Prerequisito: Cos'è un sistema operativo?

Un sistema operativo esegue tutte le attività di base come la gestione di file, processi e memoria. Pertanto il sistema operativo funge da gestore di tutte le risorse, ad es. gestore delle risorse . Pertanto, il sistema operativo diventa un'interfaccia tra l'utente e la macchina. È uno dei software più richiesti presenti nel dispositivo.

Il sistema operativo è un tipo di software che funziona come interfaccia tra il programma di sistema e l'hardware. Esistono diversi tipi di sistemi operativi, molti dei quali sono menzionati di seguito. Diamo un'occhiata a loro.

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Tipi di sistemi operativi

Esistono diversi tipi di sistemi operativi menzionati di seguito.

• Sistema operativo batch
• Sistema multiprogrammazione
• Sistema multielaborazione
• Sistema operativo multitasking
• Sistema operativo in condivisione del tempo
• Sistema operativo distribuito
• Sistema operativo di rete
• Sistema operativo in tempo reale

1. Sistema operativo batch

Questo tipo di sistema operativo non interagisce direttamente con il computer. C'è un operatore che prende lavori simili aventi gli stessi requisiti e li raggruppa in lotti. È responsabilità dell'operatore ordinare i lavori con esigenze simili.

Sistema operativo batch

Vantaggi del sistema operativo batch

• Più utenti possono condividere i sistemi batch.
• Il tempo di inattività del sistema batch è molto inferiore.
• È facile gestire ripetutamente grandi lavori in sistemi batch.

Svantaggi del sistema operativo batch

• Gli operatori informatici dovrebbero essere ben conosciuti con i sistemi batch.
• È difficile eseguire il debug dei sistemi batch.
• A volte è costoso.
• Gli altri lavori dovranno attendere per un tempo sconosciuto se un lavoro fallisce.
• Nel sistema operativo batch, il tempo di elaborazione dei lavori è generalmente difficile da prevedere con precisione mentre sono in coda.
• È difficile prevedere con precisione il tempo esatto necessario per il completamento di un lavoro mentre è in coda.

Esempi di sistemi operativi batch: Sistemi di gestione paghe, estratti conto, ecc.

2. Sistema operativo multiprogrammazione

Sistemi operativi multiprogrammazione può essere semplicemente illustrato come se nella memoria principale sia presente più di un programma e ciascuno di essi possa essere mantenuto in esecuzione. Questo è fondamentalmente utilizzato per una migliore esecuzione delle risorse.

Multiprogrammazione

Vantaggi del sistema operativo multiprogrammazione

• La programmazione multipla aumenta la produttività del sistema.
• Aiuta a ridurre i tempi di risposta.

Svantaggi del sistema operativo multiprogrammazione

• Non è disponibile alcuna funzionalità per l'interazione dell'utente tra le risorse di sistema e il sistema.

3. Sistema operativo multiprocessore

Sistema operativo multiprocessore è un tipo di sistema operativo in cui più di una CPU viene utilizzata per l'esecuzione delle risorse. Migliora il throughput del sistema.

Multielaborazione

Vantaggi del sistema operativo multiprocessore

• Aumenta la produttività del sistema.
• Poiché dispone di diversi processori, se un processore si guasta, possiamo procedere con un altro processore.

Svantaggi del sistema operativo multiprocessore

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• A causa delle molteplici CPU, può essere più complesso e in qualche modo difficile da capire.

4. Sistema operativo multitasking

Il sistema operativo multitasking è semplicemente un sistema operativo multiprogrammazione con funzionalità di un algoritmo di pianificazione Round-Robin. Può eseguire più programmi contemporaneamente.

Esistono due tipi di sistemi multitasking elencati di seguito.

• Multitasking preventivo
• Multitasking cooperativo

Multitasking

Vantaggi del sistema operativo multitasking

• È possibile eseguire più programmi contemporaneamente nel sistema operativo multitasking.
• Viene fornito con una corretta gestione della memoria.

Svantaggi del sistema operativo multitasking

• Il sistema si riscalda più volte in caso di programmi pesanti.

5. Sistemi operativi in ​​time-sharing

Ad ogni attività viene concesso del tempo per essere eseguita in modo che tutte le attività funzionino senza intoppi. Ogni utente ottiene l'ora della CPU poiché utilizza un singolo sistema. Questi sistemi sono anche conosciuti come sistemi multitasking. L'attività può provenire da un singolo utente o anche da utenti diversi. Il tempo impiegato da ogni attività per essere eseguita è chiamato quantistico. Al termine di questo intervallo di tempo, il sistema operativo passa all'attività successiva.

