معرفی کامل مهمترین انواع سیستم‌عامل

یک سیستم‌عامل، به‌عنوان واسطی بین کاربر رایانه و سخت‌افزار رایانه عمل می‌کنه. هدف، یک سیستم‌عامل ارائه محیطی هست که کاربر در این محیط بتونه برنامه‌ها رو به‌راحتی و با کارایی بالا، اجرا کنه. انواع سیستم‌عامل در دستگاه‌ها و ابزارهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرن و کاربردهای مختص خودشون رو دارن. تو این مقاله قراره با انواع مهم‌ترین سیستم‌عامل‌ها آشنا بشیم. پس اگر دوست دارین با شاخص‌ترین و معروف‌ترین سیستم‌های عامل موجود در بازار آشنا بشین و به آموزش برنامه‌ نویسی علاقه دارین، به شما توصیه می‌کنم این مقاله رو حتماً تا انتها مطالعه کنین.

سیستم‌عامل چیه؟

خوب، قبل از توضیح در مورد انواع سیستم‌عامل، به نظرم باید اول سیستم‌عامل رو دقیق تعریف کنیم. سیستم‌عامل یک نرم‌افزار هست که سخت‌افزار کامپیوتر رو مدیریت می‌کنه. درواقع سیستم‌عامل، رابطی هست بین کاربر و سخت‌افزار کامپیوتر. سخت‌افزار باید سازوکارهای مناسبی رو برای تحقق عملیات صحیح سیستم کامپیوتر و جلوگیری از تداخل برنامه‌های کاربران فراهم کنه و باعث عملیات مناسب سیستم بشه. خلاصه‌این‌که، سیستم‌عامل، برنامه‌ای هست که همیشه روی کامپیوتر اجرا می‌شه (معمولاً کرنل نامیده می‌شه).

یک سیستم‌عامل با تخصیص منابع و سرویس‌ها مثل حافظه، پردازنده‌ها، دستگاه‌ها و اطلاعات سروکار داره. سیستم‌عامل دارای برنامه‌هایی برای مدیریت این منابع هست که ازجمله می‌شه به کنترل‌گر ترافیک، زمان‌بند، ماژول مدیریت حافظه، برنامه‌های I/O و فایل سیستم اشاره کرد.

تاریخچه سیستم‌عامل

برای معرفی انواع سیستم‌عامل، خوبه که با تاریخچه اون‌ها هم آشنا بشیم.

سیستم‌عامل دسته‌ای

یک سیستم‌عامل دسته‌ای یکی از انواع سیستم‌عامل هست که تمامی برنامه‌ها و داده‌ها رو به‌صورت دسته‌ای در نظر می‌گیره و پردازش می‌کنه. هدف اصلی استفاده از سیستم پردازش دسته‌ای، کاهش زمان راه‌اندازی با ارائه کارهای مشابه به CPU هست. تکنیک‌های پردازش دسته‌ای در هارددیسک و کارت‌خوان‌ها پیاده‌سازی شدن.

مزیت‌ها

• در یک سیستم دسته‌ای، کلیه کارها به‌صورت تکراری بدون مجوز کاربر، اجرا می شن.
• امکان تغذیه داده‌های ورودی در سیستم پردازش دسته‌ای بدون استفاده از اجزاء سخت‌افزاری اضافی وجود داره.
• کسب‌وکارهای کوچیک می‌تونن از سیستم‌های پردازش دسته‌ای برای اجرای وظایف محدود استفاده کنن.
• اشتراک‌گذاری سیستم دسته‌ای برای چندین کاربر، امکان پذیره
• سیستم پردازش دسته‌ای، زمان کمتری رو برای اجرای تمامی کارها مصرف می‌کنه
• سیستم‌های دسته‌ای، به‌سادگی قابلیت مدیریت کارهای بزرگ تکراری رو دارن.

معایب

• حسگرهای آنلاین سیستم پردازش دسته‌ای، غالباً در دسترس نیستن.
• خصوصیات این فرآیند با زمان متغیر هستن.
• سیستم‌های دسته‌ای بعضاً پرهزینه هستن.
• آموزش اپراتورهای کامپیوتر برای استفاده از سیستم‌های دسته‌ای ضروری هست.
• اگر هر مشکلی رخ بده، ممکنه هر عملیات وارد یک حلقه (لوپ) نامتناهی بشه.

