[ حاسب آلي ] 5 معلومات عن نظام التشغيل

تم النشر اليوم 12-12-2025 | [ حاسب آلي ] 5 معلومات عن نظام التشغيل
تم النشر اليوم [dadate] | 5 معلومات عن نظام التشغيل

مكونات النظام الحاسوبي

توفِّر العتاديات -وهي وحدة المعالجة المركزية CPU، والذاكرة، وتجهيزات الدخل/الخرج O/I ـ المواردَ resources الأساسية للحاسوب، وتُستخدم هذه الموارد لحل المسائل الحاسوبية الخاصة بالمستخدمين، وذلك بطريقة تعرّفها البرامج التطبيقية، مثل المترجمات compilers، ونظم قواعد المعطيات، والألعاب، والبرامج الخاصة بالأعمال business.قد يقوم مستخدِمون مختلفون (أشخاص، تجهيزات، حواسيب أخرى) بحل مسائل مختلفة، وذلك عن طريق برامج تطبيقية عدة ومختلفة، لذا يتولى نظام التشغيل مهمة مراقبة وتنسيق استخدام العتاديات بين مختلف البرامج التطبيقية لمختلف المستخدمين.لا يوجد تعريف وافٍ وكامل لنظام التشغيل، ولا يوجد أيضاً عالمياً تعريف مقبول للأشياء التي هي جزء من نظام التشغيل، والأشياء التي ليست منه، عموماً نظام التشغيل هو البرنامج الذي يكون بحالة التنفيذ كل الوقت (يسمى النواة kernel عادةً)، أما البرامج الأخرى فهي برامج تطبيقية.

القرص وأنظمة الملفات

يعتبر نظام الملفات مهماً، ذلك أن البرامج تحتاج إلى قراءة وكتابة ملفات وكذلك إنشاء وحذف ملفات محددة.لدى الكثير من أنظمة التشغيل العديد من أنظمة الملفات التى يمكن استخدامها بشكل طبيعى، لينوكس لديه أكبر تنوع من أنظمة الملفات هذه، وهى ext2 ،ext3 ،ReiserFS ،Reiser4 ،GFS ،GFS2 ،OCFS ،OCFS2 ،NILFS و نظام ملفات جوجل، كما يدعم لينوكس أيضا أنظمة ملفات XFS و JFS بشكل كامل. مع دعم لنظام ملفات FAT ودعم قراءة NTFS. أما ويندوز فمحدود من ناحية دعمه لأنظمة الملفات حيث يدعم فقط FAT12 ،FAT16 ،FAT32، و NTFS.بالنسبة لأغلب أنظمة الملفات التي ذكرناها هناك طريقتان لتخصيصها، فالنظام هو إما أن يكون journaled أيْ مزود بقيد للحوادث وإما غير journaled، و يعتبر النظام المزود بقيد الحوادث journaled خياراً آمناً في حالات تعافي النظام، لو حدث أن توقف النظام عن العمل فجأة (في حالة انقطاع الكهرباء مثلا) فإن نظام الملفات غير المزود بقيد للحوادث سيحتاج إلى نوع من الفحص في حين يحدث هذا تلقائيا في أنظمة الملفات المزودة بقيد الحوادث.من أنظمة ملفات ويندوز المزودة بقيد الحوادث هي NTFS فقط، في حين أن كل أنظمة ملفات لينكس هي كذلك ما عدا ext2.يتكون كل نظام ملفات من أدلة وأدلة فرعية منفصلة، ومع ذلك هناك اختلافات غير ملحوظة فمثلاً أنظمة ملفات ويندوز تفصل بين المجلدات بالشرطة المائلة الراجعة “” وأسماء الملفات غير حساسة لحالة الأحرف، على حين في يونكس يفصل بين المجلدات باستخدام الشرطة المائلة “” وأسماء الملفات حساسة لحالة الأحرف.

