Многие оценки этих операционных систем основываются на критериях: открытость – закрытость, платность – бесплатность. Однако мы предпримем попытку более глубокого анализа, исследуя ключевые механизмы функционирования Windows и Linux.
Ядро
Центральным компонентом любой операционной системы является ее ядро, которое выступает в роли основы, сердца и мозга системы. Архитектура ядра определяет механизмы взаимодействия приложений с аппаратным обеспечением компьютера и периферийными устройствами.
Современные операционные системы Microsoft, включая версии 7, 8.1 и 10, базируются на гибридном ядре NT, которое характеризуется модульной организацией. В его состав входят микроядро, уровень абстракции аппаратуры, драйверы и сервисы, функционирующие на уровне ядра. Это ядро действует в защищенном пространстве, обеспечивая прямой доступ к системным и аппаратным ресурсам. В структуре пользовательского режима выделяют две подсистемы: внутреннюю (интегрированную) и внешнюю (подсистему окружения). Внутренняя подсистема управляет ключевыми аспектами функционирования системы, такими как аутентификация, управление учетными записями, сетевое подключение, использование сетевых сервисов и протоколов. Подсистема окружения отвечает за запуск приложений и управление графическим интерфейсом. В пользовательском режиме прямой доступ к аппаратным компонентам запрещен. Каждый программный запрос сначала проходит через ядро, которое обрабатывает его и передает далее от своего имени.
Модель ядра NT с графическим отображением режимов функционирования
В семействе операционных систем Linux применяется ядро монолитного типа, которое поддерживает динамическое подключение модулей. В состав этого ядра входят все основные сервисы, такие как драйверы устройств, сетевые протоколы, а также механизмы управления дисковыми пространствами и файловыми системами. Схематичное представление демонстрирует распределение модулей в соответствии с их ключевыми функциями. Благодаря динамическому механизму подключения, модули могут быть задействованы по мере возникновения нужды, например, при появлении нового устройства или по инициативе пользователя. Процесс добавления и удаления компонентов происходит без приостановки работы системы. Одно из основных преимуществ монолитного ядра заключается в его высокой производительности.
Архитектура ядра Linux, включающая кольцо для решения задач, выполняемых различными модулями.
В последние годы отмечается процесс взаимного слияния операционных систем на уровне ядерных компонентов. Компания Microsoft продемонстрировала поддержку виртуализации, предлагая дистрибутивы Ubuntu, openSUSE и Debian через свой магазин MS Store, и планирует в 2020 году интегрировать ядро Linux в систему Windows 10. В свою очередь, свободное сообщество разработало KVM (виртуальную машину на основе ядра), которая позволяет запускать Windows на базе ядра Linux.
Файловая система
В обоих операционных системах каждый пользователь обладает персональной домашней папкой, содержащей разделы для хранения различных файлов, включая мультимедиа, документы и изображения. Однако различия начинаются с организации файловой структуры. В Windows применяется иерархическая система адресации, где жесткие диски, оптические диски (CD или DVD-ROM) и другие периферийные устройства идентифицируются буквами английского алфавита. На жестком диске (HDD) находятся как системные, так и личные директории пользователей. Устройства ввода, такие как мышь и клавиатура, классифицируются в особую категорию.
Файловая система Windows представляет собой древовидную структуру, начиная от корневого раздела жесткого диска и заканчивая отдельными файлами.
В операционной системе Linux отсутствует буквенная адресация устройств, и каждое устройство может быть интерпретировано системой как файл. Вместо традиционного диска «С» используется концепция корневой директории, которая обозначается символом «/». К этой корневой директории подключаются как системные, так и пользовательские папки. Устройства также интегрируются в эту файловую иерархию. Например, CD-ROM будет монтирован под путем /dev/cdrom, а мышь — под путем /dev/mouse.
Точки монтирования каталогов в системе Linux распространяются от главной директории.
Глубокие различия в методах работы приводят к необходимости использования разных файловых систем. В операционной системе Windows стандартно применяется NTFS (NT File System), в то время как в семействе Linux преобладает EXT (Extended File System). В частности, четвертая версия этой системы, известная как ext4 или ext4fs, является основной в современных версиях Linux.
Метод сохранения конфигурации
В операционной системе Windows ключевым хранилищем конфигураций и настроек служит системный реестр. Некоторые приложения создают дополнительно файлы INI для фиксации пользовательских параметров и удобства их модификации. Возникновение проблем в реестре может вызвать сбой в работе ОС, однако изменения в нем можно вносить без необходимости в дополнительных правах. В свою очередь, централизация данных настроек обеспечивает требуемую гибкость при управлении системой на расстоянии.
