ما هي أنظمة التشغيل وأنواعها – شرح مبسط بالتفصيل

0

نظام التشغيل (OS) هو واجهة بين المستخدم وأجهزة الكمبيوتر. نظام التشغيل هو برنامج يدير جميع برامج التطبيقات الأخرى في الكمبيوتر. تستفيد برامج التطبيق من نظام التشغيل من خلال تقديم طلبات للخدمات من خلال واجهة برنامج تطبيق محدد ( API ) أي أنه يؤدي جميع المهام الأساسية مثل إدارة الملفات وإدارة الذاكرة وإدارة العمليات ومعالجة المدخلات والمخرجات والتحكم في الأجهزة الطرفية مثل محركات الأقراص والطابعات. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للمستخدمين التفاعل مباشرة مع نظام التشغيل من خلال واجهة مستخدم ، مثل واجهة سطر الأوامر (CLI) أو واجهة المستخدم الرسومية ( GUI ).

تتضمن بعض أنظمة التشغيل الشائعة نظام التشغيل Linux ونظام التشغيل Windows و VMS و OS / 400 و AIX و z / OS وما إلى ذلك.

تعريف أنظمة التشغيل

ما هي أنظمة التشغيل | نظام التشغيل هو برنامج يعمل كواجهة بين المستخدم وأجهزة الكمبيوتر ويتحكم في تنفيذ جميع أنواع البرامج.

لماذا نستخدم نظام التشغيل ؟

يجلب نظام التشغيل فوائد قوية لبرامج الكمبيوتر وتطوير البرامج. بدون نظام تشغيل ، سيحتاج كل تطبيق إلى تضمين واجهة المستخدم الخاصة به ، بالإضافة إلى الشفرة الشاملة اللازمة للتعامل مع جميع الوظائف منخفضة المستوى للكمبيوتر الأساسي ، مثل تخزين القرص وواجهات الشبكة وما إلى ذلك. بالنظر إلى المجموعة الواسعة من الأجهزة الأساسية المتاحة ، سيؤدي ذلك إلى تضخيم حجم كل تطبيق إلى حد كبير وجعل تطوير البرامج غير عملي.

بدلاً من ذلك ، يمكن إلغاء تحميل العديد من المهام الشائعة ، مثل إرسال حزمة شبكة أو عرض نص على جهاز إخراج قياسي ، مثل شاشة عرض ، إلى برنامج النظام الذي يعمل كوسيط بين التطبيقات والأجهزة. يوفر برنامج النظام طريقة متسقة وقابلة للتكرار للتطبيقات للتفاعل مع الأجهزة دون أن تحتاج التطبيقات إلى معرفة أي تفاصيل حول الأجهزة.

طالما أن كل تطبيق يصل إلى نفس الموارد والخدمات بنفس الطريقة ، يمكن لبرنامج النظام – نظام التشغيل – خدمة أي عدد من التطبيقات تقريبًا. هذا يقلل بشكل كبير من مقدار الوقت والتشفير المطلوب لتطوير وتصحيح تطبيق ما ، مع ضمان قدرة المستخدمين على التحكم في أجهزة النظام وتكوينها وإدارتها من خلال واجهة مشتركة ومفهومة جيدًا

بمجرد التثبيت ، يعتمد نظام التشغيل على مكتبة واسعة من برامج تشغيل الأجهزة لتخصيص خدمات نظام التشغيل لبيئة الأجهزة المحددة. وبالتالي ، قد يقوم كل تطبيق بإجراء مكالمة مشتركة إلى جهاز تخزين ، لكن نظام التشغيل يتلقى هذه المكالمة ويستخدم برنامج التشغيل المقابل لترجمة المكالمة إلى إجراءات (أوامر) مطلوبة للأجهزة الأساسية على هذا الكمبيوتر المحدد. 

اليوم ، يوفر نظام التشغيل نظامًا أساسيًا شاملاً يحدد مجموعة من الأجهزة وتكوينها وإدارتها ، بما في ذلك المعالجات ؛ أجهزة الذاكرة وإدارة الذاكرة ؛ شرائح. تخزين؛ الشبكات ؛ اتصال المنفذ ، مثل مصفوفة رسومات الفيديو (VGA) وواجهة الوسائط المتعددة عالية الدقة ( HDMI ) والناقل ( USB )؛ وواجهات النظام الفرعي ، مثل Peripheral Component Interconnect Express

وظائف أنظمة التشغيل

توفر أنظمة التشغيل ثلاث إمكانيات أساسية: يوفر واجهة مستخدم من خلال واجهة سطر الأوامر (CLI) أو واجهة المستخدم الرسومية (GUI) ؛ يطلق ويدير تنفيذ التطبيق ؛ ويحدد ويعرض موارد أجهزة النظام لتلك التطبيقات – عادة ، من خلال واجهة برمجة تطبيقات قياسية.

