Betriebssysteme gibt es seit der allerersten Computergeneration und sie entwickeln sich mit der Zeit weiter. In diesem Kapitel werden wir einige der wichtigsten Arten von Betriebssystemen besprechen, die am häufigsten verwendet werden.
Batch-Betriebssystem
Die Benutzer eines Batch-Betriebssystems interagieren nicht direkt mit dem Computer. Jeder Benutzer bereitet seinen Auftrag auf einem Offline-Gerät (z.B. Lochkarten) vor und gibt ihn an den Computerbediener weiter. Um die Verarbeitung zu beschleunigen, werden Aufträge mit ähnlichen Anforderungen zu Stapeln zusammengefasst und als Gruppe ausgeführt. Die Programmierer überlassen ihre Programme dem Operator, und dieser sortiert die Programme mit ähnlichen Anforderungen in Batches.
Die Probleme mit Batch-Systemen sind folgende: –
- Mangel an Interaktion zwischen dem Benutzer und dem Job.
- CPU ist oft im Leerlauf, weil die Geschwindigkeit der mechanischen E/A-Geräte langsamer ist als die CPU.
- Schwierig, die gewünschte Priorität einzurichten.
Time-Sharing-Betriebssysteme
Time-Sharing ist eine Technik, die es vielen Personen, die sich an verschiedenen Terminals befinden, ermöglicht, ein bestimmtes Computersystem zur gleichen Zeit zu benutzen. Time-Sharing oder Multitasking ist eine logische Erweiterung der Multiprogrammierung. Die Prozessorzeit, die von mehreren Benutzern gleichzeitig genutzt wird, wird als Time-Sharing bezeichnet.
Der Hauptunterschied zwischen multiprogrammierten Batch-Systemen und Time-Sharing-Systemen besteht darin, dass bei multiprogrammierten Batch-Systemen das Ziel darin besteht, die Prozessornutzung zu maximieren, während bei Time-Sharing-Systemen das Ziel darin besteht, die Antwortzeit zu minimieren.
Mehrere Jobs werden von der CPU ausgeführt, indem zwischen ihnen umgeschaltet wird, aber die Umschaltungen erfolgen so häufig. So kann der Benutzer eine sofortige Antwort erhalten. Bei einer Transaktionsverarbeitung beispielsweise führt der Prozessor jedes Benutzerprogramm in einem kurzen Rechenstoß oder -quantum aus. Das heißt, wenn n Benutzer anwesend sind, dann kann jeder Benutzer ein Zeitquantum erhalten. Wenn der Benutzer den Befehl abgibt, beträgt die Antwortzeit höchstens ein paar Sekunden.
Das Betriebssystem verwendet CPU-Scheduling und Multiprogramming, um jedem Benutzer einen kleinen Teil der Zeit zur Verfügung zu stellen. Computersysteme, die in erster Linie als Batch-Systeme konzipiert waren, wurden zu Time-Sharing-Systemen umgestaltet.
Vorteile von Timesharing-Betriebssystemen sind folgende: –
- Bietet den Vorteil einer schnellen Antwort.
- Vermeidet die Duplizierung von Software.
- Verringert die CPU-Liegezeit.
Nachteile von Time-Sharing-Betriebssystemen sind: –
- Problem der Zuverlässigkeit.
- Problem der Sicherheit und Integrität von Benutzerprogrammen und Daten.
- Problem der Datenkommunikation.
Verteiltes Betriebssystem
Die verteilten Systeme verwenden mehrere zentrale Prozessoren, um mehrere Echtzeitanwendungen und mehrere Benutzer zu bedienen. Die Datenverarbeitungsaufgaben werden entsprechend auf die Prozessoren verteilt.
Die Prozessoren kommunizieren miteinander über verschiedene Kommunikationsleitungen (wie Hochgeschwindigkeitsbusse oder Telefonleitungen). Diese werden als lose gekoppelte Systeme oder verteilte Systeme bezeichnet. Die Prozessoren in einem verteilten System können sich in Größe und Funktion unterscheiden. Diese Prozessoren werden als Standorte, Knoten, Computer usw. bezeichnet.
