Краткая история Windows и что у нее под капотом
Несколько дней назад в сеть просочился образ ранней версии Windows 11. Различные издательства провели тесты по производительности и пришли к неутешительному выводу: Windows 11 в среднем работает хуже, чем Windows 10. Но расстраиваться рано! Проблемы производительности могут быть связаны с «сыростью» слитого образа и нюансами совместимости с текущими программами. Так или иначе, 24 июня состоится официальная презентация нового поколения операционных систем Windows, которая, возможно, даст ответы на многие вопросы. Если сегодня у вас есть настроение для ностальгии, предлагаем вам окунуться в мир Windows: познакомиться с историей, как менялась ось и что у нее внутри.
История Windows
Первые продукты с названием «Windows» от Microsoft не были операционными системами. Это были графические среды для MS-DOS. На фоне успеха, в том числе и коммерческого, пользовательского интерфейса на Apple Lisa, компания решила реализовать графический интерфейс на IBM PC с MS-DOS. В отличии от относительно дешевых IBM PC, Apple Lisa стоили дорого (почти 10 тысяч долларов), и немногие покупатели могли позволить купить их. Microsoft решила занять нишу дешевых компьютеров с графическим интерфейсом. При этом низкая стоимость достигалась экономией на комплектующих и более низкая производительность, по сравнению с Lisa, избежать не получилось. Так, в 1985, 1987 и в 1990 выходят первые три версии Windows — 1.0, 2.0 и 3.0. Причем за первые шесть месяцев после релиза Windows 3.0 было продано более 1 миллиона экземпляров. Дальнейшее развитие Windows можно разделить на два направления — Windows на базе MS-DOS и Windows на базе NT.
Windows 9x
Windows на базе MS-DOS или Windows 9x не были первыми ОС от Microsoft, но они продолжали «старые традиции» и были построены на основе 16-битного кода MS-DOS. В августе 1995 года была выпущена Windows 95 — первая система семейства Windows 9x. Она уже была полноценной операционной системой с соответствующими возможностями. Однако у системы были проблемы с безопасностью (например, не было «администратора») и с изоляцией приложений. Зависание 16-битного приложения приводило к блокировке всей системы. Проблемы со стабильностью достались и Windows 98 и Windows ME, которые отличались от выпуска 95 года рядом небольших обновлений.
Windows NT
В целом, к концу 80-х годов в Microsoft появилось понимание о необходимости разработки операционной системы не на базе MS-DOS. Параллельно с разработкой софта, связанного с MS-DOS, Microsoft наняла команду инженеров из компании DEC для разработки новой 32-битной операционной системы. Главой группы стал Дэйв Катлер — один из главных разработчиков ОС VMS. Новая система была названа NT — от сокращения New Technology. Основной упор при разработке NT делался на безопасность и надежность системы, а также на совместимость с Windows на MS-DOS. Так получилось, что опыт при разработке VMS повлиял на NT и сходство между ними стало причиной спора между DEC и Microsoft. По итогу спор был решен во внесудебном порядке.
Первая система Windows называлась Windows NT 3.1 и была выпущена в 1993 году. Это была первая ОС от Microsoft. Индекс 3.1 был выбран для соответствия Windows 3.1 на MS-DOS. Эта версия не имела особого успеха. Для NT требовалось больше памяти, 32-разрядных приложений на рынке было мало, возникали проблемы с совместимостью драйвером. Достичь поставленных целей смогли в NT 3.5. А первым серьезным обновлением для NT стала версия 4.0 в 96 году. Теперь эта система была мощна, надежна и безопасна, а также обеспечивала тот же интерфейс, что и Windows 95 (которая к тому моменту была чрезвычайно популярной).
В 2000 году вышла новая версия Windows — Windows 2000. Она развивала идеи, заложенные в системы NT. Был добавлена технология Plug-and-Play, управление электропитанием и улучшен интерфейс пользователя.
