前提条件: オペレーティング システムとは何ですか?
オペレーティング システムは、ファイル、プロセス、メモリの管理などの基本的なタスクをすべて実行します。したがって、オペレーティング システムはすべてのリソースのマネージャーとして機能します。 リソースマネージャー 。したがって、オペレーティング システムはユーザーとマシンの間のインターフェイスになります。これは、デバイスに存在する最も必要なソフトウェアの 1 つです。
オペレーティング システムは、システム プログラムとハードウェア間のインターフェイスとして機能するソフトウェアの一種です。オペレーティング システムにはいくつかの種類があり、その多くを以下に示します。それらを見てみましょう。
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オペレーティング システムの種類
オペレーティング システムにはいくつかの種類があります。以下に説明します。
- バッチオペレーティングシステム
- マルチプログラミングシステム
- マルチプロセッシングシステム
- マルチタスク オペレーティング システム
- タイムシェアリングオペレーティングシステム
- 分散オペレーティングシステム
- ネットワークオペレーティングシステム
- リアルタイムオペレーティングシステム
1. バッチオペレーティングシステム
このタイプのオペレーティング システムは、コンピュータと直接対話しません。同じ要件を持つ同様のジョブを取得し、それらをバッチにグループ化するオペレーターがあります。同様のニーズを持つジョブを分類するのはオペレーターの責任です。
バッチオペレーティングシステム
バッチオペレーティングシステムの利点
- 複数のユーザーがバッチ システムを共有できます。
- バッチ システムのアイドル時間は非常に短くなります。
- バッチシステムでは、繰り返し行われる大規模な作業を管理するのが簡単です。
バッチ オペレーティング システムの欠点
- コンピュータのオペレータはバッチ システムに精通している必要があります。
- バッチ システムはデバッグが困難です。
- 費用がかかる場合もあります。
- いずれかのジョブが失敗すると、他のジョブは不明な時間待機する必要があります。
- バッチ オペレーティング システムでは、ジョブがキューにあるときにジョブの処理時間を正確に予測するのは一般に困難です。
- ジョブがキューにあるときに、ジョブが完了するまでに必要な正確な時間を正確に予測することは困難です。
バッチ オペレーティング システムの例: 給与システム、銀行取引明細書など
2. マルチプログラミングオペレーティングシステム
マルチプログラミング オペレーティング システム これは、メイン メモリに複数のプログラムが存在し、そのうちの 1 つを実行し続けることができるため、簡単に説明できます。これは基本的に、リソースをより適切に実行するために使用されます。
マルチプログラミング
マルチプログラミング オペレーティング システムの利点
- マルチプログラミングにより、システムのスループットが向上します。
- 応答時間の短縮に役立ちます。
マルチプログラミング オペレーティング システムの欠点
- ユーザーがシステム リソースとシステムを対話するための機能はありません。
3. マルチプロセッシングオペレーティングシステム
マルチプロセッシングオペレーティングシステム リソースの実行に複数の CPU が使用されるオペレーティング システムの一種です。システムのスループットが向上します。
マルチプロセッシング
マルチプロセッシングオペレーティングシステムの利点
- システムのスループットが向上します。
- 複数のプロセッサを搭載しているため、1 つのプロセッサに障害が発生しても、別のプロセッサで続行できます。
マルチプロセッシング オペレーティング システムの欠点
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- 複数の CPU があるため、より複雑になり、理解するのが難しくなる場合があります。
4. マルチタスクオペレーティングシステム
マルチタスク オペレーティング システムは、ラウンドロビン スケジューリング アルゴリズムの機能を備えたマルチプログラミング オペレーティング システムです。複数のプログラムを同時に実行できます。
マルチタスク システムには、以下に示す 2 つのタイプがあります。
- プリエンプティブなマルチタスク
- 協調的なマルチタスク
マルチタスク
マルチタスク オペレーティング システムの利点
- マルチタスクオペレーティングシステムでは、複数のプログラムを同時に実行できます。
- 適切なメモリ管理が付属しています。
マルチタスク オペレーティング システムの欠点
- 重いプログラムを複数回実行すると、システムが発熱します。
5. タイムシェアリングオペレーティングシステム
すべてのタスクがスムーズに動作するように、各タスクの実行にはある程度の時間が与えられます。各ユーザーは単一のシステムを使用するため、CPU の時間を取得します。これらのシステムはマルチタスク システムとも呼ばれます。タスクは 1 人のユーザーから行うことも、別のユーザーから行うこともできます。各タスクの実行時間はクォンタムと呼ばれます。この時間が経過すると、OS は次のタスクに切り替わります。
アップキャスト