مثال‌هایی از سیستم‌عامل دسته‌ای

• سیستم حقوق و دستمزد
• سیستم مدیریت فاکتورهای بانکی
• سیستم گزارش روزانه
• بخش تحقیقات

سیستم‌های عامل اشتراک زمانی

اشتراک زمانی، افزونه منطقی چندبرنامگی به‌عنوان یکی از انواع سیستم‌عامل هست. CPU چندین عملیات رو با سوییچ کردن اجرا می‌کنه، اما سوییچ‌ها به‌طور متناوب رخ می‌دن، به‌نحوی‌که کاربران می‌تونن با هر برنامه حین اجرای اون برنامه، وارد تعامل بشن. یک کامپیوتر تعاملی، ارتباط مستقیمی رو بین کاربر و سیستم ایجاد می‌کنه. کاربر دستورالعمل‌های مستقیمی رو به OS یا برنامه با استفاده از سخت‌افزار می‌ده و منتظر نتایج می‌مونه.

مزیت‌ها

• فرصت برابری برای تمامی وظیفه‌ها وجود داره
• تکثیر برنامه با احتمال کمتری انجام می‌شه.
• زمان عدم استفاده از CPU کاهش پیدا می‌کنه.

معایب

• مسئله قابلیت اطمینان
• لزوم ارزیابی صحت و امنیت برنامه‌ها و داده‌های کاربر
• مسئله ارتباط داده

مثال‌هایی از سیستم‌عامل اشتراک زمانی

• لینوکس
• یونیکس
• سرور ویندوز NT
• سرور ویندوز 2000

سیستم‌عامل توزیع شده

یک سیستم‌عامل توزیع شده، جزو پرکاربردترین انواع سیستم‌عامل هست و امکان توزیع کل سیستم‌ها رو در تعدادی از پردازنده‌های مرکزی ایجاد می‌کنه و برای چندین محصول واقعی و چندین کاربر، عمل می‌کنه. امکان اتصال تمامی پردازنده‌ها به‌وسیله محیط‌های ارتباطی معتبر مثل باس‌های پرسرعت و خطوط تلفن وجود داره و هر پردازنده حافظه محلی خودش رو به همراه پردازنده‌های محلی دیگر داره.

مزیت‌ها

• اشتراک‌گذاری کلیه منابع توسط یک سیستم‌عامل توزیع شده از یک محل به محل دیگر و امکان افزایش قابلیت دسترسی داده‌ها در کل سیستم.
• کاهش احتمال اختلال داده‌ها به دلیل تکرار تمامی داده‌ها در سراسر سایت‌ها
• عملیات مستقل کل سیستم نسبت به سیستم دیگر و در صورت اختلال یک سایت، کل سیستم دچار وقفه نمی‌شه. 
• سیستم‌عامل پراکنده، یک سیستم باز هست و امکان دسترسی به آن از مناطق محلی یا راه دور وجود داره.
• کاهش زمان پردازش داده

معایب

• دشوار بودن پیاده‌سازی پروتکل‌های امنیتی در یک سیستم‌عامل توزیع شده.
• پیچیده بودن پایگاه داده متصل به یک DOS و دشوار بودن مدیریت برخلاف یک سیستم تک‌کاربره.
• پیچیدگی فراوان نرم‌افزار اصلی و عدم امکان شناخت مناسب آن در مقایسه با سیستم‌های دیگه.
• هر چه قدر یک سیستم پراکنده گسترده‌تر باشه، تأخیر ارتباطی بیشتری هم قابل انتظاره.
• ممکنه سخت‌افزارهای جمع‌آوری، پردازش، ارائه و پایش که از معیارهای خوشه‌های بزرگ استفاده می‌کنن، مسئله بزرگی باشن.