Успех Windows 2000 задал вектор развития для следующего поколения — Windows XP. В «хрюшке» Microsoft улучшила совместимость, интерфейс стал более дружелюбным. Стратегия Microsoft завоевывать аудиторию уже знакомыми системами дала плоды — за несколько лет Windows XP была установлена на сотнях миллионах ПК. Эпоха MS-DOS подошла к концу.
Следующий проект Microsoft пал жертвой собственных амбиций. Через пять лет после Windows XP, в 2006 году на свет вышла Windows Vista. В ней был переделан графический интерфейс, переработаны и добавлены функциональные возможности в плане безопасности. Была улучшена производительность, надежность.
Первоначальные планы Microsoft по поводу Vista были настолько обширны, что через несколько лет после начала разработки проект пришлось сильно ограничить. Vista включала в себе 70 миллионов строк кода, часть которого составлял «причесанный» код XP. Неудача Vista отчасти с тем, что она вышла не в то время. На 2006 год пришелся бум недорогих компьютеров, которые не могли обеспечить достаточную для Vista производительность.
Проблемы Vista были учтены при разработке Windows 7. Microsoft уделила большее внимание тестированию и производительности новой системы. Windows 7 быстро вытеснила Vista, а затем и XP, став самой популярной версией Windows до появления Windows 10 (сейчас Windows 7 на втором месте по популярности).
Бум смартфонов в начале 2010-х подтолкнул Microsoft к созданию операционной системы, которую можно было бы развернуть на разных устройствах: на телефонах, планшетах, приставках и т. д. В результате этой работы мир узрел Windows 8. «Восьмерка» построена на модульном подходе MinWin для получения небольшого ядра ОС, которое можно было бы расширить на линейку других типов устройств. Но аудитория встретила холодно такой подход. Многие люди критиковали «смартфоноподобный» интерфейс на ПК, отсутствие кнопки пуск. Для решения многих проблем Microsoft выпустила обновление под названием Windows 8.1, которая, помимо исправления имеющихся ошибок, добавила новые функции.
И вот, к 2015 году Microsoft выпускает Windows 10. При разработке Microsoft продолжала развитие идеи единой системы для разных устройств. В «десятке» появилась голосовая помощница Кортана, вернули меню «Пуск», улучшена системная безопасность.
Технические аспекты
Чтобы осветить все технические аспекты и тонкости операционной системы Windows понадобится не менее 1000 страниц. Для особо любопытных советуем 7-е издание «Внутреннего устройства Windows« Марка Руссиновича, специалиста по внутреннему устройству Windows. Также можно почитать «Современные операционные системы« Эндрю Таненбаума и «Operating System Concepts«: в обеих книгах есть главы, посвященные Windows. Здесь же ограничимся рассмотрением инструментов взаимодействия приложений пользователя с операционной системой (Windows API) и архитектуры «оси».
Архитектура
Во многих многопользовательских операционных системах сама ОС отделяется от приложений. Код ядра ОС выполняется в привилегированном режиме процессора (режим ядра). Для него доступны системные данные и оборудование. В непривилегированном режиме (пользовательский режим) выполняется код приложений. Ему предоставляется ограниченный набор интерфейсов и ограниченный доступ к системным данным. Прямой доступ к оборудованию заблокирован. При вызове программой пользовательского режима системной функции процессор выполняет специальную команду, переключающую вызывающий поток (последовательность команд внутри процесса, планируемая Windows для исполнения) в режим ядра. Когда системная функция завершается, операционная система переключает контекст потока обратно в пользовательский режим и дает возможность вызывающей стороне продолжить работу.
