ARTEN VON BETRIEBSSYSTEMEN

Voraussetzung: Was ist ein Betriebssystem?

Ein Betriebssystem führt alle grundlegenden Aufgaben wie die Verwaltung von Dateien, Prozessen und Speicher aus. Somit fungiert das Betriebssystem als Manager aller Ressourcen, d. h. Ressourcenmanager . Somit wird das Betriebssystem zur Schnittstelle zwischen Benutzer und Maschine. Es handelt sich um eine der am häufigsten benötigten Softwareprogramme, die auf dem Gerät vorhanden sind.

Ein Betriebssystem ist eine Art Software, die als Schnittstelle zwischen dem Systemprogramm und der Hardware fungiert. Es gibt verschiedene Arten von Betriebssystemen, von denen viele im Folgenden aufgeführt sind. Werfen wir einen Blick darauf.

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Es gibt verschiedene Arten von Betriebssystemen, die im Folgenden aufgeführt sind.

Batch-Betriebssystem
Multi-Programmiersystem
Multi-Processing-System
Multitasking-Betriebssystem
Time-Sharing-Betriebssystem
Verteiltes Betriebssystem
Netzwerkbetriebssystem
Echtzeit-Betriebssystem

1. Batch-Betriebssystem

Diese Art von Betriebssystem interagiert nicht direkt mit dem Computer. Es gibt einen Bediener, der ähnliche Aufträge mit den gleichen Anforderungen übernimmt und sie in Stapeln gruppiert. Es liegt in der Verantwortung des Betreibers, Aufträge mit ähnlichen Anforderungen zu sortieren.

Batch-Betriebssystem

Vorteile des Batch-Betriebssystems

Mehrere Benutzer können die Batch-Systeme gemeinsam nutzen.
Die Leerlaufzeit des Batch-Systems ist sehr gering.
In Batch-Systemen ist es einfach, große Arbeiten wiederholt zu verwalten.

Nachteile des Batch-Betriebssystems

Die Computerbediener sollten mit Batch-Systemen vertraut sein.
Batch-Systeme sind schwer zu debuggen.
Es ist manchmal kostspielig.
Die anderen Jobs müssen eine unbekannte Zeit warten, wenn ein Job fehlschlägt.
In Batch-Betriebssystemen ist es im Allgemeinen schwierig, die Verarbeitungszeit für Jobs genau vorherzusagen, während sie sich in der Warteschlange befinden.
Es ist schwierig, genau vorherzusagen, wie lange es dauert, bis ein Auftrag in der Warteschlange abgeschlossen ist.

Beispiele für Batch-Betriebssysteme: Lohn- und Gehaltsabrechnungssysteme, Kontoauszüge usw.

2. Multiprogrammierendes Betriebssystem

Multiprogrammierende Betriebssysteme lässt sich einfach dadurch veranschaulichen, dass mehr als ein Programm im Hauptspeicher vorhanden ist und jedes einzelne davon in Ausführung gehalten werden kann. Dies dient grundsätzlich der besseren Ausführung von Ressourcen.

MultiProgrammierung

Vorteile des Multiprogrammierungs-Betriebssystems

Multiprogrammierung erhöht den Durchsatz des Systems.
Es trägt dazu bei, die Reaktionszeit zu verkürzen.

Nachteile des Multiprogrammierungs-Betriebssystems

Es gibt keine Möglichkeit zur Benutzerinteraktion von Systemressourcen mit dem System.

3. Multi-Processing-Betriebssystem

Multi-Processing-Betriebssystem ist eine Art Betriebssystem, bei dem mehr als eine CPU für die Ausführung von Ressourcen verwendet wird. Es verbessert den Durchsatz des Systems.

Mehrfachverarbeitung

Vorteile des Multi-Processing-Betriebssystems

Es erhöht den Durchsatz des Systems.
Da es über mehrere Prozessoren verfügt, können wir bei Ausfall eines Prozessors mit einem anderen Prozessor fortfahren.

Nachteile des Multi-Processing-Betriebssystems

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Aufgrund der Mehrfach-CPU kann es komplexer und irgendwie schwer verständlich sein.

4. Multitasking-Betriebssystem

Das Multitasking-Betriebssystem ist einfach ein Multiprogrammierungs-Betriebssystem mit der Möglichkeit eines Round-Robin-Planungsalgorithmus. Es können mehrere Programme gleichzeitig ausgeführt werden.

