İşletim Sistemi Amaçları ve İşlevleri İşletim sistemi, uygulama programlarının yürütülmesini kontrol eden ve uygulamalar ile bilgisayar donanımı arasında bir arayüz görevi gören bir programdır. İki amacı olduğu düşünülebilir:

■ Kolaylık: Bir işletim sistemi, bilgisayarı daha kullanışlı hale getirir.

■ Verimlilik: Bir işletim sistemi, bilgisayar sistemi kaynaklarının verimli bir şekilde kullanılmasına izin verir.

Bir işletim sisteminin bu iki yönünü sırayla inceleyelim.

En önemli sistem programı işletim sistemidir. İşletim sistemi, donanımın ayrıntılarını programlayıcıdan gizler ve programlayıcıya sistemi kullanması için uygun bir arabirim sağlar. Programcının ve uygulama programlarının bu tesislere ve hizmetlere erişmesini ve bunları kullanmasını kolaylaştırarak aracı görevi görür. Kısaca, işletim sistemi tipik olarak aşağıdaki alanlarda hizmetler sağlar:

Program oluşturma: İşletim sistemi, programcının program oluşturmasına yardımcı olmak için düzenleyiciler ve hata ayıklayıcılar gibi çeşitli olanaklar ve hizmetler sağlar. Tipik olarak, bu hizmetler, aslında işletim sisteminin bir parçası olmayan ancak işletim sistemi aracılığıyla erişilebilen yardımcı programlar biçimindedir.

Program yürütme: Bir programı yürütmek için birkaç adımın gerçekleştirilmesi gerekir. Komutlar ve veriler ana belleğe yüklenmeli, G/Ç aygıtları ve dosyalar başlatılmalı ve diğer kaynaklar hazırlanmalıdır. İşletim sistemi tüm bunları kullanıcı için halleder.

G/Ç cihazlarına erişim: Her G/Ç cihazının çalışması için kendi özel talimat veya kontrol sinyalleri seti gerekir. İşletim sistemi, programcının basit okumalar ve yazmalar açısından düşünebilmesi için ayrıntılarla ilgilenir.

Dosyalara kontrollü erişim: Dosyalar söz konusu olduğunda, kontrol yalnızca G/Ç aygıtının (disk sürücüsü, teyp sürücüsü) yapısının değil, aynı zamanda depolama ortamındaki dosya biçiminin de anlaşılmasını içermelidir. Yine, işletim sistemi ayrıntılar hakkında endişeleniyor. Ayrıca, aynı anda birden çok kullanıcıya sahip bir sistem söz konusu olduğunda, işletim sistemi dosyalara erişimi kontrol etmek için koruma mekanizmaları sağlayabilir.

Sistem erişimi: Paylaşılan veya halka açık bir sistem söz konusu olduğunda, işletim sistemi bir bütün olarak sisteme ve belirli sistem kaynaklarına erişimi kontrol eder. Erişim işlevi, kaynakların ve verilerin yetkisiz kullanıcılardan korunmasını sağlamalı ve kaynak çekişmesi için çakışmaları çözmelidir.

Hata algılama ve yanıt: Bir bilgisayar sistemi çalışırken çeşitli hatalar meydana gelebilir. Bunlar, bellek hatası veya cihaz arızası veya arızası gibi dahili ve harici donanım hatalarını içerir; ve aritmetik taşma, yasaklanmış bellek konumuna erişme girişimi ve işletim sisteminin bir uygulama isteğini yerine getirememesi gibi çeşitli yazılım hataları. Her durumda işletim sistemi, çalışan uygulamalar üzerinde en az etkiyle hata koşulunu ortadan kaldıran yanıtı vermelidir. Yanıt, hataya neden olan programı sonlandırmaktan, işlemi yeniden denemeye ve hatayı uygulamaya bildirmeye kadar değişebilir.

Muhasebe: İyi bir işletim sistemi, çeşitli kaynaklar için kullanım istatistiklerini toplar ve yanıt süresi gibi performans parametrelerini izler. Herhangi bir sistemde, bu bilgi gelecekteki geliştirmelere olan ihtiyacı tahmin etmede ve performansı iyileştirmek için sistemi ayarlamada yararlıdır.

Komut seti mimarisi (ISA): ISA, bir bilgisayarın izleyebileceği makine dili yönergeleri dağarcığını tanımlar. Bu arayüz, donanım ve yazılım arasındaki sınırdır. Hem uygulama programlarının hem de yardımcı programların ISA'ya doğrudan erişebileceğini unutmayın. Bu programlar için talimat dağarcığının bir alt kümesi mevcuttur (kullanıcı ISA). İşletim sisteminin, sistem kaynaklarının yönetimiyle (sistem ISA) ilgilenen ek makine dili talimatlarına erişimi vardır. 

Uygulama ikili arabirimi (ABI): ABI, programlar arasında ikili taşınabilirlik için bir standart tanımlar. ABI, kullanıcı ISA aracılığıyla bir sistemde bulunan işletim sistemine ve donanım kaynaklarına ve hizmetlerine yönelik sistem çağrı arabirimini tanımlar. 

Uygulama programlama arabirimi (API): API, üst düzey dil (HLL) kitaplığı çağrılarıyla desteklenen kullanıcı ISA aracılığıyla bir programa bir sistemde bulunan donanım kaynaklarına ve hizmetlere erişim sağlar. Herhangi bir sistem çağrısı genellikle kitaplıklar aracılığıyla gerçekleştirilir. Bir API kullanmak, uygulama yazılımının yeniden derleme yoluyla aynı API'yi destekleyen diğer sistemlere kolayca taşınmasını sağlar.

Diğer bilgisayar programları gibi, işletim sistemi de işlemci için talimatlar sağlar. Temel fark, programın amacındadır. İşletim sistemi, işlemciyi diğer sistem kaynaklarının kullanımında ve diğer programların yürütülmesinin zamanlamasında yönlendirir. Ancak işlemcinin bunlardan herhangi birini yapabilmesi için işletim sistemi programını yürütmeyi bırakması ve diğer programları yürütmesi gerekir. Böylece işletim sistemi, bazı "yararlı" işler yapması için işlemcinin denetiminden feragat eder ve ardından, işlemciyi bir sonraki işi yapmaya hazırlayacak kadar uzun süre denetimi sürdürür. 

İşletim sisteminin bir kısmı ana bellektedir. Bu, işletim sisteminde en sık kullanılan işlevleri ve belirli bir zamanda işletim sisteminin şu anda kullanımda olan diğer bölümlerini içeren çekirdeği(Kernel) içerir. Ana belleğin geri kalanı kullanıcı programlarını ve verilerini içerir. Bu kaynağın (ana bellek) tahsisi, göreceğimiz gibi, işletim sistemi ve işlemcideki bellek yönetimi donanımı tarafından ortaklaşa kontrol edilir. İşletim sistemi, bir G/Ç cihazının yürütülmekte olan bir program tarafından ne zaman kullanılabileceğine karar verir ve dosyalara erişimi ve dosyaların kullanımını kontrol eder. İşlemcinin kendisi bir kaynaktır ve işletim sistemi, belirli bir kullanıcı programının yürütülmesine ne kadar işlemci süresinin ayrılacağını belirlemelidir. Çok işlemcili bir sistem söz konusu olduğunda, bu karar tüm işlemcileri kapsamalıdır.