Käyttöjärjestelmiä on ollut olemassa jo ensimmäisestä tietokonesukupolvesta lähtien, ja ne kehittyvät jatkuvasti ajan myötä. Tässä luvussa käsitellään eräitä tärkeitä käyttöjärjestelmätyyppejä, joita käytetään yleisimmin.
Sarjakäyttöjärjestelmä
Sarjakäyttöjärjestelmän käyttäjät eivät ole suoraan vuorovaikutuksessa tietokoneen kanssa. Kukin käyttäjä valmistelee työnsä offline-laitteella, kuten reikäkorteilla, ja toimittaa sen tietokoneen käyttäjälle. Käsittelyn nopeuttamiseksi työt, joilla on samanlaiset tarpeet, yhdistetään ja ajetaan ryhmänä. Ohjelmoijat jättävät ohjelmansa operaattorille, ja operaattori lajittelee sitten ohjelmat, joilla on samankaltaiset vaatimukset, eriin.
Eräjärjestelmien ongelmat ovat seuraavat –
- Vuorovaikutuksen puute käyttäjän ja työn välillä.
- CPU on usein toimettomana, koska mekaanisten I/O-laitteiden nopeus on hitaampi kuin CPU:n.
- Haluttua prioriteettia on vaikea antaa.
Ajan jakavat käyttöjärjestelmät
Ajan jakaminen on tekniikka, jonka avulla useat eri päätelaitteissa olevat henkilöt voivat käyttää tiettyä tietokonejärjestelmää samanaikaisesti. Ajanjako eli multitasking on moniohjelmoinnin looginen jatke. Prosessorin aikaa, joka jaetaan usean käyttäjän kesken samanaikaisesti, kutsutaan ajan jakamiseksi.
Moniohjelmoitujen eräjärjestelmien ja ajanjakojärjestelmien pääasiallinen ero on se, että moniohjelmoitujen eräjärjestelmien tapauksessa tavoitteena on maksimoida prosessorin käyttö, kun taas ajanjakojärjestelmissä tavoitteena on minimoida vasteaika.
Moniohjelmoituja töitä suoritetaan suorittimella siirtymällä niiden välillä, mutta siirtymiset tapahtuvat niin usein. Näin käyttäjä voi saada välittömän vastauksen. Esimerkiksi tapahtumankäsittelyssä prosessori suorittaa jokaisen käyttäjäohjelman lyhyessä laskentapurkauksessa tai -kvantissa. Toisin sanoen, jos käyttäjiä on n, kukin käyttäjä voi saada aikakvantin. Kun käyttäjä lähettää komennon, vastausaika on korkeintaan muutama sekunti.
Käyttöjärjestelmä käyttää suorittimen aikataulutusta ja moniohjelmointia, jotta jokaiselle käyttäjälle voidaan antaa pieni aikakvantti. Tietokonejärjestelmät, jotka on suunniteltu ensisijaisesti eräjärjestelmiksi, on muutettu ajanjakojärjestelmiksi.
Ajanjakokäyttöjärjestelmien edut ovat seuraavat –
- Tarjoaa nopean vastauksen edun.
- Vältää ohjelmistojen päällekkäisyyttä.
- Vähentää suorittimen joutokäyntiä.
Ajan jakavien käyttöjärjestelmien haitat ovat seuraavat –
- Luotettavuusongelma.
- Kysymys käyttäjäohjelmien ja tietojen turvallisuudesta ja eheydestä.
- Tiedonsiirron ongelma.
Hajautettu käyttöjärjestelmä
Hajautetuissa järjestelmissä käytetään useita keskusprosessoreita palvelemaan useita reaaliaikaisia sovelluksia ja useita käyttäjiä. Tietojenkäsittelytehtävät jaetaan prosessoreiden kesken vastaavasti.
Prosessorit kommunikoivat keskenään erilaisten tiedonsiirtolinjojen (kuten nopeiden väylien tai puhelinlinjojen) välityksellä. Näitä kutsutaan löyhästi kytketyiksi järjestelmiksi tai hajautetuiksi järjestelmiksi. Hajautetun järjestelmän prosessorit voivat vaihdella kooltaan ja toiminnoiltaan. Näihin prosessoreihin viitataan nimillä sivustot, solmut, tietokoneet ja niin edelleen.
Hajautettujen järjestelmien edut ovat seuraavat –
- Resurssien jakamismahdollisuuden ansiosta yhden sivuston käyttäjä voi käyttää toisessa sivustossa käytettävissä olevia resursseja.