Es gibt zwei Arten von Multitasking-Systemen, die unten aufgeführt sind.

Präventives Multitasking
Kooperatives Multitasking

Multitasking

Vorteile des Multitasking-Betriebssystems

Im Multitasking-Betriebssystem können mehrere Programme gleichzeitig ausgeführt werden.
Es kommt mit einer ordnungsgemäßen Speicherverwaltung.

Nachteile des Multitasking-Betriebssystems

Bei schweren Programmen wird das System mehrfach erhitzt.

5. Time-Sharing-Betriebssysteme

Jeder Aufgabe wird etwas Zeit zur Ausführung gegeben, damit alle Aufgaben reibungslos funktionieren. Jeder Benutzer erhält die Zeit der CPU, da er ein einzelnes System verwendet. Diese Systeme werden auch als Multitasking-Systeme bezeichnet. Die Aufgabe kann von einem einzelnen Benutzer oder auch von verschiedenen Benutzern stammen. Die Zeit, die jeder Aufgabe zur Ausführung zur Verfügung steht, wird als Quantum bezeichnet. Nach Ablauf dieser Zeitspanne wechselt das Betriebssystem zur nächsten Aufgabe.

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Time-Sharing-Betriebssystem

Vorteile des Time-Sharing-Betriebssystems

Jede Aufgabe erhält die gleichen Chancen.
Geringere Wahrscheinlichkeit einer Duplizierung von Software.
Die CPU-Leerlaufzeit kann reduziert werden.
Ressourcenfreigabe: Time-Sharing-Systeme ermöglichen mehreren Benutzern die gemeinsame Nutzung von Hardwareressourcen wie CPU, Speicher und Peripheriegeräten, wodurch die Hardwarekosten gesenkt und die Effizienz gesteigert werden.
Verbesserte Produktivität: Time-Sharing ermöglicht es Benutzern, gleichzeitig zu arbeiten, wodurch die Wartezeit verkürzt wird, bis sie an der Reihe sind, den Computer zu nutzen. Diese gesteigerte Produktivität führt dazu, dass mehr Arbeit in kürzerer Zeit erledigt werden kann.
Verbesserte Benutzererfahrung: Time-Sharing bietet eine interaktive Umgebung, die es Benutzern ermöglicht, in Echtzeit mit dem Computer zu kommunizieren und so eine bessere Benutzererfahrung als die Stapelverarbeitung zu bieten.

Nachteile des Time-Sharing-Betriebssystems

Zuverlässigkeitsproblem.
Man muss auf die Sicherheit und Integrität der Benutzerprogramme und -daten achten.
Problem mit der Datenkommunikation.
Hoher Overhead: Time-Sharing-Systeme haben einen höheren Overhead als andere Betriebssysteme, da Zeitplanung, Kontextwechsel und andere Overheads erforderlich sind, die mit der Unterstützung mehrerer Benutzer einhergehen.
Komplexität: Time-Sharing-Systeme sind komplex und erfordern fortschrittliche Software, um mehrere Benutzer gleichzeitig zu verwalten. Diese Komplexität erhöht die Wahrscheinlichkeit von Bugs und Irrtümern.
Sicherheitsrisiken: Wenn mehrere Benutzer Ressourcen gemeinsam nutzen, steigt das Risiko von Sicherheitsverletzungen. Time-Sharing-Systeme erfordern eine sorgfältige Verwaltung des Benutzerzugriffs, der Authentifizierung und der Autorisierung, um die Sicherheit von Daten und Software zu gewährleisten.

Beispiele für Time-Sharing-Betriebssysteme mit Erklärung

IBM VM/CMS : IBM VM/CMS ist ein Time-Sharing-Betriebssystem, das erstmals 1972 eingeführt wurde. Es wird auch heute noch verwendet und bietet eine virtuelle Maschinenumgebung, die es mehreren Benutzern ermöglicht, ihre eigenen Instanzen von Betriebssystemen und Anwendungen auszuführen.
TSO (Time-Sharing-Option) : TSO ist ein Time-Sharing-Betriebssystem, das erstmals in den 1960er Jahren von IBM für den Großrechner IBM System/360 eingeführt wurde. Dadurch konnten mehrere Benutzer gleichzeitig auf denselben Computer zugreifen und ihre eigenen Anwendungen ausführen.
Windows-Terminaldienste : Windows Terminal Services ist ein Time-Sharing-Betriebssystem, das mehreren Benutzern den Fernzugriff auf einen Windows-Server ermöglicht. Benutzer können ihre eigenen Anwendungen ausführen und in Echtzeit auf freigegebene Ressourcen wie Drucker und Netzwerkspeicher zugreifen.