Windows считается операционной системой с гибридным ядром. С одной стороны компоненты ядра Windows располагаются в вытесняемой памяти и взаимодействуют друг с другом путем передачи сообщений, как в микроядерных системах. С другой стороны ядро слишком велико (более 1 Мбайт), а большая часть кода ОС и кода драйверов устройств использует одно защищенное пространство памяти защищенного режима, что свойственно монолитным ОС. Это означает, что в теории любой компонент ОС или драйвер устройства может повредить данные, используемые другими системными компонентами. В Windows эта проблема решается за счет повышения качества и контроля происхождения сторонних драйверов через такие программы, как WHQL или KMCS. Одновременно применяются дополнительные технологии защиты ядра, такие как безопасность на базе виртуализации, функции Device Guard.
Рассмотрим ключевые системные компоненты, формирующие архитектуру системы. На рисунке ниже представлена упрощенная схема, на которой опущены некоторые элементы, например, сетевые компоненты и различные уровни драйверов. Первое, на что стоит обратить внимание — это линия, разделяющая части пользовательского режима и режима ядра. Как упоминалось выше, потоки пользовательского режима выполняются в закрытом адресном пространстве процессов. На время выполнения в режиме ядра они получают доступ к системному пространству. Таким образом, системные процессы, пользовательские процессы, процессы служб и подсистемы среды обладают собственным закрытыми адресными пространствами.
Упрощенная схема архитектуры Windows
Четыре базовых типа процессов пользовательского режима:
Компоненты режима ядра:
| Имя файла | Компоненты |
| Ntoskrnl.exe | Исполнительная система и ядро |
| Hal.dll | HAL |
| Win32k.sys | Часть подсистемы Windows режима ядра (GUI) |
| Hvix64.exe (Intel), Hvax64.exe (AMD) | Гипервизор |
| .sys в \SystemRoot\System32\Drivers | Основные файлы драйверов: DirectX, Volume Manager, TCP/IP и поддержка ACPI |
| Ntdll.dll | Внутренние вспомогательные функции и заглушки диспетчеризации системных сервисных функций |
| Kernel32.dll, Advapi32.dll, User32.dll, Gdi32.dll | Dll основных подсистем Windows |
Windows API
Windows API (Application Programming Interface) — это программный интерфейс пользовательского режима для Windows. До появления 64-разрядной версии операционной системы программный интерфейс 32-разрядных версий Windows назывался Win32 API в отличие от исходного 16-разрядного Windows API (программный интерфейс для исходных 16-разрядных версий Windows). На данный момент термин Windows API или Win32 API относят как к 32-разрядным, так и к 64-разрядным версиям.
В «доисторические времена» Windows API состоял только из функций в стиле C. Выбор языка C был обусловлен тем, что написанный на нем код также мог использоваться из других языков. Он являлся достаточно низкоуровневым для предоставления сервиса ОС. Но огромное количество функций в сочетании с недостаточной последовательностью выбора имен и отсутствием логических группировок (вроде пространств имен C++) привели к тому, что в некоторых новых API используется другой механизм — модель COM.
WinRT
В Windows 8 появился новый API и исполнительная среда поддержки Windows Runtime (WinRT). WinRT состоит из платформенных сервисов, предназначенных для разработчиков приложений Windows Apps (приложения Windows Apps подходят для устройств, начиная от миниатюрных IoT-устройств до телефонов, планшетов, десктопных систем, ноутбуков и даже Xbox One и Microsoft HoloLens).
.NET Framework
.NET Framework является частью Windows. Он состоит из двух основных компонентов:
На каких языках написаны Windows, Mac OS X и Linux?
Мне было просто интересно, кто знает, из чего состоят языки программирования Windows, Mac OS X и Linux и какие языки используются для каждой части ОС (то есть: ядро, архитектура подключаемых модулей, компоненты GUI и т. Д.).
Я предполагаю, что есть несколько языков для каждого, и, очевидно, я знаю, что ядро Linux написано на C.
Я полностью предполагаю, что Mac OS X содержит много кода Objective-C, поскольку это язык Apple, полученный из NeXT.
