Distributed Operating Systems (CHAPTER 14) / বিতরণকৃত অপারেটিং সিস্টেম

 বিতরণকৃত অপারেটিং সিস্টেম: আর্কিটেকচার, বিতরণকৃত সিস্টেমের সমন্বয় এবং বিতরণকৃত ফাইল সিস্টেম

১. বিতরণকৃত অপারেটিং সিস্টেমের আর্কিটেকচার

বিতরণকৃত অপারেটিং সিস্টেম (Distributed Operating Systems - DOS) এমন একটি সিস্টেম যা একাধিক কম্পিউটার বা নোডের মধ্যে কাজ করে এবং ব্যবহারকারীদের জন্য একটি সমন্বিত পরিবেশ সরবরাহ করে। এর প্রধান উদ্দেশ্য হলো একাধিক কম্পিউটারের মধ্যে সম্পদগুলি ভাগ করে নেওয়া এবং সেগুলি কার্যকরভাবে পরিচালনা করা।

বিতরণকৃত অপারেটিং সিস্টেমের প্রধান উপাদানগুলি হলো:

• নোড: প্রতিটি স্বাধীন কম্পিউটার বা সিস্টেম, যা নিজেদের মধ্যে যোগাযোগ করতে পারে।
• যোগাযোগের মাধ্যম: নোডগুলির মধ্যে তথ্য বিনিময়ের জন্য ব্যবহৃত পদ্ধতি, যেমন নেটওয়ার্ক প্রোটোকল।
• সম্পদ ব্যবস্থাপনা: CPU, মেমরি, স্টোরেজ ইত্যাদি সম্পদের দক্ষ ব্যবস্থাপনা নিশ্চিত করা।

২. বিতরণকৃত সিস্টেমের সমন্বয় (Synchronization)

বিতরণকৃত সিস্টেমের সমন্বয় হল নোডগুলির মধ্যে কাজের সংগঠনের প্রক্রিয়া। এটি নিশ্চিত করে যে বিভিন্ন নোড সমান্তরালভাবে কাজ করতে পারে এবং সঠিক ফলাফল পাওয়া যায়। সমন্বয়ের কিছু সাধারণ পদ্ধতি হলো:

• মিউটেক্স (Mutex): একটি সময়কালীন সিঙ্ক্রোনাইজেশন পদ্ধতি যা একাধিক প্রক্রিয়াকে একযোগে একটি নির্দিষ্ট সম্পদ ব্যবহার করতে বাধা দেয়।
• সেমাফোর: একটি অঙ্কের সংখ্যা ব্যবহার করে, প্রক্রিয়াগুলির সংখ্যা নিয়ন্ত্রণ করে যারা একটি নির্দিষ্ট সম্পদ অ্যাক্সেস করতে পারে।
• বারিয়ার: সব প্রক্রিয়া একটি নির্দিষ্ট অবস্থানে পৌঁছানোর পরেই তাদেরকে এগিয়ে যেতে দেয়।

৩. বিতরণকৃত ফাইল সিস্টেম (Distributed File Systems)

বিতরণকৃত ফাইল সিস্টেম হলো একটি ফাইল সিস্টেম যা একাধিক নোডে ফাইলগুলি সংরক্ষণ এবং পরিচালনার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। এটি ব্যবহারকারীদের জন্য একটি সমন্বিত ফাইল সিস্টেম হিসেবে কাজ করে, যেখানে বিভিন্ন নোডের ফাইলগুলি একসাথে দেখতে এবং ব্যবহার করতে পারে।

বিতরণকৃত ফাইল সিস্টেমের বৈশিষ্ট্যগুলি হলো:

• ডেটা কনসিস্টেন্সি: ফাইলের বিভিন্ন সংস্করণ বা কপি সমন্বিত রাখতে।
• ফাইল শেয়ারিং: একাধিক ব্যবহারকারী একসাথে একটি ফাইল ব্যবহার করতে পারে।
• অ্যাক্সেস নিয়ন্ত্রণ: ফাইলগুলিতে অ্যাক্সেস সীমাবদ্ধ করার জন্য নিরাপত্তা ব্যবস্থার ব্যবহার।

বিতরণকৃত অপারেটিং সিস্টেমগুলি বর্তমান প্রযুক্তির একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ। এটি বিভিন্ন নোডের মধ্যে সংযোগ স্থাপন করে এবং কার্যকরভাবে সম্পদগুলি ব্যবস্থাপনা করে, যা ব্যবহারকারীদের জন্য দ্রুত এবং কার্যকর পরিষেবা প্রদান করে।