タイムシェアリングOS
タイムシェアリングOSのメリット
- 各タスクには平等な機会が与えられます。
- ソフトウェアが重複する可能性が低くなります。
- CPUのアイドル時間を短縮できます。
- リソース共有: タイムシェアリング システムにより、複数のユーザーが CPU、メモリ、周辺機器などのハードウェア リソースを共有できるため、ハードウェアのコストが削減され、効率が向上します。
- 生産性の向上: タイムシェアリングにより、ユーザーは同時に作業できるため、コンピューターを使用する順番までの待ち時間が短縮されます。この生産性の向上により、より多くの作業をより短い時間で完了できるようになります。
- ユーザー エクスペリエンスの向上: タイム シェアリングにより、ユーザーがコンピュータとリアルタイムで通信できる対話型環境が提供され、バッチ処理よりも優れたユーザー エクスペリエンスが提供されます。
タイムシェアリングOSのデメリット
- 信頼性の問題。
- ユーザープログラムとデータのセキュリティと整合性を管理する必要があります。
- データ通信に問題があります。
- 高いオーバーヘッド: タイムシェアリング システムは、複数のユーザーのサポートに伴うスケジューリング、コンテキストの切り替え、その他のオーバーヘッドが必要なため、他のオペレーティング システムよりもオーバーヘッドが高くなります。
- 複雑さ: タイムシェアリング システムは複雑で、複数のユーザーを同時に管理するには高度なソフトウェアが必要です。この複雑さにより、バグやエラーが発生する可能性が高くなります。
- セキュリティ リスク: 複数のユーザーがリソースを共有すると、セキュリティ侵害のリスクが増加します。タイムシェアリング システムでは、データとソフトウェアのセキュリティを確保するために、ユーザーのアクセス、認証、認可を注意深く管理する必要があります。
タイムシェアリングOSの例と解説
- IBM VM/CMS : IBM VM/CMS は、1972 年に初めて導入されたタイムシェアリング オペレーティング システムです。現在でも使用されており、複数のユーザーがオペレーティング システムとアプリケーションの独自のインスタンスを実行できる仮想マシン環境を提供します。
- TSO (タイムシェアリングオプション) : TSO は、1960 年代に IBM が IBM System/360 メインフレーム コンピューター用に初めて導入したタイムシェアリング オペレーティング システムです。これにより、複数のユーザーが同じコンピュータに同時にアクセスし、独自のアプリケーションを実行できるようになりました。
- Windows ターミナル サービス : Windows ターミナル サービスは、複数のユーザーが Windows サーバーにリモート アクセスできるようにするタイムシェアリング オペレーティング システムです。ユーザーは独自のアプリケーションを実行し、プリンターやネットワーク ストレージなどの共有リソースにリアルタイムでアクセスできます。
6. 分散オペレーティングシステム
この種のオペレーティング システムは、コンピュータ テクノロジの世界における最近の進歩であり、世界中で広く受け入れられており、それも速いペースで進んでいます。自律的に相互接続されたさまざまなコンピューターが、共有通信ネットワークを使用して相互に通信します。独立したシステムは独自のメモリ ユニットと CPU を備えています。これらは次のように呼ばれます 疎結合システムまたは分散システム 。これらのシステムのプロセッサはサイズと機能が異なります。これらのタイプのオペレーティング システムを使用する主な利点は、あるユーザーが、実際には自分のシステムには存在しないが、このネットワーク内に接続されている他のシステムにあるファイルやソフトウェアにアクセスできることが常に可能であることです。つまり、ネットワーク内でリモート アクセスが有効になっているということです。そのネットワークに接続されているデバイス。
分散OS
分散オペレーティング システムの利点
- すべてのシステムは互いに独立しているため、一方の障害が他方のネットワーク通信に影響を与えることはありません。
- 電子メールによりデータ交換速度が向上します。
- リソースが共有されるため、計算は非常に高速で耐久性があります。
- ホストコンピュータの負荷が軽減されます。
- これらのシステムは、多くのシステムをネットワークに簡単に追加できるため、簡単に拡張できます。
- データ処理の遅延が減少します。
分散オペレーティング システムの欠点
- メインネットワークに障害が発生すると、通信全体が停止します。
- 分散システムを確立するには、まだ明確に定義されていない言語が使用されます。
- この種のシステムは非常に高価であるため、すぐには入手できません。基盤となるソフトウェアが非常に複雑で、まだよく理解されていないだけではありません。
分散オペレーティング システムの例は次のとおりです。 ローカスなど
分散 OS は次の問題に取り組む必要があります。
- ネットワーク化により、分散システムのノード間のデータ転送に遅延が発生します。このような遅延により、異なるノードにあるデータの表示に一貫性がなくなり、システム内で発生したイベントの時系列順序を知ることが困難になる可能性があります。