Я слышал, что Windows содержит C, C ++ и Intel Assembly. Linux или Mac OS содержат какой-либо ассемблерный код?
Кроме того, существуют ли языки сценариев, такие как Ruby, Python и т. Д., Используемые разработчиками ОС для сценариев частей ОС? Какие части ОС будут написаны на каждом языке?
Все ядра также будут использовать некоторый ассемблерный код.
Linux: C. Некоторые детали в сборке.
Mac OS X: какао в основном в Objective-C. Ядро написано на C, некоторые части в сборке.
Большая часть Cocoa реализована в Objective-C, объектно-ориентированном языке, который скомпилирован для работы с невероятной скоростью, но использует действительно динамическое время выполнения, что делает его уникально гибким. Поскольку Objective-C является надмножеством C, легко смешивать C и даже C ++ в ваших приложениях Cocoa. (Источник)
Windows: C, C ++, C #. Некоторые детали на ассемблере.
Мы используем почти полностью C, C ++ и C # для Windows. Некоторые области кода настроены вручную или написаны вручную. (Источник)
Unix: C. Некоторые детали в сборке. (Источник)
История Windows
Содержание
Содержание
Раньше, чтобы добиться ответа от будущего поработителя человечества, приходилось вручную вводить данные в командную строку. Это неудобно и долго. Привычный «оконный интерфейс» появился в середине 80-х годов и необходимость заучивать словарик терминов отпала, команда стала передаваться парой кликов. Визуализация действий позволила параллельно выполнять несколько задач, переносить информацию из одной программы в другую, получать быстрый доступ к файлам с помощью иконок.
Первая графическая операционная система была воспринята специалистами в штыки из-за высоких требований к «железу». Для работы требовался экзотический зверь – мышь. В то время хвостатый грызун не был распространен, и на вопрос: «Мыши есть?», можно было получить искренний ответ продавца-консультанта: «Травим».
Начало начал
Графический интерфейс придумал Даг Энгельбарт в 60-х годах. В 1973 команда Xerox создала корпоративный инструмент WIMP – окна, иконки, меню, указатели для компьютеров собственной разработки PERQ и STAR.
Вычислительные машины долгое время считались специализированным инструментом военных, ученых, инженеров. Для элементарных математических расчетов требовалось выучить компьютерную грамоту. Рядовые пользователи не могли представить, зачем им этот дорогой аппарат. С появлением графического интерфейса все изменилось. Звуки, картинки и главное – игры, превратили ЭВМ в мультимедийный развлекательный центр.
Почему окна?
Мы живем в физическом объемном мире, нам нравится все, что можно потрогать, рассмотреть с разных сторон. Окно умеет менять свою форму, расширяется и сужается, отбрасывает тень, создает иллюзию выпуклости. Негатив, злость и раздражение приходят в тот момент, когда динамичное изменение пространства рабочего стола вдруг замораживается, а меняющиеся надписи, иконки, размеры шрифтов, цвета регулярно раздражают мозг, вызывая позитивную реакцию.
Повелители окон
История оконной гегемонии началась в 1975, когда Билл Гейтс и Пол Аллен основали корпорацию Microsoft.
Выпуская софт для быстро растущего рынка персональных компьютеров, Гейтс не мог упустить возможность скопировать новый продукт – графический интерфейс Apple.
В довесок к окнам яблочники давали увесистую Lisa, массой в 9 «тонн» американских денег. Большинство пользователей предпочитали машины попроще. В начале 80-х в гонку вычислений вступает Белоснежка – IBM и 7 компаний-гномов: RCA, CDC, Univac, Burroughs, Honeywell, NCR, GE. Стоимость персонального компьютера падает до 500-1000$. Lisa, стоившая в 9-18 раз дороже, чуть не погубила Apple, снизив ценность акций на 30%, Джобс покинул здание.