مثال‌هایی از سیستم‌عامل توزیع شده

• سولاریس
• OSF/1
• میکروس
• DYNIX

سیستم‌عامل شبکه

یکی از رایج‌ترین انواع سیستم‌عامل، سیستم‌عامل شبکه هست که کاربردهای زیادی برای اتصال کامپیوترها و دستگاه‌ها به یک شبکه محلی یا شبکه منطقه‌ای داره. بعضی از مهم‌ترین سیستم‌های عامل شبکه شامل ویندوز NT/2000، نول نت ویر، لینوکس، یونیکس، سان سولاریس و IBM OS/2 هستن. اولین سیستم‌عامل شبکه، نول نت ویر هست که در سال 1893 عرضه شد. دو نوع اصلی سیستم‌عامل شبکه عبارت‌اند از:

سیستم‌های عامل شبکه همتا به همتا

این سیستم‌عامل به کاربران اجازه می‌دهد تا منابع شبکه ذخیره شده رو در یک مکان قابل‌دسترس و مناسب در شبکه، به اشتراک بذارن. در این معماری، تمامی دستگاه‌ها دارای قابلیت برابری هستن. معمولاً شبکه همتا به همتا، بهترین عملکرد رو برای LAN های کوچیک تا متوسط داره و قیمتش ارزون تر هست.

سیستم‌های عامل شبکه کلاینت سرور

توی این سیستم‌عامل، کاربران به منابع از طریق یک سرور، دسترسی دارن. تمامی وظایف و برنامه‌ها در یک فایل سرور یکپارچه شده و برای اجرای اقدامات کاربر صرف‌نظر از موقعیت فیزیکی، استفاده می شن.

مزیت‌ها

• سرورهای مرکزی بسیار پایدار
• مدیریت مسائل امنیتی از طریق سرورها
• یکپارچه‌سازی ساده فناوری‌ها و سخت‌افزارهای جدید در سیستم
• دسترسی سرور از راه دور نسبت به موقعیت‌های مکانی مختلف و با انواع سیستم‌ها

معایب

• پرهزینه بودن سرورها
• کاربر باید برای بیشتر عملیات، متکی به یک موقعیت مرکزی (محوری) باشه.
• نگهداری و به‌روزرسانی منظم، ضروری هست.

سیستم‌عامل‌های بلادرنگ

سیستم‌عامل بلادرنگ (RTOS) جزو انواع سیستم‌عامل رایج در برنامه‌های چند رشته‌ای هست که می‌تونه الزامات زمان بلادرنگ رو برآورده کنه. بیشتر RTOS ها دارای یک زمان‌بند، مدیریت منبع و درایورهای دستگاه هستن.

مزیت‌ها

• زمان‌بندی اولویت محور
• تهیه خلاصه‌ای از اطلاعات زمان‌بندی
• قابلیت نگهداری/ توسعه‌پذیری
• آزمایش ساده
• استفاده مجدد از کدها
• بهبود کارایی

معایب

• وظایف محدود
• استفاده از منابع سیستم سنگین
• الگوریتم‌های پیچیده
• درایور دستگاه و اختلال سیگنال‌ها

مثال‌هایی از سیستم‌عامل بلادرنگ

• سیستم‌های کنترل ترافیک خطوط هوایی
• سیستم‌های کنترل فرمان
• سیستم رزرو خطوط هوایی
• رباتیک
• سیستم‌های چندرسانه‌ای شبکه

سیستم‌عامل چندبرنامگی

یک سیستم‌عامل چندبرنامگی، قابلیت اجرای چندین برنامه رو روی یک کامپیوتر پردازنده داره. اگر یک برنامه منتظر انتقال I/O باشه، برنامه‌های دیگر، آماده استفاده از CPU هستن. درنتیجه، ممکنه عملیات مختلف زمان CPU رو به اشتراک بذاره. باوجوداین، اجرای وظایف اون‌ها در یک دوره زمانی تعریف نمی‌شه. از انواع سیستم‌عامل چندبرنامگی، می‌شه به دو نوع زیر اشاره کرد:

سیستم‌عامل چندوظیفه‌ای

این سیستم‌عامل، امکان اجرای هم‌زمان چندین برنامه رو فراهم می‌کنه. هنگام سوییچ شدن برنامه خارج از حافظه، به‌صورت موقت تا زمانی که دوباره لازم باشه، بر روی دیسک ذخیره می‌شه.