- parempi palvelu asiakkaille.
- isäntäkoneen kuormituksen vähentäminen.
- tiedonkäsittelyn viiveiden vähentäminen.
Nopeuttaa tietojen vaihtoa toistensa kanssa sähköisen postin välityksellä. Mikäli hajautettuun järjestelmään tulee yksi sivusto epäkuntoon, jäljelle jäävät sivustot pystyvät potentiaalisesti jatkamaan toimintaansa.
Verkko-käyttöjärjestelmä
Verkko-käyttöjärjestelmä toimii palvelimella, ja se antaa palvelimelle valmiudet hallinnoida tietoja, käyttäjiä, ryhmiä, tietoturvaa, sovelluksia ja muita verkkotoimintoja. Verkkokäyttöjärjestelmän ensisijainen tarkoitus on mahdollistaa jaettu tiedostojen ja tulostimien käyttö useiden tietokoneiden kesken verkossa, tyypillisesti lähiverkossa (LAN), yksityisessä verkossa tai muissa verkoissa.
Esimerkkejä verkkokäyttöjärjestelmistä ovat Microsoft Windows Server 2003, Microsoft Windows Server 2008, UNIX, Linux, Mac OS X, Novell NetWare ja BSD.
Verkkokäyttöjärjestelmien edut ovat seuraavat –
- Keskitetyt palvelimet ovat erittäin vakaita.
- Turvallisuus on palvelinohjattua.
- Uuden tekniikan ja laitteiston päivitykset voidaan integroida järjestelmään helposti.
- Palvelimien etäkäyttö on mahdollista eri paikoista ja järjestelmätyypeistä.
Verkko-käyttöjärjestelmien haitat ovat seuraavat –
- Palvelimen hankinta- ja käyttökustannukset ovat korkeat. Riippuvuus keskitetystä sijaintipaikasta suurimmassa osassa toimintoja.
- Tarvitaan säännöllistä ylläpitoa ja päivityksiä.
Todenaikainen käyttöjärjestelmä
Todenaikainen järjestelmä määritellään tietojenkäsittelyjärjestelmäksi, jossa syötteiden käsittelyyn ja niihin vastaamiseen tarvittava aikaväli on niin pieni, että se hallitsee ympäristöä. Aikaa, joka järjestelmältä kuluu syötteeseen vastaamiseen ja tarvittavan päivitetyn tiedon näyttämiseen, kutsutaan vasteajaksi. Tässä menetelmässä vasteaika on siis hyvin lyhyt verrattuna online-käsittelyyn.
Reaaliaikaisia järjestelmiä käytetään silloin, kun prosessorin toiminnalle tai tietovirralle asetetaan jäykkiä aikavaatimuksia, ja reaaliaikaisia järjestelmiä voidaan käyttää ohjauslaitteena erityissovelluksessa. Reaaliaikaisella käyttöjärjestelmällä on oltava hyvin määritellyt, kiinteät aikarajoitukset, muuten järjestelmä epäonnistuu. Esimerkiksi tieteelliset kokeet, lääketieteelliset kuvantamisjärjestelmät, teollisuuden ohjausjärjestelmät, asejärjestelmät, robotit, lennonjohtojärjestelmät jne.
Todenaikaisia käyttöjärjestelmiä on kahta tyyppiä.
Kovat reaaliaikaiset järjestelmät
Kovat reaaliaikaiset järjestelmät takaavat, että kriittiset tehtävät valmistuvat ajallaan. Kovissa reaaliaikajärjestelmissä toissijainen tallennustila on rajallinen tai puuttuu kokonaan, ja tiedot tallennetaan ROM-muistiin. Näissä järjestelmissä virtuaalimuistia ei löydy juuri koskaan.
Pehmeät reaaliaikajärjestelmät
Pehmeät reaaliaikajärjestelmät ovat vähemmän rajoittavia. Kriittinen reaaliaikainen tehtävä saa etusijan muihin tehtäviin nähden ja säilyttää etusijan, kunnes se valmistuu. Pehmeiden reaaliaikajärjestelmien hyöty on rajoitetumpi kuin kovien reaaliaikajärjestelmien. Esimerkiksi multimedia, virtuaalitodellisuus, pitkälle kehitetyt tieteelliset hankkeet, kuten merenalainen tutkimus ja planeettakulkuneuvot, jne.