Predbežná požiadavka: Čo je operačný systém?

Operačný systém vykonáva všetky základné úlohy, ako je správa súborov, procesov a pamäte. Operačný systém teda vystupuje ako správca všetkých zdrojov, t.j. správca zdrojov . Operačný systém sa tak stáva rozhraním medzi používateľom a strojom. Je to jeden z najžiadanejších softvérov, ktorý sa v zariadení nachádza.

Operačný systém je typ softvéru, ktorý funguje ako rozhranie medzi systémovým programom a hardvérom. Existuje niekoľko typov operačných systémov, z ktorých mnohé sú uvedené nižšie. Poďme sa na ne pozrieť.

trieda objektov v jazyku Java

Typy operačných systémov

Existuje niekoľko typov operačných systémov, ktoré sú uvedené nižšie.

• Dávkový operačný systém
• Multi-programovací systém
• Viacprocesový systém
• Operačný systém s viacerými úlohami
• Operačný systém na zdieľanie času
• Distribuovaný operačný systém
• Sieťový operačný systém
• Operačný systém v reálnom čase

1. Dávkový operačný systém

Tento typ operačného systému neinteraguje priamo s počítačom. Existuje operátor, ktorý vykonáva podobné úlohy s rovnakou požiadavkou a zoskupuje ich do dávok. Je zodpovednosťou prevádzkovateľa triediť úlohy s podobnými potrebami.

Dávkový operačný systém

Výhody dávkového operačného systému

• Dávkové systémy môže zdieľať viacero používateľov.
• Čas nečinnosti dávkového systému je veľmi kratší.
• V dávkových systémoch je ľahké opakovane riadiť veľké práce.

Nevýhody dávkového operačného systému

• Počítačoví operátori by mali dobre poznať dávkové systémy.
• Dávkové systémy sa ťažko ladia.
• Niekedy je to nákladné.
• Ostatné úlohy budú musieť čakať neznámy čas, ak niektorá úloha zlyhá.
• V dávkovom operačnom systéme je zvyčajne ťažké presne predpovedať čas spracovania úloh, kým sú vo fronte.
• Je ťažké presne predpovedať presný čas potrebný na dokončenie úlohy, kým je vo fronte.

Príklady dávkových operačných systémov: Mzdové systémy, bankové výpisy atď.

2. Operačný systém s viacerými programami

Operačné systémy s viacerými programami možno jednoducho ilustrovať, pretože v hlavnej pamäti je prítomných viac ako jeden program a ktorýkoľvek z nich môže byť udržiavaný v prevádzke. Toto sa v podstate používa na lepšie využitie zdrojov.

MultiProgramovanie

Výhody viacprogramového operačného systému

• Viacnásobné programovanie zvyšuje priepustnosť systému.
• Pomáha skrátiť čas odozvy.

Nevýhody viacprogramového operačného systému

• Neexistuje žiadne zariadenie na interakciu systémových prostriedkov so systémom používateľa.

3. Viacprocesový operačný systém

Viacprocesový operačný systém je typ operačného systému, v ktorom sa na vykonávanie zdrojov používa viac ako jeden procesor. Zlepšuje priepustnosť systému.

Viacnásobné spracovanie

Výhody viacprocesového operačného systému

• Zvyšuje priepustnosť systému.
• Nakoľko má niekoľko procesorov, takže ak jeden procesor zlyhá, môžeme pokračovať s ďalším procesorom.

Nevýhody viacprocesového operačného systému

linuxová architektúra

• Kvôli viacnásobnému CPU to môže byť zložitejšie a nejako ťažko pochopiteľné.

4. Operačný systém s viacerými úlohami

Operačný systém s viacerými úlohami je jednoducho viacprogramový operačný systém so zariadením plánovacieho algoritmu Round-Robin. Dokáže spustiť viacero programov súčasne.

Existujú dva typy multitaskingových systémov, ktoré sú uvedené nižšie.