تعريف نظام التشغيل

نظام التشغيل هو برنامج مسئول عن إدارة موارد عتاد وبرمجيات الحاسوب، يقوم نظام التشغيل بالمهام الأساسية مثل إدارة وتخصيص مصادر الحاسب الآلي (الذاكرة، القرص الصلب، الوصول للأجهزة الطرفية الملحقة ..إلخ)، ترتيب أولوية التعامل مع الأوامر، التحكم في أجهزة الإدخال والإخراج، تسهيل الشبكات، وإدارة الملفات.الحواسيب الحديثة متعددة الأغراض، شاملة الحواسيب الشخصية و الحواسيب العملاقة(mainframes)، لها نظام تشغيل ليشغل باقى البرامج مثل التطبيقات البرمجية، وتشمل الأمثلة على أنظمة تشغيل الحواسيب الشخصية ميكروسوفت ويندوز، لينوكس، ماك أو.إس(داروين)، و يونكس، و تشمل الفوائد الأساسية لنظام تشغيل ما يلى.يسمح بتشغيل أكثر من برنامج في نفس الوقت.يسهل برمجة التطبيقات البرمجية، لأن البرنامج لن يحتاج إلى إلى التعامل مع العتاد مباشرة،ويدير نظام التشغيل العتاد وتفاعله مع البرمجيات، كما يوفر أيضًاواجهة عالية المستوى للعتاد وطريقة للتفاعل مع البرامج الأخرى.المستوى الأدنى من أى نظام تشغيل هو نواته، هذه هى الطبقة الأولى من البرمجيات التي يتم تحميلها في الذاكرة عند إقلاع النظام أو بدء التشغيل، توفر النواة إمكانية الوصول إلى الخدمات المركزية الشائعة الأخرى لكل برامج النظام والتطبيقات، هذه الخدمات تشمل(وليس فقط) جدولة المهام، إدارة الذاكرة، الوصول للقرص، و الوصول لأجهزة العتاد.كما هو الحال بالنسبة للنواة، فإن نظام التشغيل كثيرا ما يزود ببرمجيات نظام لإدارة واجهة المستخدم الرسومية (بالرغم من إدماج ويندوز و ماكنتوش لهذه البرامج في نظام التشغيل)، وأيضا أدوات لمهام مثل إدارة الملفات و إعداد نظام التشغيل،و في أحيان كثيرة يوزع مع نظام التشغيل برمجيات ليست لها علاقة مباشرة بالوظائف الأساسية لنظام التشغيل، ولكن من يوزع نظام التشغيل وجد فائدة في توزيعها معه.الفاصل بين نظام التشغيل وبرمجيات التطبيقات غير واضح، وكثيراً ما يكون موضع خلاف، من وجهة النظر التجارية أو القانونية، فإن الفصل يعتمد على سياق الإهتمامات الداخلة في الموضوع، على سبيل المثال، واحد من الأسئلة الرئيسية في قضية الولايات المتحدة ضد مايكروسوفت هو هل متصفح ويب مايكروسوفت جزء من نظام التشغيل أم لا.كما هو الحال مع مصطلح “نظام تشغيل”، فإن الخلاف يدور أحياناً حول ما الذي يجب على النواة إدارته بالتحديد، مع النقاش حول هل يجب أن تكون أشياء مثل نظام الملفات في النواة أم لا، البعض يؤيد النواة الصغيرة، و البعض النواة الأحادية وهكذا.تستخدم أنظمة التشغيل على أغلب، وليس كل الحواسيب، الحواسيب الأبسط، شاملة الأنظمة المغروسة الأصغر والعديد من الحواسيب المبكرة بدون نظام تشغيل، بدلاً من هذا يعتمدون على برامج التطبيقات لتدير العتاد بمعرفتها، و ربما بمساعدة مكتبات صممت لهذا الغرض.