বাস্তব-সময়ের অপারেটিং সিস্টেম / Real-Time Operating Systems (RTOS)

বাস্তব-সময়ের অপারেটিং সিস্টেম (RTOS) হলো একটি বিশেষ ধরনের অপারেটিং সিস্টেম যা সময়ের সাপেক্ষে সঠিক এবং পূর্বনির্ধারিত সময়ের মধ্যে কাজ সম্পন্ন করার ক্ষমতা রাখে। এটি এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ডিজাইন করা হয় যেখানে সময়সীমা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, যেমন: স্বয়ংক্রিয় নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা, চিকিৎসা যন্ত্রপাতি, এবং দূরবর্তী নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি।

প্রধান বৈশিষ্ট্য:

1.   ডেডলাইন: RTOS-এ কাজগুলি নির্দিষ্ট সময়ের মধ্যে সম্পন্ন করতে হয়। সময়সীমা মেনে চলা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, এবং ব্যর্থতা বিভিন্ন সমস্যার সৃষ্টি করতে পারে।

2.   প্রতিক্রিয়া সময়: RTOS সাধারণত খুব দ্রুত প্রতিক্রিয়া সময় প্রদান করে। এটি ইভেন্ট-ভিত্তিক সিস্টেমে সময়মতো সাড়া দেওয়ার জন্য প্রয়োজনীয়।

3.   প্রথম আনা: RTOS সাধারণত কাজের গুরুত্বের উপর ভিত্তি করে তাদের কার্যকলাপগুলি পরিচালনা করে। কিছু কাজকে অন্যান্য কাজের তুলনায় বেশি গুরুত্ব দেওয়া হয়।

4.   মাল্টিটাস্কিং: RTOS একাধিক কাজকে একসাথে পরিচালনা করার ক্ষমতা রাখে, যা সিস্টেমের কার্যক্ষমতা বাড়ায়।

RTOS-এর প্রকারভেদ:

1.   হার্ড রিয়েল-টাইম সিস্টেম: যেখানে কাজগুলির সময়সীমা অতি গুরুত্বপূর্ণ এবং সময়সীমার মধ্যে কাজ সম্পন্ন না হলে ফলস্বরূপ ক্ষতি হতে পারে। যেমন: বিমানের অবতরণ ব্যবস্থাপনা।

2.   সফট রিয়েল-টাইম সিস্টেম: যেখানে সময়সীমা মেনে চলা গুরুত্বপূর্ণ, তবে ব্যর্থতার ফলে বড় ক্ষতি হবে না। যেমন: ভিডিও কনফারেন্সিং।

RTOS-এর উদাহরণ:

1.   VxWorks: একটি জনপ্রিয় RTOS যা বিমান, মহাকাশ এবং স্বয়ংক্রিয় নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থায় ব্যবহৃত হয়।

2.   FreeRTOS: একটি ওপেন সোর্স RTOS যা এমবেডেড সিস্টেমে ব্যবহৃত হয় এবং প্রোগ্রামারদের জন্য সহজে ব্যবহারের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে।

3.   RTEMS (Real-Time Executive for Multiprocessor Systems): এটি একটি মাইক্রোকন্ট্রোলার সিস্টেমের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে।

অ্যাপ্লিকেশন: RTOS সাধারণত নিম্নলিখিত ক্ষেত্রে ব্যবহৃত হয়:

• অটোমেটেড উত্পাদন
• ড্রোন নিয়ন্ত্রণ
• চিকিৎসা যন্ত্রপাতি
• টেলিকমিউনিকেশন
• রোবটিক্স

বাস্তব-সময়ের অপারেটিং সিস্টেমগুলি অত্যন্ত বিশেষায়িত এবং নির্ভরযোগ্য। এই সিস্টেমগুলির মাধ্যমে সময়সীমা এবং সঠিক কার্যকলাপ মেনে চলা সম্ভব হয়, যা তাদের নানা ক্ষেত্রের জন্য অপরিহার্য করে তোলে। RTOS-এর সঠিক ব্যবহার এবং কার্যকরী পরিকল্পনা বিভিন্ন জটিল অ্যাপ্লিকেশনে সফলতার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

এম্বেডেড অপারেটিং সিস্টেম (Embedded Operating Systems)