Трудолюбивые гномы наштамповали массу компьютеров и настала пора клепать новый интерфейс – так решили в Microsoft. У компании уже был опыт разработки OS для IBM. MS-DOS – получает графическую надстройку Windows 1.
Все украдено до нас
Увидев знакомые окна в 1984 году, Джобс отправился в суд. Тяжба длилась до 1993 года, и закончилась в пользу Билла. По одной из версий, Гейтс позаимствовал интерфейс во время разработки софта для Macintosh, по другой – это самостоятельная разработка, которую вели с 1982 года.
Сам Стив Джобс обзавелся окошками во время визита в исследовательский центр Xerox в Пало-Альто. Стащив дискету со стола инженера, он убегал, сверкая пятками (но это не точно). Компания Apple щедро отсыпала своих акций Xerox, чтобы предотвратить судебные тяжбы.
Факт: первое название Windows – Interface Manager. «Окна» появились благодаря маркетинговому отделу компании.
Причина популярности окошек – отсутствие альтернативы в принципе. Продукт, разработанный Xerox, доведенный до ума Apple и MicroSoft, завоевывал доверие, постепенно приручая восприятие людей к оконному мышлению. Microsoft обязан своей популярности двум провальным проектам Стива Джобса и высокому спросу на персональные компьютеры.
Оконная история
Первенец, родившийся 10 ноября 1983 года, был наречен Windows 1. За цветастым кафтаном графического интерфейса, спряталась морально устаревшая MS-DOS. Черный экран, отражающий лысину программиста, уступил место окнам. Стоимость – 100$, продано 500 000 копий, основной конкурент – Apple Lisa 1983 года рождения.
Старший брат – Windows 2, явился на свет 9 декабря 1987 года, будучи по-прежнему всего лишь шкуркой, он лишился недостатков первой версии. Окна свободно перемещались, появилось ведро для отбросов. Обновился интерфейс: кнопки минимизации и максимизации окон, поддержка горячих клавиш, встроенная программа Dynamic Data Exchange для обмена сообщениями. Цена не изменилась, продажи увеличились в 2 раз.
Появившийся 22 мая 1990 года Windows 3 – стал окном в Интернет. С версии 3.1 используется протокол TCP IP. Малыш получился довольно цветастым, – к тому же со славянской примесью. Пока американских ученых и студентов радовали 256 оттенков, граждане СССР рассматривали зарубежные витражи с кириллическими буковками – добавилась поддержка русского языка.
Дедушка MS-DOS сделал свое дело, родив 3-х сыновей, больше его услуги не требовались. 27 июля 1993 года свершилось долгожданное событие, на свет явилась Windows NT – операционная система нового поколения, мать-прародительница всех последующих OS, которая изначально разрабатывалась для серверов.
На дворе 24 августа 1995 года. Windows 95 – первая полноценная OS для домашнего использования. Лихой хакер играет в косынку, слушает wav-мелодию и пялится 15 минут на медленно прорисовывающуюся картинку в браузере Internet Explorer.
Многозадачность пошла в массы. Интерфейс стал удобным и симпатичным. Появилась кнопка «Start», 65 000 цветов. Продано 40 миллионов копий по 210$, совет директоров Apple льет крокодильи слезы.
Windows 98 – 21 июня 1998 выходит естественное продолжение Windows 95 c улучшенным USB, поддержкой HDD большого объема, предустановленным ПО: обновленный Explorer и Outlook Express. За 7 дней реализовано полмиллиона дисков ценой в 110$.
17 февраля 2000 года появился Millennium, получивший народное прозвище «Линолеум». Выкидыш стимулировал народное творчество, старина Билли узнал о себе много нового. Gif-ки с изображающим головы главы корпорации демонстрировали широту фантазии оконных адептов. Windows ME по сути был Windows 98 с новой красивой шкуркой, аудио-видеоплеером и огромным количеством багов.