مراحل تطور نظم التشغيل

كان لنظم التشغيل وبنية الحاسوب قدر كبير من التأثير بعضها في بعض، فقد جرى تطوير نظم التشغيل لتسهيل إستخدام العتاديات.في البداية، استُخدمت النظم الحاسوبية ما سمي المُحاِور أوالِمعراض console، ولم يكن المستخدِم يتفاعل مباشرة معها، بل كان الحاسوب يُدار بوساطة مشغِّل operator، وأدّت برمجياتٌ مثل المجمّعات assemblers والموسِقات loaders والرابطات linkers والمترجِمات، إلى تحسين ملاءَمة برمجة النظام، ولكنها، في نفس الوقت، احتاجت إلى زمن تهيئة طويلٍ.أتاحت النظمُ الدُفعية batch systems تنفيذَ الأعمال jobs الواحد تلو الآخر آلياً، من خلال نظامِ تشغيلٍ قاطنٍ في الذاكرة resident، وحسّنت إلى حدٍّ بعيدٍ الإستخدام الكلي للحاسوب، فلم تعد ثمة ضرورة أن ينتظرَ الحاسوبُ أعمالاً يقوم بها المستخدِم، ومع ذلك، ظلّت نسبة استخدام وحدة المعالجة منخفضةً، ذلك أنّ تجهيزاتِ الدخل/الخرج أبطأُ نسبياً من وحدة المعالجة.ولتحسين الأداء الكلي للنظام، أَدخل المطورون مفهوم تعدد البرمجة multi-programming، يتيح تعددُ البرمجة الاحتفاظ بعدد من الأعمال في الذاكرة في وقت واحد؛ وتنتقل وحدة المعالجة ذهاباً وإياباً بين تلك الأعمال، لزيادة استخدام وحدة المعالجة ولإنقاص مجموع الزمن اللازم لتنفيذ تلك الأعمال.أتاح تعددُ البرمجة أيضاً أقتسامَ الزمن time-sharing، إذ تَسمح نظم التشغيل بأقتسام الزمن لعدد من المستخدمين (من 1 إلى عدة مئات) لدى إستخدامهم الحاسوب معاً إستخداماً تفاعلياً.مع إنخفاض أسعار العتاديات، ظهرت نظم الحواسيب الشخصية وهي حواسيب صغيرة أصغرُ حجماً من نظم الحواسيب الرئيسة mainframe، وأقل كلفةً منها، وقد استفادت نظم التشغيل الخاصة بتلك الحواسيب من تطورها، ولم تعد نسبةُ استخدام وحدة المعالجة المشكلة الأولى التي ينصبُّ الإهتمام عليها، لأن الأفراد ينفردون باستخدام الحاسوب، لذلك نجد أن بعض قرارات التصميم المتَّخذة في نظم تشغيل الحواسيب الرئيسية غير ملائمة للنظم التي هي أصغر حجماً منها.ثم ظهرت النظم المتوازية وهي تحوي عدة وحدات معالجة تعمل في إتصال وثيق؛ وتتشارك وحدات المعالجة في مسرى الحاسوب، وتتشارك أحياناً في الذاكرة والتجهيزات الطرفية، وتستطيع هذه النظم توفير معدَّل تدفق متزايد وموثوقية محسّنة.ومع انتشار الشبكات الحاسوبية، ظهرت النظم الموزعة وهي مجموعة معالجات لا تتشارك في الذاكرة أو الميقاتية، وبدلاً من ذلك، يحوي كل معالج ذاكرةً محليةً، وتتصل المعالجات بعضُها ببعض بوساطة خطوط اتصال متنوعة، مثل المساري العالية السرعة وخطوط الهاتف، يسمح النظام الموزع للمستخدمين بالنفاذ إلى موارد متنوعة موجودة في حواسيب بعيدة، وتحسين الإفادة من المعطيات وموثوقيتها.وهنا شكل آخر من أشكال نظم التشغيل الخاصة، هو نظام الزمن الحقيقي وله نوعان، يُستخدم نظام الزمن الحقيقي الراسخ hard في تطبيقٍ مخصص بمنْزلة تجهيزةِ تحكّمٍ، ولنظام تشغيل الزمن الحقيقي الراسخ قيوده المعرَّفة جيداً والمحددة من حيث الزمن، فالمعالجة يجب أن تنجز ضمن القيود المعرَّفة، وإلا أخفق النظام، أما النوع الثاني فيرتبط بنظم الزمن الحقيقي المطاوعة soft التي لديها قيود زمنية أقل صرامةً، ولا تدعمُ الجدولةَ الزمنية للمواعيد الأخيرة deadlines.

إدارة الذاكرة

يجب أن يكون النظام قادراً على تحميل البرامج في الذاكرة وتنفيذها.طبقا لقانون باركنسون “البرامج تتمدد لتملأ الذاكرة المتوفرة لإحتوائهم”، لهذا يحب المبرمجين ذاكرة لا نهائية الحجم ولا نهائية السرعة، و في هذه الأيام فإن أغلب ذاكرة الحاسوب مرتبة في نمط شجرة بدأ بالسجلات (registers) الأسرع، الكاش، الرام، قرص التخزين وربما حتى الأشرطة المغناطيسية.مدير الذاكرة في نظام التشغيل يقوم بالتعامل مع أنواع الذاكرة، بتحديد أيها متوفر، وأيها يجب تخصيصه أو إلغاء تخصيصه وكيفية الإنتقال بين الذاكرة الرئيسية و الذواكر الثانوية.هذه العملية والتي يشار اليها غالباً باسم إدارة الذاكرة الإفتراضية تزيد من حجم الذاكرة المتوفرة لكل عملية (4 ج.ب لحاسوب بنتيوم مثالى حتى لو كان حجم الرام الفيزيائى المتوفر لا يتعدى 265 م.ب)، يأتى هذا على حساب السرعة التى تصبح بطيئة، ولكن يمكن أن تصبح سريعة جداً في الحالات المتطرفة، ومن هنا قد تحدث المشاكل.جزء آخر مهم من إدارة الذاكرة، هو إدارة العناوين الإفتراضية، مع مساعدة من و.م.م. إذا كان هناك العديد من العمليات في الذاكرة فيجب منعهم من تعارض أى منهم مع ذاكرة الآخر (ما لم يكن هناك طلب محدد لمشاركة جزء محدود من الذاكرة بصورة محكومة)، يتم تحقيق هذا عن طريق وجود فراغات عناوين منفصلة.