Интерфейс редактора системного реестра Windows, а также окно диалога для инициации его запуска.
В операционной системе Linux конфигурационные файлы хранятся в децентрализованной манере. Файлы системных настроек располагаются в каталоге /ext, в то время как пользовательские конфигурации находятся в скрытых папках внутри домашнего каталога. Изменение этих настроек возможно через стандартный текстовый редактор, однако для этого необходимы дополнительные права доступа. Без знания пароля администратора (root) пользователь не имеет возможности модифицировать конфигурации, что предотвращает случайные или намеренные нарушения функционирования системы.
Права пользователей
Обе системы операционных систем поддерживают многопользовательский режим, однако их подходы к его реализации существенно различаются. В Windows стандартно применяются три уровня доступа для пользователей: стандартный, гостевой и административный. Администратор обладает наивысшими привилегиями, в то время как гостевые права минимальны. Стандартный пользователь ограничен в своих возможностях с самого начала. В дополнение к этому, система включает в себя управление квотами на дисковое пространство, средства администрирования групповых политик и контроль родительских ограничений. С правильным применением этих инструментов администратор может настолько ограничить возможности пользователя, что компьютер превратится в простую пишущую машинку или калькулятор с дисплеем. Такой метод удобен для организаций, но не очень подходит для домашних компьютеров. Поэтому управление доступом в Windows чаще используется в корпоративном секторе.
В операционной системе Linux, которая известна своей универсальностью в представлении всех объектов как файлов, реализована сквозная система управления доступом. Общий принцип её функционирования демонстрируется на представленном изображении.
Схема организации прав доступа для пользователей в операционной системе Linux
В каждом файле предусмотрены разрешения, включающие чтение, запись и выполнение, которые символизируются сочетанием букв RWX. Эти разрешения повторяются для владельца файла, членов его группы и всех прочих пользователей. Возможности комбинирования прав являются весьма разнообразными.
Суперпользователь root обладает неограниченными полномочиями в системе, имея возможность просматривать и редактировать любые файлы, а также изменять конфигурацию и запускать любые приложения. Если сравнить, то в своей директории пользователь является повелителем, а root на уровне всей системы выступает в роли высшей власти.
В операционной системе Windows, используемой на домашних компьютерах, наличие прав администратора считается обычным явлением, поскольку это необходимо для установки приложений и настройки системы. Редко кто из пользователей предпочтет себе ограничения в правах. В противоположность этому, в Linux даже опытные пользователи редко задумываются о постоянной работе с правами суперпользователя.
Управление программным обеспечением
Обе системы управления имеют гибкий подход к установке программного обеспечения, предоставляя пользователям возможность выбора между локальным установщиком и сетевым магазином приложений. В Windows этот выбор представлен в виде файлов EXE/MSI и магазина Microsoft Store. В среде Linux пользователи могут выбирать между пакетами RPM или DEB, а также использовать обширную сеть репозиториев.
Работа с программным обеспечением для Windows является довольно простой задачей. Учитывая, что это наиболее широко используемая операционная система на планете, ассортимент доступного программного обеспечения чрезвычайно обширен. Отыскать нужное приложение не представляет большой сложности.
В мире Linux сложности нарастают. Прежде всего, есть две ключевые линии – дистрибутивы, происходящие от Red Hat (использующие пакеты RPM), и от Debian (с пакетами DEB). Во-вторых, каждая из этих линий включает множество поднаправлений. Понимание этой многообразия представляется сложным и отталкивает многих пользователей. В сравнении с этим, развитие Windows проходит по довольно прямой траектории с единственным значительным ответвлением, которое завершилось выпуском Millennium Edition в 2003 году.
Развитие дистрибутивов Linux представляет собой древовидную структуру, в которой особо выделяются ветви Red Hat и Debian.
В заключение
Можно с уверенностью констатировать, что Windows и Linux представляют собой различные сущности. Сравнивать их можно лишь условно, подобно тому, как нельзя полностью сопоставлять наследника английского лорда, получившего превосходное образование и воспитание, с рядом детей вождя африканского племени. Семейство Linux включает в себя выдающиеся операционные системы, однако конкурировать на равных с крупным игроком мировой индустрии им пока не удается.