«Чупакабру» не смог спасти даже мизерный ценник в 60$. Забив на провальный проект, Microsoft выпускает новую OS – легендарную Windows XP. Система по сей день пользуется популярностью за стабильность, не требовательность к ресурсам, лаконичный графический интерфейс. С 15 августа 2019 года она считается совершеннолетней. По информации от NetmarketshareXP установлена на 12% всех ноутбуков на планете. Ценник – 85$.
30 ноября 2006 года выходит Windows Vista – сестра Линолеума по несчастью. Красивая и яркая особа оказалась слишком требовательна к кормовой базе. Почувствовав неладное, пользователи спешно мигрировали обратно на XP. Из новинок: защита от вирусов, идентифицирующая пользователей, как врагов. Красивая Aero, превращающая Pentium IV в дрова. Ценник 200-400$.
Счастливая 7-ка вышла 22 октября 2009 года, и стала самой популярной операционной системой в первом десятилетии 21 века, установлена на 55,7% ПК по данным Netmarketshare. Быстрая, производительная, с симпатичным интерфейсом, она сочетала в себе брутальный характер XP и красоту Висты. Стоимость на момент релиза 160-320$.
В октябре 2012 года появилсяWindows 8, подтвердив теорию – корпорация выпускает нормальный продукт через один. Многим не понравился плиточный интерфейс, к тому же OS бесконечно быстро пожирала оперативную память. С другой стороны, система работала стабильно и быстро загружалась. Попытка создать универсальный продукт для планшетов, компьютеров и телефонов вышла третьим по счету комочком.
Apple был первым, но не смог. Семейство Windows за 30 лет захватило дисковое пространство 90% ПК и 30% серверов, установив свою гегемонию. Агенты: Paint, Word, Блокнот, Сапер, Косынка и Пасьянс – поработили разум и души миллиардов пользователей, став легендарными.
Что нужно знать, чтобы написать операционную систему
Авторизуйтесь
Что нужно знать, чтобы написать операционную систему
Создание операционной системы — одна из сложнейших задач в программировании, поскольку требует обширных и комплексных знаний о работе компьютера. Каких именно? Разбираемся ниже.
Что такое ОС
Операционная система (ОС) — это программное обеспечение, которое работает с компьютерным железом и его ресурсами и является мостом между аппаратной и программной частью компьютера.
Компьютеры первого поколения не имели операционных систем. Программы на первых ЭВМ включали в себя код для непосредственной работы системы, связи с периферийными устройствами и вычислений, для выполнения которых эта программа и писалась. Из-за такого расклада даже простые по логике работы программы были сложны в программной реализации.
По мере того как компьютеры становились более разнообразными и сложными, писать программы, которые работали и как ОС, и как приложение, стало попросту неудобно. Поэтому, чтобы программы было легче писать, владельцы компьютеров начали разрабатывать программное обеспечение. Так и появились операционные системы.
ОС предоставляет всё необходимое для работы пользовательских программ. Их появление означало, что теперь программам не нужно контролировать весь объём работ компьютера (это отличный пример инкапсуляции). Теперь программам нужно было работать именно с операционной системой, а система уже сама заботилась о ресурсах и работе с периферией (клавиатура, принтер).
Кратко об истории операционных систем
Первая операционная система была создана в 1956 году компанией General Motors для единственного компьютера IBM. Остальные владельцы этих компьютеров последовали примеру и начали создавать собственные ОС.
Как можно догадаться, первые ОС сильно отличались друг от друга. Почти на каждом компьютере стояла своя система. Хоть они и облегчали написание программ, использовать такие программы можно было только на одном компьютере.
В 1960-х годах IBM стала первой выпускающей компьютеры компанией, которая взяла на себя процесс написания ОС под свои же компьютеры. Компания начала распространять компьютеры вместе со своей операционной системой.
В эти же годы компании Control Data Corporation, Computer Sciences Corporation, Burroughs Corporation, GE, Digital Equipment Corporation и Xerox тоже начали реализовывать свои ОС.