6. Verteiltes Betriebssystem

Diese Art von Betriebssystem ist ein neuer Fortschritt in der Welt der Computertechnologie und erfreut sich weltweit großer Akzeptanz, und das auch mit großer Geschwindigkeit. Verschiedene autonome miteinander verbundene Computer kommunizieren über ein gemeinsames Kommunikationsnetzwerk miteinander. Unabhängige Systeme verfügen über eine eigene Speichereinheit und CPU. Diese werden als bezeichnet lose gekoppelte Systeme oder verteilte Systeme . Die Prozessoren dieser Systeme unterscheiden sich in Größe und Funktion. Der Hauptvorteil der Arbeit mit dieser Art von Betriebssystemen besteht darin, dass es immer möglich ist, dass ein Benutzer auf Dateien oder Software zugreifen kann, die nicht tatsächlich auf seinem System vorhanden sind, sondern auf einem anderen System, das mit diesem Netzwerk verbunden ist, d. h. der Fernzugriff ist darin aktiviert die in diesem Netzwerk verbundenen Geräte.

Verteiltes Betriebssystem

Vorteile eines verteilten Betriebssystems

Der Ausfall eines Systems hat keinen Einfluss auf die Netzwerkkommunikation des anderen, da alle Systeme unabhängig voneinander sind.
Elektronische Post erhöht die Geschwindigkeit des Datenaustauschs.
Da Ressourcen gemeinsam genutzt werden, ist die Berechnung äußerst schnell und langlebig.
Die Belastung des Host-Computers verringert sich.
Diese Systeme sind leicht skalierbar, da viele Systeme problemlos zum Netzwerk hinzugefügt werden können.
Verzögerungen bei der Datenverarbeitung verringern sich.

Nachteile eines verteilten Betriebssystems

Bei einem Ausfall des Hauptnetzwerks wird die gesamte Kommunikation unterbrochen.
Zur Etablierung verteilter Systeme wird die Sprache verwendet, die noch nicht genau definiert ist.
Solche Systeme sind nicht ohne weiteres verfügbar, da sie sehr teuer sind. Nicht nur, dass die zugrunde liegende Software hochkomplex und noch nicht gut verstanden ist.

Beispiele für verteilte Betriebssysteme sind LOCUS usw.

Das verteilte Betriebssystem muss die folgenden Probleme lösen:

Die Vernetzung führt zu Verzögerungen bei der Datenübertragung zwischen Knoten eines verteilten Systems. Solche Verzögerungen können zu einer inkonsistenten Ansicht der Daten in verschiedenen Knoten führen und es schwierig machen, die chronologische Reihenfolge zu ermitteln, in der Ereignisse im System aufgetreten sind.
Kontrollfunktionen wie Planung, Ressourcenzuweisung und Deadlock-Erkennung müssen in mehreren Knoten ausgeführt werden, um eine Beschleunigung der Berechnungen zu erreichen und einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten, wenn Computer oder Netzwerkkomponenten ausfallen.
Nachrichten, die von Prozessen in verschiedenen Knoten ausgetauscht werden, können über öffentliche Netzwerke und Computersysteme übertragen werden, die nicht vom verteilten Betriebssystem gesteuert werden. Ein Eindringling kann diese Funktion ausnutzen, um Nachrichten zu manipulieren oder gefälschte Nachrichten zu erstellen, um das Authentifizierungsverfahren zu täuschen und sich als Benutzer des Systems auszugeben.

7. Netzwerk-Betriebssystem

Diese Systeme laufen auf einem Server und bieten die Möglichkeit, Daten, Benutzer, Gruppen, Sicherheit, Anwendungen und andere Netzwerkfunktionen zu verwalten. Diese Arten von Betriebssystemen ermöglichen den gemeinsamen Zugriff auf Dateien, Drucker, Sicherheit, Anwendungen und andere Netzwerkfunktionen über ein kleines privates Netzwerk. Ein weiterer wichtiger Aspekt von Netzwerkbetriebssystemen besteht darin, dass alle Benutzer die zugrunde liegende Konfiguration, alle anderen Benutzer im Netzwerk, ihre individuellen Verbindungen usw. genau kennen. Deshalb werden diese Computer im Volksmund so genannt eng gekoppelte Systeme .