• Preventívny multitasking
• Kooperatívny multitasking

Multitasking

Výhody multitaskingového operačného systému

• V operačnom systéme Multi-Tasking je možné súčasne spustiť viacero programov.
• Dodáva sa so správnou správou pamäte.

Nevýhody multitaskingového operačného systému

• V prípade náročných programov sa systém niekoľkokrát zahrieva.

5. Operačné systémy na zdieľanie času

Každá úloha má určitý čas na vykonanie, aby všetky úlohy fungovali hladko. Každý používateľ dostane čas CPU, pretože používa jeden systém. Tieto systémy sú známe aj ako multitaskingové systémy. Úloha môže byť od jedného používateľa alebo od rôznych používateľov. Čas, za ktorý sa každá úloha vykoná, sa nazýva kvantový. Po uplynutí tohto časového intervalu sa OS prepne na ďalšiu úlohu.

OS na zdieľanie času

Výhody systému zdieľania času

• Každá úloha dostane rovnakú príležitosť.
• Menej šancí na duplikáciu softvéru.
• Čas nečinnosti CPU sa dá skrátiť.
• Zdieľanie zdrojov: Systémy zdieľania času umožňujú viacerým používateľom zdieľať hardvérové ​​zdroje, ako je CPU, pamäť a periférne zariadenia, čím sa znižujú náklady na hardvér a zvyšuje sa efektivita.
• Vylepšená produktivita: Zdieľanie času umožňuje používateľom pracovať súbežne, čím sa skracuje čas čakania, kým prídu na rad, aby použili počítač. Táto zvýšená produktivita sa premieta do väčšieho množstva práce vykonanej za kratší čas.
• Vylepšená používateľská skúsenosť: Zdieľanie času poskytuje interaktívne prostredie, ktoré umožňuje používateľom komunikovať s počítačom v reálnom čase, čím poskytuje lepšiu používateľskú skúsenosť ako dávkové spracovanie.

Nevýhody OS zdieľania času

načítanie javascriptu

• Problém spoľahlivosti.
• Človek sa musí postarať o bezpečnosť a integritu používateľských programov a údajov.
• Problém s dátovou komunikáciou.
• Vysoká réžia: Systémy zdieľania času majú vyššiu réžiu ako iné operačné systémy kvôli potrebe plánovania, prepínania kontextu a iných režijných nákladov, ktoré prichádzajú s podporou viacerých používateľov.
• Zložitosť: Systémy zdieľania času sú zložité a vyžadujú pokročilý softvér na správu viacerých používateľov súčasne. Táto zložitosť zvyšuje pravdepodobnosť chýb a chýb.
• Bezpečnostné riziká: Pri zdieľaní zdrojov viacerých používateľov sa zvyšuje riziko narušenia bezpečnosti. Systémy zdieľania času vyžadujú starostlivé riadenie prístupu používateľov, autentifikáciu a autorizáciu, aby sa zaistila bezpečnosť údajov a softvéru.

Príklady OS zdieľania času s vysvetlením

• IBM VM/CMS : IBM VM/CMS je operačný systém na zdieľanie času, ktorý bol prvýkrát predstavený v roku 1972. Používa sa dodnes a poskytuje prostredie virtuálneho stroja, ktoré umožňuje viacerým používateľom spúšťať vlastné inštancie operačných systémov a aplikácií.
• TSO (možnosť zdieľania času) : TSO je operačný systém na zdieľanie času, ktorý prvýkrát predstavila v 60. rokoch spoločnosť IBM pre sálový počítač IBM System/360. Umožnil viacerým používateľom súčasne pristupovať k rovnakému počítaču a spúšťať svoje vlastné aplikácie.
• Terminálové služby systému Windows : Windows Terminal Services je operačný systém zdieľajúci čas, ktorý umožňuje viacerým používateľom vzdialený prístup k serveru Windows. Používatelia môžu spúšťať svoje vlastné aplikácie a pristupovať k zdieľaným zdrojom, ako sú tlačiarne a sieťové úložiská, v reálnom čase.