В конце 60-х была разработана первая версия ОС Unix. Написанная на Си, свободно доступная первые годы, Unix привлекала всё больше внимания и аудитории. Она легко портировалась на новые системы и начала набирать обороты.
Многие современные ОС, включая Apple OS X и все разновидности Linux-систем, являются дальними потомками Unix.
Microsoft Windows, в свою очередь, была написана для ряда персональных компьютеров IBM.
Первая ОС от Microsoft называлась не Windows, а MS-DOS. Эта система была создана в 1981 году, когда систему 86-DOS купили у компании Seattle Computer Products и модифицировали её под требования IBM.
Всем привычное название Windows появилось в 1985, когда MS-DOS обзавелась графическим интерфейсом.
Apple OS X, Microsoft Windows и ряд Linux-систем (включая Android) сейчас контролируют большую часть рынка операционных систем.
Составляющие операционной системы
ОС состоит из двух основных частей:
Ядро (англ. kernel)
Сердце операционной системы. Именно оно запускается первым при включении компьютера (не считая BIOS и загрузчик). Ядро контролирует ресурсы компьютера и обрабатывает запросы от системных программ.
Системные программы
Работают поверх ядра. Такие программы нужны, в целом, не для пользователя, а для связи ядра с пользовательскими приложениями и периферией. Примеры системных программ: драйвера устройств, файловая система, сетевые программы, утилиты для дефрагментации диска.
Пользовательские программы
Не являются частью операционной системы. Именно эти программы уже имеют конкретное назначение. Текстовые редакторы, браузеры, медиа-плееры — всё это пользовательские программы. Они контролируются ядром и используют системные программы для доступа к периферии.
Что необходимо знать
Список вещей, которые необходимо знать для создания собственной ОС, очень длинный. Но в нём есть три основных пункта, на которые нужно обратить внимание в первую очередь:
Изучение информатики
Разработка ОС — это не тоже самое, что, скажем, веб-разработка. Тут нельзя будет просто и быстро разобраться в базовых вещах. Для начала нужно получить крепкий базис информатики и только потом переходить к другим темам.
Coursera: Computer Science 101 — это курс, который подойдёт для тех, кто только начал осваиваться в информатике и программировании. Если у вас уже имеются элементарные знания в в этой области, то пропустите этот курс и переходите к следующему.
Udacity: Intro to Computer Science использует веб-разработку в качестве подхода к обучению компьютерной науке. Хоть курс и не направлен на непосредственную разработку ОС, он даёт мощный базис в области программирования.
edX: Introduction to Computer Science — этот курс является самым исчерпывающим и углублённым в этом списке. Несмотря на это, он полностью бесплатен. Курс был разработан в Гарвардском Университете. В нём вас научат алгоритмам, структурам данных, управлению ресурсами, разработке ПО, а так же познакомят с такими языками программирования, как C, PHP и JavaScript.
Подборка книг для самостоятельного изучения Computer Science.
Изучение программирования
С крепкими знаниями в области информатики и хотя бы базовым пониманием программирования вам нужно набраться опыта в разработке проектов.
Udacity: Software Development Process — отличный курс для тех, кто ещё не принимал участие в крупных проектах. Тут вас ознакомят с подробностями рабочего процесса и работой с инструментарием (например Git), а также расскажут о настройке интегрированной среды разработки.
Изучение языков программирования
Для разработки операционной системы вам понадобится освоить минимум два языка программирования:
Первый используется для работы напрямую с процессором. Процессор «понимает» только машинный код, и для каждого типа процессора есть только один соответствующий язык. Одной из самых популярных архитектур процессора является x86. Она была разработана компанией Intel и на текущий момент широко используется многими производителями компьютерного железа, включая AMD. По этой причине в этой статье акцент будет именно на архитектуру x86.