Sistema operativo con condivisione del tempo

Vantaggi del sistema operativo in condivisione del tempo

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• Ogni compito ha pari opportunità.
• Meno possibilità di duplicazione del software.
• Il tempo di inattività della CPU può essere ridotto.
• Condivisione delle risorse: i sistemi di condivisione del tempo consentono a più utenti di condividere risorse hardware come CPU, memoria e periferiche, riducendo il costo dell'hardware e aumentando l'efficienza.
• Produttività migliorata: la condivisione del tempo consente agli utenti di lavorare contemporaneamente, riducendo così il tempo di attesa per il loro turno di utilizzo del computer. Questa maggiore produttività si traduce in una maggiore quantità di lavoro svolto in meno tempo.
• Esperienza utente migliorata: la condivisione del tempo fornisce un ambiente interattivo che consente agli utenti di comunicare con il computer in tempo reale, offrendo un'esperienza utente migliore rispetto all'elaborazione batch.

Svantaggi del sistema operativo con condivisione del tempo

• Problema di affidabilità.
• È necessario prendersi cura della sicurezza e dell'integrità dei programmi e dei dati utente.
• Problema di comunicazione dati.
• Spese generali elevate: i sistemi di time-sharing hanno un sovraccarico maggiore rispetto ad altri sistemi operativi a causa della necessità di pianificazione, cambio di contesto e altri costi generali derivanti dal supporto di più utenti.
• Complessità: i sistemi di time-sharing sono complessi e richiedono software avanzato per gestire più utenti contemporaneamente. Questa complessità aumenta la possibilità di bug ed errori.
• Rischi per la sicurezza: con più utenti che condividono risorse, aumenta il rischio di violazioni della sicurezza. I sistemi di time-sharing richiedono un'attenta gestione dell'accesso, dell'autenticazione e dell'autorizzazione degli utenti per garantire la sicurezza dei dati e del software.

Esempi di sistemi operativi Time-Sharing con spiegazione

• IBM VM/CMS : IBM VM/CMS è un sistema operativo time-sharing introdotto per la prima volta nel 1972. È ancora in uso oggi e fornisce un ambiente di macchina virtuale che consente a più utenti di eseguire le proprie istanze di sistemi operativi e applicazioni.
• TSO (opzione di condivisione del tempo) : TSO è un sistema operativo time-sharing introdotto per la prima volta negli anni '60 da IBM per il computer mainframe IBM System/360. Permetteva a più utenti di accedere allo stesso computer contemporaneamente, eseguendo le proprie applicazioni.
• Servizi terminal di Windows : Servizi terminal di Windows è un sistema operativo in time-sharing che consente a più utenti di accedere in remoto a un server Windows. Gli utenti possono eseguire le proprie applicazioni e accedere alle risorse condivise, come stampanti e storage di rete, in tempo reale.

6. Sistema operativo distribuito

Questi tipi di sistemi operativi rappresentano un recente progresso nel mondo della tecnologia informatica e vengono ampiamente accettati in tutto il mondo e, anche, a un ritmo elevato. Vari computer autonomi interconnessi comunicano tra loro utilizzando una rete di comunicazione condivisa. I sistemi indipendenti possiedono la propria unità di memoria e CPU. Questi sono indicati come sistemi liberamente accoppiati o sistemi distribuiti . I processori di questi sistemi differiscono per dimensioni e funzionalità. Il vantaggio principale di lavorare con questi tipi di sistemi operativi è che è sempre possibile che un utente possa accedere a file o software che non sono effettivamente presenti sul suo sistema ma su qualche altro sistema connesso all'interno di questa rete, ovvero l'accesso remoto è abilitato all'interno i dispositivi collegati in quella rete.

Sistema operativo distribuito

Vantaggi del sistema operativo distribuito

• Il guasto di uno non influenzerà la comunicazione dell'altra rete, poiché tutti i sistemi sono indipendenti l'uno dall'altro.
• La posta elettronica aumenta la velocità di scambio dei dati.
• Poiché le risorse vengono condivise, il calcolo è estremamente veloce e duraturo.
• Il carico sul computer host si riduce.
• Questi sistemi sono facilmente scalabili poiché molti sistemi possono essere facilmente aggiunti alla rete.
• Il ritardo nell'elaborazione dei dati si riduce.

Svantaggi del sistema operativo distribuito

• Il guasto della rete principale interromperà l'intera comunicazione.
• Per realizzare sistemi distribuiti si utilizza un linguaggio non ancora ben definito.
• Questi tipi di sistemi non sono facilmente disponibili perché sono molto costosi. Non solo il software sottostante è molto complesso e non è ancora stato compreso bene.

Esempi di sistemi operativi distribuiti sono LOCUS, ecc.

Il sistema operativo distribuito deve affrontare i seguenti problemi:

• Il collegamento in rete provoca ritardi nel trasferimento dei dati tra i nodi di un sistema distribuito. Tali ritardi possono portare a una visione incoerente dei dati localizzati in nodi diversi e rendere difficile conoscere l’ordine cronologico in cui si sono verificati gli eventi nel sistema.
• Funzioni di controllo come la pianificazione, l'allocazione delle risorse e il rilevamento dei deadlock devono essere eseguite in diversi nodi per ottenere una maggiore velocità di calcolo e garantire un funzionamento affidabile quando i computer o i componenti di rete si guastano.
• I messaggi scambiati da processi presenti in nodi diversi possono viaggiare su reti pubbliche e passare attraverso sistemi informatici non controllati dal sistema operativo distribuito. Un intruso potrebbe sfruttare questa funzionalità per manomettere i messaggi, oppure creare messaggi falsi per ingannare la procedura di autenticazione e mascherarsi da utente del sistema.