6. Distribuovaný operačný systém

Tieto typy operačných systémov sú nedávnym pokrokom vo svete počítačovej technológie a sú široko akceptované po celom svete, a to tiež veľkým tempom. Rôzne autonómne prepojené počítače medzi sebou komunikujú pomocou zdieľanej komunikačnej siete. Nezávislé systémy majú vlastnú pamäťovú jednotku a CPU. Tieto sa označujú ako voľne spojené systémy alebo distribuované systémy . Procesory týchto systémov sa líšia veľkosťou a funkciou. Hlavnou výhodou práce s týmito typmi operačných systémov je, že je vždy možné, že jeden používateľ môže pristupovať k súborom alebo softvéru, ktoré sa v skutočnosti nenachádzajú v jeho systéme, ale k inému systému pripojenému v rámci tejto siete, t. j. vzdialený prístup je povolený v rámci zariadenia pripojené v tejto sieti.

Distribuovaný OS

Výhody distribuovaného operačného systému

• Porucha jedného neovplyvní komunikáciu v druhej sieti, pretože všetky systémy sú na sebe nezávislé.
• Elektronická pošta zvyšuje rýchlosť výmeny dát.
• Keďže zdroje sú zdieľané, výpočet je veľmi rýchly a trvácny.
• Znižuje sa zaťaženie hostiteľského počítača.
• Tieto systémy sú ľahko škálovateľné, pretože do siete možno jednoducho pridať mnoho systémov.
• Znižuje sa oneskorenie spracovania údajov.

Nevýhody distribuovaného operačného systému

• Zlyhanie hlavnej siete zastaví celú komunikáciu.
• Na vytvorenie distribuovaných systémov sa používa jazyk, ktorý ešte nie je dobre definovaný.
• Tieto typy systémov nie sú ľahko dostupné, pretože sú veľmi drahé. Nielen, že základný softvér je veľmi zložitý a ešte nie je dobre pochopený.

Príklady distribuovaných operačných systémov sú LOCUS atď.

Distribuovaný operačný systém musí riešiť nasledujúce problémy:

• Vytváranie sietí spôsobuje oneskorenia pri prenose údajov medzi uzlami distribuovaného systému. Takéto oneskorenia môžu viesť k nekonzistentnému pohľadu na údaje umiestnené v rôznych uzloch a sťažiť zistenie chronologického poradia, v ktorom sa udalosti v systéme vyskytli.
• Riadiace funkcie, ako je plánovanie, prideľovanie zdrojov a detekcia zablokovania, sa musia vykonávať v niekoľkých uzloch, aby sa dosiahlo zrýchlenie výpočtov a zabezpečila spoľahlivá prevádzka v prípade zlyhania počítačov alebo sieťových komponentov.
• Správy vymieňané procesmi prítomnými v rôznych uzloch môžu cestovať cez verejné siete a prechádzať cez počítačové systémy, ktoré nie sú riadené distribuovaným operačným systémom. Narušiteľ môže túto funkciu zneužiť na manipuláciu so správami alebo na vytváranie falošných správ, aby oklamal autentifikačnú procedúru a vydával sa za používateľa systému.

7. Sieťový operačný systém

Tieto systémy bežia na serveri a poskytujú schopnosť spravovať údaje, používateľov, skupiny, bezpečnosť, aplikácie a ďalšie sieťové funkcie. Tieto typy operačných systémov umožňujú zdieľaný prístup k súborom, tlačiarňam, zabezpečeniu, aplikáciám a ďalším sieťovým funkciám cez malú súkromnú sieť. Ďalším dôležitým aspektom sieťových operačných systémov je, že všetci používatelia sú si dobre vedomí základnej konfigurácie, všetkých ostatných používateľov v sieti, ich individuálnych pripojení atď., a preto sú tieto počítače všeobecne známe ako tesne prepojené systémy .