এম্বেডেড অপারেটিং সিস্টেম হল একটি বিশেষ ধরনের অপারেটিং সিস্টেম যা এম্বেডেড সিস্টেমে ব্যবহৃত হয়। এম্বেডেড সিস্টেম এমন কম্পিউটার সিস্টেম যা কোনো একটি নির্দিষ্ট কাজ সম্পাদন করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে এবং সাধারণত এটি অন্যান্য যন্ত্রাংশের সঙ্গে সংযুক্ত থাকে।

এম্বেডেড অপারেটিং সিস্টেমের বৈশিষ্ট্য

1.   বিশেষায়িত কার্যকারিতা: এম্বেডেড অপারেটিং সিস্টেমগুলি সাধারণত একটি নির্দিষ্ট কাজ বা ফাংশন সম্পাদন করতে ডিজাইন করা হয়, যেমন যন্ত্রপাতি নিয়ন্ত্রণ বা ডেটা সংগ্রহ করা।

2.   কম্পিউটার সম্পদ ব্যবস্থাপনা: এম্বেডেড সিস্টেমগুলি সীমিত কম্পিউটিং শক্তি এবং মেমরি ব্যবহার করে। ফলে, এই সিস্টেমগুলির কার্যক্ষমতা এবং দক্ষতা বৃদ্ধি করার জন্য অপারেটিং সিস্টেমের ডিজাইন বিশেষভাবে করা হয়।

3.   রিয়েল-টাইম অপারেশন: অনেক এম্বেডেড সিস্টেমের জন্য রিয়েল-টাইম কার্যকারিতা অপরিহার্য। এর মানে হল যে সিস্টেমটি নির্দিষ্ট সময়ের মধ্যে প্রতিক্রিয়া জানাতে হবে।

4.   নির্ভরযোগ্যতা ও স্থায়িত্ব: এম্বেডেড সিস্টেমগুলি সাধারণত দীর্ঘকাল ধরে চলতে হয় এবং তারা নির্ভরযোগ্যতা ও স্থায়িত্বের জন্য ডিজাইন করা হয়।

5.   জটিলতা কমানো: এম্বেডেড অপারেটিং সিস্টেমগুলি সাধারণত সাধারণ অপারেটিং সিস্টেমের তুলনায় কম জটিল এবং সোজাসুজি হয়, যা সিস্টেমের উন্নয়ন এবং রক্ষণাবেক্ষণকে সহজ করে।

এম্বেডেড অপারেটিং সিস্টেমের উদাহরণ

1.   রিয়েল-টাইম অপারেটিং সিস্টেম (RTOS): যেমন FreeRTOS, VxWorks, এবং QNX। এগুলি সাধারণত ক্রিটিক্যাল অ্যাপ্লিকেশন যেমন উড়োজাহাজ নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা, মেডিকেল যন্ত্রপাতি ইত্যাদিতে ব্যবহৃত হয়।

2.   লিনাক্স ভিত্তিক এম্বেডেড সিস্টেম: যেমন Yocto, OpenWrt। এগুলি অধিকাংশ আধুনিক ইন্টারনেট ডিভাইস ও স্মার্ট ডিভাইসে ব্যবহৃত হয়।

3.   প্রপারাইটারি সিস্টেম: যেমন Android, যা এম্বেডেড সিস্টেমের একটি উদাহরণ যা মোবাইল ডিভাইসে ব্যবহৃত হয়।

এম্বেডেড অপারেটিং সিস্টেমগুলি আজকের ডিজিটাল যুগে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এগুলি আমাদের দৈনন্দিন জীবনের বিভিন্ন যন্ত্রপাতি ও ডিভাইসে অন্তর্ভুক্ত, এবং তাদের দক্ষতা ও কার্যকারিতা আমাদের জীবনে একটি নতুন মাত্রা যোগ করে। এম্বেডেড সিস্টেমের অগ্রগতি প্রযুক্তির উন্নয়নে এক গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

অপারেটিং সিস্টেমের প্রবণতা: কনটেইনারাইজেশন ও আইওটি অপারেটিং সিস্টেম

কনটেইনারাইজেশন

কনটেইনারাইজেশন হল একটি প্রক্রিয়া যা সফটওয়্যার ডেভেলপমেন্ট এবং ডিপ্লয়মেন্টকে সহজতর করে। এটি একটি সফটওয়্যার অ্যাপ্লিকেশন এবং তার সমস্ত নির্ভরতাগুলোকে একটি কনটেইনারে প্যাকেজ করে, যা একটি পৃথক পরিবেশে নির্বিঘ্নে কাজ করতে পারে। কনটেইনারাইজেশনের প্রধান দুটি টুল হল:

1.   ডকার (Docker):

o    ডকার একটি জনপ্রিয় কনটেইনারাইজেশন প্ল্যাটফর্ম যা ডেভেলপারদের জন্য দ্রুত এবং সহজে অ্যাপ্লিকেশন তৈরি, শেয়ার এবং চালানোর সুবিধা দেয়।

o    এটি একটি হালকা ওজনের ভিন্ন পরিবেশ তৈরি করে, যেখানে অ্যাপ্লিকেশনগুলি সিস্টেমের অপরাপর অংশের সাথে মিশে যায় না।

o    ডকার ব্যবহার করে, ডেভেলপাররা নিজেদের স্থানীয় পরিবেশে একটি অ্যাপ্লিকেশন তৈরি করতে পারে এবং সেটি অন্যান্য সিস্টেমে একইভাবে চালাতে পারে।

2.   কুবেরনেটিস (Kubernetes):

o    কুবেরনেটিস একটি অর্কেস্ট্রেশন টুল যা বিভিন্ন কনটেইনারের পরিচালনা ও স্কেলিংয়ের কাজ করে।

o    এটি অ্যাপ্লিকেশনগুলির কনটেইনারগুলিকে বিভিন্ন সার্ভারে বিভক্ত করে, যা উচ্চ গঠনযোগ্যতা এবং স্থায়িত্ব প্রদান করে।

o    কুবেরনেটিস স্বয়ংক্রিয়ভাবে কনটেইনারগুলি তৈরি, পর্যবেক্ষণ এবং পরিচালনা করতে সক্ষম।

আইওটি অপারেটিং সিস্টেম

আইওটি (ইন্টারনেট অফ থিংস) অপারেটিং সিস্টেমগুলি সেই সমস্ত ডিভাইসগুলির জন্য ডিজাইন করা হয়েছে যা ইন্টারনেটের সাথে সংযুক্ত। আইওটি অপারেটিং সিস্টেমের কিছু বৈশিষ্ট্য হল:

1.   হালকা ওজন:

o    আইওটি ডিভাইসগুলি সাধারণত সীমিত সম্পদ নিয়ে কাজ করে, তাই আইওটি অপারেটিং সিস্টেমগুলি হালকা ওজনের হতে হয়।

o    এই অপারেটিং সিস্টেমগুলি কম মেমরি এবং শক্তি ব্যবহার করে, যা দীর্ঘ সময় ধরে ডিভাইসগুলি চালাতে সহায়ক।

2.   বিশেষায়িত:

o    আইওটি অপারেটিং সিস্টেমগুলি নির্দিষ্ট কাজের জন্য বিশেষায়িত হয়, যেমন সেন্সর ডেটা সংগ্রহ করা, ডিভাইসগুলি নিয়ন্ত্রণ করা এবং নিরাপত্তা নিশ্চিত করা।

o    এগুলি সাধারণত রিয়েল-টাইম অপারেশন সমর্থন করে, যা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

3.   নিরাপত্তা:

o    আইওটি ডিভাইসগুলি নিরাপত্তার দিক থেকে ঝুঁকির সম্মুখীন হয়, তাই এই অপারেটিং সিস্টেমগুলিতে শক্তিশালী নিরাপত্তা ফিচার থাকা আবশ্যক।

4.   উদাহরণ:

o    রিউজি (RIOT): একটি ওপেন সোর্স অপারেটিং সিস্টেম যা আইওটি ডিভাইসের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। এটি লো পাওয়ার এবং রিয়েল-টাইম কর্মক্ষমতা প্রদান করে।

o    মাইক্রো-কন্ট্রোলার (Micro-controller): বিভিন্ন আইওটি অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য কাস্টমাইজড অপারেটিং সিস্টেমগুলি তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়।

কনটেইনারাইজেশন এবং আইওটি অপারেটিং সিস্টেমের ব্যবহার এবং প্রবণতাগুলি আধুনিক প্রযুক্তির ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করছে। ডকার এবং কুবেরনেটিসের মতো টুলগুলি ডেভেলপমেন্ট প্রক্রিয়াকে ত্বরান্বিত করেছে, যখন আইওটি অপারেটিং সিস্টেমগুলি আমাদের দৈনন্দিন জীবনে প্রযুক্তির সংযোগকে আরও কার্যকরী করে তুলেছে।