Netzwerkbetriebssystem

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Vorteile des Netzwerkbetriebssystems

Hochstabile zentralisierte Server.
Sicherheitsbedenken werden über Server gehandhabt.
Neue Technologien und Hardware-Upgrades lassen sich problemlos in das System integrieren.
Der Serverzugriff ist aus der Ferne von verschiedenen Standorten und Systemtypen aus möglich.

Nachteile des Netzwerkbetriebssystems

Server sind teuer.
Für die meisten Vorgänge ist der Benutzer auf einen zentralen Standort angewiesen.
Wartung und Updates sind regelmäßig erforderlich.

Beispiele für Netzwerkbetriebssysteme sind Microsoft Windows Server 2003, Microsoft Windows Server 2008, UNIX, Linux, Mac OS X, Novell NetWare, BSD usw.

8. Echtzeit-Betriebssystem

Diese Arten von Betriebssystemen dienen Echtzeitsystemen. Der Zeitaufwand für die Verarbeitung und Reaktion auf Eingaben ist sehr gering. Dieses Zeitintervall heißt Reaktionszeit .
Echtzeitsysteme werden verwendet, wenn sehr strenge Zeitanforderungen bestehen, wie z. B. Raketensysteme, Flugsicherungssysteme, Roboter usw.

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Arten von Echtzeitbetriebssystemen

Harte Echtzeitsysteme:
Harte Echtzeit-Betriebssysteme sind für Anwendungen gedacht, bei denen die Zeitvorgaben sehr streng sind und selbst die kürzestmögliche Verzögerung nicht akzeptabel ist. Diese Systeme dienen der Lebensrettung wie automatische Fallschirme oder Airbags, die im Falle eines Unfalls jederzeit verfügbar sein müssen. Virtueller Speicher ist in diesen Systemen selten zu finden.
Weiche Echtzeitsysteme:
Diese Betriebssysteme sind für Anwendungen gedacht, bei denen die Zeitbeschränkung weniger streng ist.

Weitere Informationen finden Sie im Unterschied zwischen hartem Echtzeit-Betriebssystem und weichem Echtzeit-Betriebssystem .

Echtzeit-Betriebssystem

Vorteile von RTOS

Maximaler Verbrauch: Maximale Auslastung der Geräte und Systeme, dadurch mehr Ausbeute aller Ressourcen.
Aufgabenverschiebung: Der Zeitaufwand für die Verlagerung von Aufgaben ist in diesen Systemen sehr gering. Beispielsweise dauert der Übergang von einer Aufgabe zur nächsten in älteren Systemen etwa 10 Mikrosekunden und in den neuesten Systemen 3 Mikrosekunden.
Fokus auf Anwendung: Konzentrieren Sie sich auf die Ausführung von Anwendungen und weniger auf Anwendungen, die sich in der Warteschlange befinden.
Echtzeit Betriebssystem in Die Eingebettetes System: Da die Größe der Programme gering ist, kann RTOS auch in eingebetteten Systemen wie im Transportwesen und anderen eingesetzt werden.
Fehlerfrei: Solche Systeme sind fehlerfrei.
Speicherzuweisung: Die Speicherzuweisung wird in solchen Systemen am besten verwaltet.

Nachteile von RTOS

Begrenzte Aufgaben: Es laufen nur sehr wenige Aufgaben gleichzeitig und ihre Konzentration ist zur Fehlervermeidung sehr gering auf wenige Anwendungen konzentriert.
Beanspruchen Sie schwere Systemressourcen: Manchmal sind die Systemressourcen nicht so gut und sie sind auch teuer.
Komplexe Algorithmen: Die Algorithmen sind sehr komplex und für den Designer schwierig zu beschreiben.
Gerätetreiber- und Interrupt-Signale: Es benötigt spezielle Gerätetreiber und Interrupt-Signale, um frühestmöglich auf Interrupts reagieren zu können.
Thread-Priorität: Es ist nicht sinnvoll, die Thread-Priorität festzulegen, da diese Systeme weniger anfällig für Aufgabenwechsel sind.

Beispiele für Echtzeitbetriebssysteme sind Wissenschaftliche Experimente, medizinische Bildgebungssysteme, industrielle Kontrollsysteme, Waffensysteme, Roboter, Flugsicherungssysteme usw.