” yêu cầu cung cấp tài nguyên từ các chương trình, nên hệ điều hành phải phân chia công bằng và nhanh chóng tài nguyên có sẵn. Một ví dụ đơn giản về in giấy: bạn muốn in một bản word ra thì file word phải yêu cầu hệ điều hành cung cấp cho nó máy in để in. Ở đây, “đơn” yêu cầu là file word và tài nguyên là máy in.
Kiểm soát các chương trình đó:
Hệ điều hành có nghĩa vụ kiểm soát các chương trình (phần mềm, quá trình) đang chạy để tránh xảy ra lỗi cũng như việc sử dụng không đúng cách của người dùng.
Ví dụ: người bật Mass Effect Ancomeda (một game yêu cầu cấu hình cao) khi cấu hình máy không đủ, hệ điều hành sẽ tự động tắt chương trình khi thấy thời gian tải quá lâu hoặc có khả năng gây ảnh hưởng phần cứng.
Chức năng nâng cao
- Quản lý quá trình (process management)
- Quản lý bộ nhớ (memory management)
- Quản lý ổ cứng (storage management)
- Quản lý bộ nhớ ngoài (như USB, HDD ngoài)
- Cho người dùng cách tiếp cận nhanh chóng và tiện lợi.
Hiện nay, bên cạnh các hệ điều hành trên máy tính, còn xuất hiện hệ điều hành trên những chiếc điện thoại thông minh. Những hệ điều hành trên điện thoại này thường không chỉ bao gồm lõi kernel (kernel là chương trình luôn chạy khi khởi động máy tính), mà sở hữu cả middleware, một tập hợp những phần mềm giúp người dùng tiếp cận dễ hơn.
UEFI cũng được xem là một middleware, cùng đọc về chúng tại bài viết Tìm hiểu về uefi và legacy.
Hai hệ điều hành trên điện thoại di động lớn nhất hiện nay: Android của Google và iOS của Apple đều bao gồm một lõi kernel và nhiều middleware để thuận tiện hơn trong việc sử dụng smartphone.