I sistemi operativi esistono fin dalla prima generazione di computer e continuano ad evolversi col tempo. In questo capitolo, discuteremo alcuni dei tipi importanti di sistemi operativi che sono più comunemente usati.
Sistema operativo batch
Gli utenti di un sistema operativo batch non interagiscono direttamente con il computer. Ogni utente prepara il suo lavoro su un dispositivo off-line come le schede perforate e lo sottopone all’operatore del computer. Per accelerare l’elaborazione, i lavori con esigenze simili sono raggruppati insieme ed eseguiti come un gruppo. I programmatori lasciano i loro programmi all’operatore e l’operatore ordina i programmi con requisiti simili in lotti.
I problemi con i sistemi batch sono i seguenti –
- Mancanza di interazione tra l’utente e il lavoro.
- La CPU è spesso inattiva, perché la velocità dei dispositivi meccanici di I/O è più lenta della CPU.
- Difficile fornire la priorità desiderata.
Sistemi operativi time-sharing
Il time-sharing è una tecnica che permette a molte persone, situate in diversi terminali, di usare un particolare sistema informatico allo stesso tempo. Il time-sharing o multitasking è un’estensione logica della multiprogrammazione. Il tempo del processore che è condiviso tra più utenti simultaneamente è chiamato time-sharing.
La differenza principale tra i sistemi batch multiprogrammati e i sistemi time-sharing è che nel caso dei sistemi batch multiprogrammati, l’obiettivo è quello di massimizzare l’uso del processore, mentre nei sistemi time-sharing, l’obiettivo è quello di minimizzare il tempo di risposta.
L’esecuzione di più lavori è eseguita dalla CPU passando da uno all’altro, ma gli switch avvengono così frequentemente. Così, l’utente può ricevere una risposta immediata. Per esempio, in un’elaborazione delle transazioni, il processore esegue ogni programma utente in un breve burst o quantum di calcolo. Cioè, se sono presenti n utenti, allora ogni utente può ottenere un quantum di tempo. Quando l’utente invia il comando, il tempo di risposta è in pochi secondi al massimo.
Il sistema operativo usa la programmazione della CPU e la multiprogrammazione per fornire ad ogni utente una piccola porzione di tempo. I sistemi di computer che sono stati progettati principalmente come sistemi batch sono stati modificati in sistemi time-sharing.
Gli svantaggi dei sistemi operativi timesharing sono i seguenti –
- Fornisce il vantaggio di una risposta rapida.
- Evita la duplicazione del software.
- Riduce il tempo inattivo della CPU.
Gli svantaggi dei sistemi operativi time-sharing sono i seguenti –
- Problema di affidabilità.
- Questione di sicurezza e integrità dei programmi utente e dei dati.
- Problema della comunicazione dei dati.
Sistema operativo distribuito
I sistemi distribuiti usano più processori centrali per servire più applicazioni in tempo reale e più utenti. I lavori di elaborazione dei dati sono distribuiti tra i processori di conseguenza.
I processori comunicano tra loro attraverso varie linee di comunicazione (come bus ad alta velocità o linee telefoniche). Questi sono indicati come sistemi liberamente accoppiati o sistemi distribuiti. I processori in un sistema distribuito possono variare in dimensioni e funzioni. Questi processori sono chiamati siti, nodi, computer, e così via.
I vantaggi dei sistemi distribuiti sono i seguenti –
- Con la struttura di condivisione delle risorse, un utente in un sito può essere in grado di utilizzare le risorse disponibili in un altro.
- Accelerare lo scambio di dati tra di loro tramite posta elettronica.
- Se un sito fallisce in un sistema distribuito, i siti rimanenti possono potenzialmente continuare a funzionare.
- Migliore servizio ai clienti.
- Riduzione del carico sul computer host.
- Riduzione dei ritardi nell’elaborazione dei dati.
Sistema operativo di rete
Un sistema operativo di rete gira su un server e fornisce al server la capacità di gestire dati, utenti, gruppi, sicurezza, applicazioni e altre funzioni di rete. Lo scopo principale del sistema operativo di rete è di permettere l’accesso condiviso a file e stampanti tra più computer in una rete, tipicamente una rete locale (LAN), una rete privata o altre reti.
Esempi di sistemi operativi di rete includono Microsoft Windows Server 2003, Microsoft Windows Server 2008, UNIX, Linux, Mac OS X, Novell NetWare e BSD.
I vantaggi dei sistemi operativi di rete sono i seguenti –
- I server centralizzati sono altamente stabili.
- La sicurezza è gestita dal server.
- Gli aggiornamenti a nuove tecnologie e hardware possono essere facilmente integrati nel sistema.
- L’accesso remoto ai server è possibile da diversi luoghi e tipi di sistemi.
Gli svantaggi dei sistemi operativi di rete sono i seguenti –
- Alto costo di acquisto e gestione di un server.
- Dipendenza da una posizione centrale per la maggior parte delle operazioni.
- Sono necessari manutenzione e aggiornamenti regolari.
Sistema operativo in tempo reale
Un sistema in tempo reale è definito come un sistema di elaborazione dati in cui l’intervallo di tempo necessario per elaborare e rispondere agli input è così piccolo da controllare l’ambiente. Il tempo impiegato dal sistema per rispondere a un input e visualizzare le informazioni aggiornate richieste è definito come tempo di risposta. Quindi, in questo metodo, il tempo di risposta è molto inferiore rispetto all’elaborazione online.
I sistemi in tempo reale sono usati quando ci sono requisiti di tempo rigidi sul funzionamento di un processore o sul flusso di dati e i sistemi in tempo reale possono essere usati come un dispositivo di controllo in un’applicazione dedicata. Un sistema operativo in tempo reale deve avere vincoli di tempo ben definiti e fissi, altrimenti il sistema fallirà. Per esempio, esperimenti scientifici, sistemi di imaging medico, sistemi di controllo industriale, sistemi di armi, robot, sistemi di controllo del traffico aereo, ecc.
Ci sono due tipi di sistemi operativi in tempo reale.
Sistemi in tempo reale duri
I sistemi in tempo reale duri garantiscono che i compiti critici siano completati in tempo. Nei sistemi hard real-time, la memoria secondaria è limitata o assente e i dati sono memorizzati nella ROM. In questi sistemi, la memoria virtuale non si trova quasi mai.
Sistemi soft real-time
I sistemi soft real-time sono meno restrittivi. Un compito critico in tempo reale ottiene la priorità sugli altri compiti e mantiene la priorità fino al suo completamento. I sistemi soft real-time hanno un’utilità limitata rispetto ai sistemi hard real-time. Per esempio, multimedia, realtà virtuale, progetti scientifici avanzati come l’esplorazione sottomarina e i rover planetari, ecc.