سیستم‌عامل چندکاربره

این سیستم‌عامل جزو انواع سیستم‌عامل مناسب برای اشتراک‌گذاری زمان پردازش توسط کاربران روی یک کامپیوتر مرکزی قدرتمند از پایانه‌های مختلف هست.

مزیت‌ها

• کمک به اجرای عملیات مختلف به‌صورت هم‌زمان در یک برنامه
• کمک به بهینه‌سازی توان عملیاتی کل کامپیوتر.
• استفاده هم‌زمان از سیستم چند برنامگی توسط کاربران مختلف.
• اجرای سریع وظایف کوتاه‌مدت در مقایسه با وظایف طولانی
• کمک به بهبود زمان عملیات در وظایف کوتاه‌مدت.

معایب

• پیچیدگی زیاد
• نیاز به زمان‌بندی CPU
• نیاز به مدیریت برنامه در سیستم‌عامل
• دشوار شدن وظیفه کنترل و مدیریت فرآیندها و وظایف

مثال‌هایی از سیستم‌عامل چندبرنامگی

• برنامه‌هایی مثل آفیس، کروم و غیره
• میکروکامپیوترهایی مثل MP/M, XENIX و ESQview
• O/S ویندوز
• O/S یونیکس

سیستم‌عامل دسکتاپ

برنامه کنترلی که در دستگاه کاربر اجرا می‌شه، سیستم دسکتاب نام داره. همچنین سیستم‌عامل کلاینت هم نامیده می‌شه. منظور از کلاینت، کامپیوتر در یک شبکه هست که کاربر می‌تونه وظایف یا فعالیت‌های خودش رو با اون در شبکه انجام بده. این سیستم‌عامل‌ها، کنترل کاملی نسبت به منابع ندارن اما از شبکه جهت دسترسی به منابع استفاده می‌کنن. سیستم‌عامل دسکتاپ، جزو مطرح‌ترین انواع سیستم‌عامل به شمار میاد.

مزیت‌ها

• متمرکز شدن منابع با قرارگیری منابع در یک محل مشترک
• مدیریت بهتر منابع با ذخیره‌سازی فایل‌ها در یک محل.
• دسترسی از راه دور به سرور
• امنیت بالا

معایب

• تراکم شبکه، چون درخواست‌های متعدد از کلاینت‌ها می‌تونه باعث مسدود شدن ترافیک شبکه بشه.
• عدم پایداری لازم معماری تقاضا و پاسخ در پردازش سنگین.
• در صورت خرابی سرور، کل سیستم دسکتاب متصل شده در شبکه، خراب می‌شه.
• پرهزینه بودن معماری این سیستم‌عامل

مثال‌هایی از سیستم‌عامل دسکتاپ

• ویندوز
• لینوکس
• یونیکس
• MAC OS
• MS-DOS
• فدورا
• QNX
• Ubuntu

سیستم‌عامل موبایل

سیستم‌عامل موبایل، جزو پرکاربردترین انواع سیستم‌عامل موبایل هست که به اجرای نرم‌افزارها و اپلیکیشن‌ها در دستگاه‌های موبایل کمک می‌کنه. این سیستم‌عامل در مقایسه با لینوکس یا ویندوز، در بعضی موارد، سبک‌تر و ساده‌تر هست. سیستم‌عامل‌های رایج روی گوشی‌ها، IOS، سیمبین OS، بلک بری OS، اندروید، ویندوز موبایل، Palm WebOS و Maemo هستن.

مزیت‌ها

• کارکرد پذیری راحت
• دارا بودن پلتفرم‌های متن‌باز
• ارائه اعلان موبایل

معایب

• ناپایداری
• کیفیت باتری کم
• عدم وجود توان رایانشی لازم

مثال‌هایی از انواع سیستم‌عامل موبایل

• اندروید
• IOS
• هارمونی OS
• PalmOS

خصوصیات انواع سیستم‌عامل

تو این قسمت، به مهم‌ترین ویژگی‌ها و خصوصیات انواع سیستم‌عامل اشاره می‌کنیم:

مدیریت دستگاه

سیستم‌عامل، سابقه عملکرد کلیه دستگاه‌ها رو ذخیره می‌کنه. بنابراین، به‌صورت یک کنترل‌گر ورودی/ خروجی عمل می‌کنه که در مورد فرآیند انجام شده روی دستگاه، زمان و مدت انجام عملیات، تصمیم‌گیری می‌کنه.