واجهة المستخدم. يتطلب كل نظام تشغيل واجهة مستخدم ، مما يمكّن المستخدمين والمسؤولين من التفاعل مع نظام التشغيل من أجل إعداد وتهيئة وحتى استكشاف أخطاء نظام التشغيل والأجهزة الأساسية الخاصة به وإصلاحها. يتوفر نوعان أساسيان من واجهة المستخدم: CLI و GUI.

هندسة أنظمة التشغيل
هندسة أنظمة التشغيل

توفر نافذة CLI ، أو نافذة الوضع الطرفي ، واجهة قائمة على النص حيث يعتمد المستخدمون على لوحة المفاتيح التقليدية لإدخال أوامر ومعلمات ووسائط محددة تتعلق بمهام محددة. توفر واجهة المستخدم الرسومية ، أو سطح المكتب ، واجهة مرئية تعتمد على الرموز والرموز حيث يعتمد المستخدمون على الإيماءات التي توفرها أجهزة الواجهة البشرية ، مثل لوحات اللمس وشاشات اللمس وأجهزة الماوس.

يتم استخدام واجهة المستخدم الرسومية بشكل متكرر من قبل المستخدمين العاديين أو النهائيين المهتمين بشكل أساسي بمعالجة الملفات والتطبيقات ، مثل النقر المزدوج فوق رمز ملف لفتح الملف في تطبيقه الافتراضي. يظل CLI شائعًا بين المستخدمين المتقدمين ومسؤولي النظام الذين يجب أن يتعاملوا مع سلسلة من الأوامر عالية الدقة والمتكررة على أساس منتظم ، مثل إنشاء البرامج النصية وتشغيلها لإعداد أجهزة كمبيوتر شخصية جديدة للموظفين.

الإدارة التطبيقية. تتولى أنظمة التشغيل تشغيل وإدارة كل تطبيق. يدعم هذا عادةً مجموعة من السلوكيات ، بما في ذلك عمليات مشاركة الوقت المتعددة، بحيث يمكن للمهام المختلفة مشاركة وقت المعالجات المتاح ؛ التعامل مع الانقطاعات التي تنتجها التطبيقات لجذب انتباه المعالج الفوري ، مما يضمن وجود ذاكرة كافية لتنفيذ التطبيق والبيانات المقابلة دون التدخل في العمليات الأخرى ؛ تنفيذ معالجة الأخطاء التي يمكن أن تزيل عمليات التطبيق بأمان ؛ وأداء إدارة الذاكرة دون تعطيل التطبيقات الأخرى أو نظام التشغيل.

يمكن لـ أنظمة التشغيل أيضًا دعم واجهات برمجة التطبيقات التي تمكن التطبيقات من استخدام وظائف نظام التشغيل والأجهزة دون الحاجة إلى معرفة أي شيء عن نظام التشغيل منخفض المستوى أو حالة الأجهزة. على سبيل المثال ، يمكن لواجهة برمجة تطبيقات Windows أن تمكن البرنامج من الحصول على مدخلات من لوحة مفاتيح أو ماوس ؛ إنشاء عناصر واجهة المستخدم الرسومية ، مثل نوافذ وأزرار الحوار ؛ قراءة الملفات وكتابتها على جهاز تخزين ؛ و اكثر. يتم تصميم التطبيقات دائمًا تقريبًا لاستخدام نظام التشغيل الذي ينوي التطبيق التشغيل عليه.

قد يعجبك | تعرف علي الأمن السيبراني

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لنظام التشغيل أداء الخدمات التالية للتطبيقات:

  • في نظام تشغيل متعدد المهام ، حيث يمكن تشغيل العديد من البرامج في نفس الوقت ، يحدد نظام التشغيل التطبيقات التي يجب تشغيلها في أي ترتيب وكم من الوقت يجب السماح به لكل تطبيق قبل إعطاء دور لتطبيق آخر.
  • يتعامل مع الإدخال / الإخراج (I / O) من وإلى الأجهزة المتصلة ، مثل الأقراص الثابتة والطابعات ومنافذ الطلب الهاتفي.
  • يرسل رسائل إلى كل تطبيق أو مستخدم تفاعلي – أو إلى مشغل النظام – حول حالة العملية وأي أخطاء قد تكون حدثت.
  • يمكنه إلغاء تحميل إدارة المهام المجمعة – على سبيل المثال ، الطباعة – بحيث يتم تحرير تطبيق البدء من هذا العمل.
  • على أجهزة الكمبيوتر التي يمكن أن توفر معالجة متوازية ، يمكن لنظام التشغيل إدارة كيفية تقسيم البرنامج بحيث يعمل على أكثر من معالج في وقت واحد.