Sieťový operačný systém

parseint java

Výhody sieťového operačného systému

• Vysoko stabilné centralizované servery.
• Bezpečnostné problémy sa riešia prostredníctvom serverov.
• Nové technológie a upgrade hardvéru sú jednoducho integrované do systému.
• Prístup k serveru je možný na diaľku z rôznych miest a typov systémov.

Nevýhody sieťového operačného systému

• Servery sú drahé.
• Používateľ sa musí pri väčšine operácií spoliehať na centrálne umiestnenie.
• Údržba a aktualizácie sú potrebné pravidelne.

Príklady sieťových operačných systémov sú Microsoft Windows Server 2003, Microsoft Windows Server 2008, UNIX, Linux, Mac OS X, Novell NetWare, BSD atď.

8. Operačný systém v reálnom čase

Tieto typy OS slúžia systémom v reálnom čase. Časový interval potrebný na spracovanie a odozvu na vstupy je veľmi malý. Tento časový interval sa nazýva Doba odozvy .
Systémy v reálnom čase sa používajú, keď sú časové požiadavky, ktoré sú veľmi prísne, ako sú raketové systémy, systémy riadenia letovej prevádzky, roboty atď.

java multithreading

Typy operačných systémov v reálnom čase

• Tvrdé systémy v reálnom čase:
  Hard Real-Time OS sú určené pre aplikácie, kde sú časové obmedzenia veľmi prísne a ani čo najkratšie oneskorenie nie je prijateľné. Tieto systémy sú postavené na záchranu života, ako sú automatické padáky alebo airbagy, ktoré musia byť v prípade nehody ľahko dostupné. Virtuálna pamäť sa v týchto systémoch nachádza len zriedka.
• Mäkké systémy v reálnom čase:
  Tieto OS sú pre aplikácie, kde je časové obmedzenie menej prísne.

Ďalšie informácie nájdete v časti Rozdiel medzi OS Hard Real-Time a Soft Real-Time OS .

Operačný systém v reálnom čase

Výhody RTOS

• Maximálna spotreba: Maximálne využitie zariadení a systémov, teda väčší výkon zo všetkých zdrojov.
• Presun úloh: Čas určený na presun úloh v týchto systémoch je veľmi kratší. Napríklad v starších systémoch trvá prechod z jednej úlohy na druhú približne 10 mikrosekúnd a v najnovších systémoch to trvá 3 mikrosekundy.
• Zamerajte sa na aplikáciu: Zamerajte sa na spustené aplikácie a menej dôležitosti na aplikácie, ktoré sú vo fronte.
• Reálny čas operačný systém v a vstavaný systém: Keďže veľkosť programov je malá, RTOS je možné použiť aj vo vstavaných systémoch, ako je doprava a iné.
• Bez chýb: Tieto typy systémov sú bez chýb.
• Pridelenie pamäte: Alokácia pamäte je najlepšie spravovaná v týchto typoch systémov.

Nevýhody RTOS

• Obmedzené úlohy: Veľmi málo úloh beží súčasne a ich koncentrácia je veľmi menšia na niekoľko aplikácií, aby sa predišlo chybám.
• Používajte ťažké systémové prostriedky: Niekedy nie sú systémové prostriedky také dobré a sú tiež drahé.
• Komplexné algoritmy: Algoritmy sú veľmi zložité a pre dizajnéra je ťažké na nich písať.
• Ovládač zariadenia a signály prerušenia: Potrebuje špecifické ovládače zariadení a signál prerušenia, aby na prerušenia reagoval čo najskôr.
• Priorita vlákna: Nie je dobré nastaviť prioritu vlákna, pretože tieto systémy sú veľmi menej náchylné na úlohy prepínania.

Príklady operačných systémov v reálnom čase sú Vedecké experimenty, medicínske zobrazovacie systémy, priemyselné riadiace systémy, zbraňové systémy, roboty, systémy riadenia letovej prevádzky atď.