- スケジューリング、リソース割り当て、デッドロック検出などの制御機能は、計算の高速化を実現し、コンピューターやネットワーク コンポーネントに障害が発生した場合に信頼性の高い動作を提供するために、複数のノードで実行する必要があります。
- さまざまなノードに存在するプロセスによって交換されるメッセージは、パブリック ネットワーク上を移動し、分散オペレーティング システムによって制御されていないコンピュータ システムを通過する場合があります。侵入者はこの機能を悪用してメッセージを改ざんしたり、認証手順を欺いてシステムのユーザーになりすました偽のメッセージを作成したりする可能性があります。
7. ネットワークオペレーティングシステム
これらのシステムはサーバー上で実行され、データ、ユーザー、グループ、セキュリティ、アプリケーション、およびその他のネットワーク機能を管理する機能を提供します。これらのタイプのオペレーティング システムを使用すると、小規模なプライベート ネットワーク経由でファイル、プリンタ、セキュリティ、アプリケーション、およびその他のネットワーク機能に共有アクセスできます。ネットワーク オペレーティング システムのもう 1 つの重要な側面は、すべてのユーザーが、ネットワーク内の他のすべてのユーザーの基礎となる構成、個々の接続などをよく認識していることです。そのため、これらのコンピューターは一般に次のように知られています。 密結合システム 。
ネットワークオペレーティングシステム
ダイアナ・アンクディノワ
ネットワークオペレーティングシステムの利点
- 安定性の高い集中型サーバー。
- セキュリティ上の懸念はサーバーを通じて処理されます。
- 新しいテクノロジーとハードウェアのアップグレードはシステムに簡単に統合できます。
- さまざまな場所や種類のシステムからリモートでサーバーにアクセスできます。
ネットワーク オペレーティング システムの欠点
- サーバーにはコストがかかります。
- ユーザーはほとんどの操作を中央の場所に依存する必要があります。
- 定期的にメンテナンスとアップデートが必要です。
ネットワーク オペレーティング システムの例は次のとおりです。 Microsoft Windows Server 2003、Microsoft Windows Server 2008、UNIX、Linux、Mac OS X、Novell NetWare、BSD など。
8. リアルタイムオペレーティングシステム
これらのタイプの OS はリアルタイム システムに機能します。入力の処理と応答に必要な時間間隔は非常に短いです。この時間間隔を次のように呼びます。 反応時間 。
リアルタイムシステム ミサイルシステム、航空交通管制システム、ロボットなど、非常に厳しい時間要件がある場合に使用されます。
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リアルタイム オペレーティング システムの種類
- ハードリアルタイムシステム:
ハード リアルタイム OS は、時間の制約が非常に厳しく、可能な限り短い遅延さえも許容できないアプリケーション向けに設計されています。これらのシステムは、自動パラシュートやエアバッグのように人命を救うために構築されており、事故の際にすぐに利用できることが必要です。これらのシステムでは仮想メモリがほとんど見られません。 - ソフトリアルタイムシステム:
これらの OS は、時間制約がそれほど厳しくないアプリケーション向けです。
詳細については、を参照してください。 ハードリアルタイムOSとソフトリアルタイムOSの違い 。
リアルタイムオペレーティングシステム
RTOSの利点
- 最大消費量: デバイスとシステムを最大限に活用し、すべてのリソースからより多くの出力を得ることができます。
- タスクシフト: これらのシステムでは、タスクの変更に割り当てられる時間は非常に短くなります。たとえば、古いシステムでは、あるタスクから別のタスクに移行するのに約 10 マイクロ秒かかりますが、最新のシステムでは 3 マイクロ秒かかります。
- アプリケーションに焦点を当てる: 実行中のアプリケーションに重点を置き、キュー内のアプリケーションの重要性は低くなります。
- リアルタイム のオペレーティングシステム の 組み込みシステム: プログラムのサイズが小さいため、RTOS はトランスポートなどの組み込みシステムでも使用できます。
- エラーなし: この種のシステムにはエラーがありません。
- メモリ割り当て: メモリ割り当ては、この種のシステムで最もよく管理されます。
RTOSの欠点
- 限定されたタスク: 同時に実行されるタスクはほとんどなく、エラーを避けるためにいくつかのアプリケーションにタスクが集中することはほとんどありません。
- 大量のシステム リソースを使用します。 場合によっては、システム リソースがそれほど優れておらず、高価であることもあります。
- 複雑なアルゴリズム: アルゴリズムは非常に複雑で、設計者が記述するのは困難です。
- デバイスドライバーと割り込み信号: 割り込みに最も早く応答するには、特定のデバイス ドライバーと割り込み信号が必要です。
- スレッドの優先順位: これらのシステムはタスクを切り替える傾向が非常に低いため、スレッドの優先順位を設定することは適切ではありません。
リアルタイム オペレーティング システムの例は次のとおりです。 科学実験、医療画像システム、産業用制御システム、兵器システム、ロボット、航空管制システムなど