Высокоуровневые языки программирования, в свою очередь, работают сразу на нескольких архитектурах. Самый популярный из таких языков — Cи. Чаще всего именно на нём и пишутся операционные системы. Но это не означает, что этот язык единственный. Для написания ОС можно использовать и более высокоуровневые языки, например C++ или Python.
Прим. перев. Есть пример написания «игрушечных» операционных систем на C#. Cosmos — некий конструктор ОС. В этой статье на практическом примере показывают написание системы всего в нескольких десятках строк.
Язык ассемблера для x86
«x86 Assembly Guide» — неплохо подойдёт для начального изучения ассемблера. Несмотря на то, что эта статья коротка для полного курса, в ней содержится всё необходимое для дальнейшего углубления.
Книга «Programming from the Ground Up» Джонатана Бартлетта является одной из основных по изучению ассемблера. В ней основами языка программирования подкрепляются базисы информатики.
Для изучения ассемблера есть ещё одна показательная книга — «The Art of Assembly Language», написанная Рэнди Гайдом. Изначально книга писалась специально для курсов, которые вёл автор в Калифорнийском университете Cal Poly и UC Riverside. В середине 90-х годов книга была признана определяющей в этой сфере.
Если вдруг вышеописанные материалы вам не подошли, вот ещё пара отличных книг:
Язык Cи
Как уже упоминалось выше, для написания ОС есть несколько высокоуровневых языков программирования. Однако самый популярный из них — Си.
Начать изучать этот язык можно отсюда. Этот ресурс ознакомит вас с базовыми понятиями и подготовит к более сложным задачам.
«Learn C the Hard Way» — название ещё одной книги. Кроме привычной теории в ней собрано много практических решений. Этот учебник расскажет обо всех аспектах языка.
Либо же можете выбрать одну из этих книг:
Разработка ОС
После освоения всего необходимого, что касается информатики, языка ассемблера и Cи, вам стоит прочесть хотя бы одну или две книги про непосредственную разработку ОС. Вот несколько ресурсов для этого:
«Linux From Scratch». Здесь рассматривается процесс сборки операционной системы Linux (учебник переведён на много языков, в том числе и на русский). Тут, как и в остальных учебниках, вам предоставят все необходимые базовые знания. Полагаясь на них можно попробовать себя в создании ОС. Чтобы сделать программную часть ОС более профессиональной, присутствуют дополнения к учебнику: «Beyond Linux from Scratch», «Automated Linux from Scratch», «Cross Linux from Scratch» или «Hardened Linux from Scratch».
«The little book about OS development» Эрика Хэйлина и Адама Ренберга. Этот учебник разработан в рамках продвинутого курса информатики и на момент его написания авторы являлись студентами Королевского Института Технологий в Стокгольме. В этой книге рассматривается разработка ОС для архитектуры x86 (причём с самого начала — с установки среды разработки). В этом курсе рассказывается о многих интересных темах, включая многозадачность, управление памятью и разработку файловой системы.
«Operation System Development Series» Broken Thorn Entertainment — серия из 25 уроков, посвящённых разработке ОС с нуля.
Примечание Эти уроки рассчитаны на то, что вы уже знакомы с IDE и владеете как языком ассемблера, так и Cи.
Вот ещё три книги, которые помогут вам ознакомиться с дисциплиной разработки ОС:
Сообщества, посвященные разработке ОС
Заниматься разработкой ОС в одиночку смело, но сложно. Гораздо проще найти единомышленников, которые, как и вы, решили попытать удачу в этом нелёгком деле. Существует пара подходящих мест:
Заключение
Обучение разработке ОС — достаточно сложная задача. Однако в процессе вы разберётесь в работе процессора и аппаратного уровня, что поможет лучше понимать работу и оптимизацию высокоуровневых приложений и их взаимодействие друг с другом. Ну и в глазах коллег вы наверняка будете выглядеть очень крутым (но это не точно).