Die Vorteile verteilter Systeme sind folgende:
- Mit der Möglichkeit der gemeinsamen Nutzung von Ressourcen kann ein Benutzer an einem Standort die an einem anderen verfügbaren Ressourcen nutzen.
- Beschleunigung des Datenaustauschs über elektronische Post.
- Fällt in einem verteilten System ein Standort aus, können die übrigen Standorte möglicherweise weiterarbeiten.
- Besserer Service für die Kunden.
- Verringerung der Belastung des Host-Computers.
- Verringerung von Verzögerungen bei der Datenverarbeitung.
Netzwerkbetriebssystem
Ein Netzwerkbetriebssystem läuft auf einem Server und bietet dem Server die Möglichkeit, Daten, Benutzer, Gruppen, Sicherheit, Anwendungen und andere Netzwerkfunktionen zu verwalten. Der Hauptzweck des Netzwerkbetriebssystems besteht darin, den gemeinsamen Datei- und Druckerzugriff mehrerer Computer in einem Netzwerk zu ermöglichen, typischerweise in einem lokalen Netzwerk (LAN), einem privaten Netzwerk oder in anderen Netzwerken.
Beispiele für Netzwerkbetriebssysteme sind Microsoft Windows Server 2003, Microsoft Windows Server 2008, UNIX, Linux, Mac OS X, Novell NetWare und BSD.
Die Vorteile von Netzwerkbetriebssystemen sind wie folgt –
- Zentrale Server sind sehr stabil.
- Die Sicherheit wird vom Server verwaltet.
- Aufrüstungen auf neue Technologien und Hardware können leicht in das System integriert werden.
- Fernzugriff auf Server ist von verschiedenen Standorten und Systemtypen aus möglich.
Nachteile von Netzwerkbetriebssystemen sind: –
- Hohe Kosten für die Anschaffung und den Betrieb eines Servers.
- Abhängigkeit von einem zentralen Standort für die meisten Vorgänge.
- Regelmäßige Wartung und Updates sind erforderlich.
Echtzeitbetriebssystem
Ein Echtzeitsystem ist definiert als ein Datenverarbeitungssystem, bei dem das Zeitintervall, das zur Verarbeitung und Reaktion auf Eingaben erforderlich ist, so klein ist, dass es die Umgebung kontrolliert. Die Zeit, die das System benötigt, um auf eine Eingabe zu reagieren und die erforderlichen aktualisierten Informationen anzuzeigen, wird als Reaktionszeit bezeichnet. Bei dieser Methode ist die Antwortzeit also sehr viel kürzer als bei der Online-Verarbeitung.
Echtzeitsysteme werden eingesetzt, wenn starre zeitliche Anforderungen an den Betrieb eines Prozessors oder den Datenfluss bestehen, und Echtzeitsysteme können als Steuergerät in einer speziellen Anwendung verwendet werden. Ein Echtzeitbetriebssystem muss genau definierte, feste Zeitvorgaben haben, sonst versagt das System. Zum Beispiel wissenschaftliche Experimente, medizinische Bildgebungssysteme, industrielle Kontrollsysteme, Waffensysteme, Roboter, Flugsicherungssysteme usw.
Es gibt zwei Arten von Echtzeitbetriebssystemen.
Harte Echtzeitsysteme
Harte Echtzeitsysteme garantieren, dass kritische Aufgaben rechtzeitig abgeschlossen werden. In harten Echtzeitsystemen ist der sekundäre Speicher begrenzt oder fehlt ganz und die Daten werden im ROM gespeichert. In diesen Systemen gibt es fast nie virtuellen Speicher.
Weiche Echtzeitsysteme
Weiche Echtzeitsysteme sind weniger restriktiv. Eine kritische Echtzeitaufgabe erhält Vorrang vor anderen Aufgaben und behält diesen Vorrang, bis sie abgeschlossen ist. Weiche Echtzeitsysteme haben einen geringeren Nutzen als harte Echtzeitsysteme. Zum Beispiel Multimedia, virtuelle Realität, fortgeschrittene wissenschaftliche Projekte wie die Erforschung der Unterwasserwelt und Planetenrover usw.