مدیریت فایل

سیستم‌عامل، منابع رو تخصیص می‌ده یا آزاد می‌کنه و در مورد این‌که منبع رو به چه قسمتی اختصاص بده، تصمیم می‌گیره.

حسابداری کارها

سیستم‌عامل، زمان و منابع مورد استفاده توسط کاربران یا کارهای مختلف رو ثبت می‌کنه.

کمک به کشف خطا

ازجمله این روش‌ها، می‌شه به تولید زباله‌ها، نشانه‌ها، پیام‌های خطا و انواع دیگه روش‌های اشکال‌زدایی و کشف خطا اشاره کرد.

مدیریت پردازنده

سیستم‌عامل، پردازنده رو به یک فرآیند تخصیص می‌ده و بعد، اگر در عملیات در حال انجام لازم نباشه، آزاد می‌کنه.

کنترل عملکرد سیستم

یکی از خصوصیات انواع سیستم‌عامل، قابلیت ثبت تأخیر بین درخواست یک سرویس و سیستم هست.

امنیت

سیستم‌عامل می‌تونه از دسترسی تائید نشده به برنامه‌ها و داده‌ها با استفاده از گذرواژه‌ها یا انواع تکنیک‌های حفاظتی، جلوگیری کنه.

توان عملیاتی

یک OS باید به نحوی ساخته بشه که حداکثر توان عملیاتی رو ایجاد کنه (تعداد وظایف در واحد زمان).

کارایی

یک سیستم‌عامل باعث می‌شه منابع سیستم کامپیوتر با کارایی مطلوب، استفاده بشن.

قابلیت ارتقا

 یک سیستم‌عامل باید به نحوی ارائه بشه که باعث توسعه مؤثر، آزمایش و ارائه قابلیت‌های جدید در سیستم بدون تداخل با سرویس بشه.

ویژگی‌های سیستم‌عامل

بدون تردید، نمی‌شه از ویژگی‌های مهم انواع سیستم‌عامل، غافل شد. بعضی از مهم‌ترین ویژگی‌های سیستم‌عامل‌ها عبارت‌اند از:

مدیریت منابع

دسترسی موازی در سیستم‌عامل نشان می‌دهد هنگامی‌که چندین کاربر به سیستم دسترسی دارند، سیستم‌عامل به‌عنوان مدیر منابع عمل می‌کنه و وظیفه اصلیش، ارائه سخت‌افزار به کاربر است. سیستم‌عامل باعث کاهش بار در سیستم می‌شه.

مدیریت فرآیند

این مدیریت شامل وظایف مختلف مثل زمان‌بندی و خاتمه فرآیند است. این رویکرد با کمک الگوریتم‌های زمان‌بندی CPU انجام می‌شه.

مدیریت ذخیره‌سازی

مکانیسم فایل سیستم اهمیت زیادی برای مدیریت ذخیره‌سازی داده‌ها دارد. NFIS، CIFS، CFS، NFS برخی از فایل سیستم‌های مطرح هستند. تمامی داده‌ها در ترک‌های مختلف هارددیسک‌ها ذخیره شده و توسط مدیر فضای ذخیره، مدیریت می‌شوند. این فضا شامل هارددیسک است.

بیشتر بخوانید: سیستم عامل لینوکس چیست؟ کاربرد و مزایای لینوکس

سخن پایانی

یک سیستم‌عامل، مجموعه‌ای از برنامه‌هایی هست که باعث می‌شه تا کاربران بتونن از کامپیوتر یا سیستم‌های دیگه استفاده کنن. در حال حاضر، انواع و اقسام سیستم‌عامل‌ها در دستگاه‌ها و ابزارهای مختلف وجود دارن. رایج‌ترین انواع سیستم‌عامل شامل سیستم‌عامل دسکتاپ، سیستم‌عامل موبایل و بقیه انواع سیستم‌عامل مطرح در بازار هستن. در این مقاله تلاش کردیم تا به‌طور دقیق، مهم‌ترین سیستم‌عامل‌های موجود در بازار رو همراه با مزیت‌ها و معایب اون‌ها شرح بدیم.