7. Sistema operativo di rete

Questi sistemi vengono eseguiti su un server e forniscono la capacità di gestire dati, utenti, gruppi, sicurezza, applicazioni e altre funzioni di rete. Questi tipi di sistemi operativi consentono l'accesso condiviso a file, stampanti, sicurezza, applicazioni e altre funzioni di rete su una piccola rete privata. Un altro aspetto importante dei sistemi operativi di rete è che tutti gli utenti sono ben consapevoli della configurazione sottostante, di tutti gli altri utenti all'interno della rete, delle loro connessioni individuali, ecc. ed è per questo che questi computer sono popolarmente conosciuti come sistemi strettamente accoppiati .

Sistema operativo di rete

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Vantaggi del sistema operativo di rete

• Server centralizzati altamente stabili.
• I problemi di sicurezza vengono gestiti tramite server.
• Nuove tecnologie e aggiornamenti hardware sono facilmente integrabili nel sistema.
• L'accesso al server è possibile in remoto da diverse località e tipologie di sistemi.

Svantaggi del sistema operativo di rete

• I server sono costosi.
• L'utente deve dipendere da una posizione centrale per la maggior parte delle operazioni.
• La manutenzione e gli aggiornamenti sono richiesti regolarmente.

Esempi di sistemi operativi di rete sono Microsoft Windows Server 2003, Microsoft Windows Server 2008, UNIX, Linux, Mac OS X, Novell NetWare, BSD, ecc.

8. Sistema operativo in tempo reale

Questi tipi di sistemi operativi servono sistemi in tempo reale. L'intervallo di tempo richiesto per elaborare e rispondere agli input è molto ridotto. Questo intervallo di tempo viene chiamato tempo di risposta .
Sistemi in tempo reale vengono utilizzati quando ci sono requisiti temporali molto rigidi come sistemi missilistici, sistemi di controllo del traffico aereo, robot, ecc.

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Tipi di sistemi operativi in ​​tempo reale

• Sistemi hard-real-time:
  I sistemi operativi Hard Real-Time sono pensati per applicazioni in cui i vincoli temporali sono molto rigidi e anche il ritardo più breve possibile non è accettabile. Questi sistemi sono costruiti per salvare vite umane come paracadute automatici o airbag che devono essere prontamente disponibili in caso di incidente. La memoria virtuale si trova raramente in questi sistemi.
• Sistemi soft in tempo reale:
  Questi sistemi operativi sono destinati ad applicazioni in cui i vincoli temporali sono meno rigidi.

Per ulteriori informazioni, fare riferimento a Differenza tra sistema operativo Hard Real-Time e sistema operativo Soft Real-Time .

Sistema operativo in tempo reale

Vantaggi dell'RTOS

• Consumo massimo: Massimo utilizzo di dispositivi e sistemi, quindi maggiore rendimento da tutte le risorse.
• Spostamento delle attività: Il tempo assegnato per lo spostamento delle attività in questi sistemi è molto inferiore. Ad esempio, nei sistemi più vecchi occorrono circa 10 microsecondi per passare da un'attività all'altra e nei sistemi più recenti occorrono 3 microsecondi.
• Focus sull'applicazione: Concentrarsi sulle applicazioni in esecuzione e meno importanza sulle applicazioni in coda.
• Tempo reale sistema operativo dentro IL sistema incorporato: Poiché la dimensione dei programmi è ridotta, RTOS può essere utilizzato anche in sistemi embedded come nei trasporti e altri.
• Senza errori: Questi tipi di sistemi sono privi di errori.
• Allocazione della memoria: L'allocazione della memoria è gestita al meglio in questi tipi di sistemi.

Svantaggi dell'RTOS

• Compiti limitati: Pochissime attività vengono eseguite contemporaneamente e la loro concentrazione è molto minore su poche applicazioni per evitare errori.
• Utilizza risorse di sistema pesanti: A volte le risorse di sistema non sono così buone e sono anche costose.
• Algoritmi complessi: Gli algoritmi sono molto complessi e difficili da scrivere per il progettista.
• Driver del dispositivo e segnali di interruzione: Sono necessari driver di dispositivo specifici e segnali di interruzione per rispondere prima agli interrupt.
• Priorità discussione: Non è opportuno impostare la priorità del thread poiché questi sistemi sono molto meno inclini a cambiare attività.

Esempi di sistemi operativi in ​​tempo reale sono Esperimenti scientifici, sistemi di imaging medico, sistemi di controllo industriale, sistemi d'arma, robot, sistemi di controllo del traffico aereo, ecc.