تتطلب جميع منصات الكمبيوتر الرئيسية (الأجهزة والبرامج) ، أنظمة التشغيل ، ويجب تطوير أنظمة التشغيل بميزات مختلفة لتلبية الاحتياجات المحددة لعوامل الشكل المختلفة  .

إدارة الجهاز. نظام التشغيل مسؤول عن تحديد التطبيقات وتكوينها وتزويدها بوصول مشترك إلى أجهزة الكمبيوتر الأساسية. عندما يتعرف نظام التشغيل على الأجهزة ويحددها ، سيقوم نظام التشغيل بتثبيت برامج تشغيل الأجهزة المقابلة التي تمكن نظام التشغيل والتطبيقات التي تعمل على نظام التشغيل من استخدام الأجهزة دون أي معرفة محددة بالأجهزة أو الأجهزة.

نظام التشغيل مسؤول عن تحديد الطابعة الصحيحة وتثبيت برامج تشغيل الطابعة المناسبة بحيث يحتاج التطبيق فقط إلى إجراء تواصل إلى الطابعة دون الحاجة إلى استخدام الرموز أو الأوامر الخاصة بتلك الطابعة – هذه هي مهمة نظام التشغيل. الوضع مشابه للأجهزة الأخرى ، مثل منافذ USB ؛ منافذ الشبكات أجهزة الرسومات ، مثل وحدات معالجة الرسومات (GPUs) ؛ شرائح المازر بورد وأجهزة التخزين ، مثل محولات أقراص SCSI (SAS) التسلسلية المرفقة والأقراص المهيأة بنظام ملفات مناسب.

تقوم أنظمة التشغيل بتحديد وتكوين الأجهزة المادية والمنطقية للخدمة وعادةً ما يسجلها في بنية موحدة ، مثل سجل Windows . تقوم الشركات المصنّعة للأجهزة بتصحيح برامج التشغيل وتحديثها بشكل دوري ، ويجب على نظام التشغيل تحديثها لضمان أفضل أداء وأمان للجهاز. عند استبدال الأجهزة ، يقوم نظام التشغيل أيضًا بتثبيت برامج تشغيل جديدة وتكوينها.

في أنظمة التشغيل ، يؤدي البرنامج كل وظيفة من الوظائف:

  1. إدارة العمليات : – تساعد إدارة العمليات نظام التشغيل على إنشاء العمليات وحذفها. كما يوفر آليات للتزامن والاتصال بين العمليات.
  2. إدارة الذاكرة: – تقوم وحدة إدارة الذاكرة بمهمة تخصيص مساحة الذاكرة وإلغاء تخصيصها للبرامج التي تحتاج إلى هذه الموارد.
  3. إدارة الملفات : – يدير جميع الأنشطة المتعلقة بالملفات مثل تخزين التنظيم ، والاسترجاع ، والتسمية ، والمشاركة ، وحماية الملفات.
  4. إدارة الجهاز : تحتفظ إدارة الجهاز بتتبع جميع الأجهزة. تُعرف هذه الوحدة المسؤولة أيضًا عن هذه المهمة باسم وحدة تحكم الإدخال / الإخراج. كما أنه يؤدي مهمة تخصيص الأجهزة وإلغاء تخصيصها.
  5. إدارة نظام الإدخال / الإخراج: أحد الأشياء الرئيسية لأي نظام تشغيل هو إخفاء خصائص تلك الأجهزة عن المستخدم.
  6. إدارة التخزين الثانوي : تحتوي الأنظمة على عدة مستويات من التخزين والتي تشمل التخزين الأساسي والتخزين الثانوي والتخزين المؤقت. يجب تخزين التعليمات والبيانات في التخزين الأساسي أو ذاكرة التخزين المؤقت بحيث يمكن لبرنامج قيد التشغيل الرجوع إليها.
  7. الأمان : – وحدة الأمان تحمي البيانات والمعلومات الخاصة بنظام الكمبيوتر من تهديد البرامج الضارة والوصول المصرح به.
  8. تفسير الأوامر : تقوم هذه الوحدة بتفسير الأوامر المقدمة من موارد النظام والتشغيل لمعالجة هذه الأوامر.
  9. الشبكات: النظام الموزع هو مجموعة من المعالجات التي لا تشترك في الذاكرة أو الأجهزة أو الساعة. تتواصل المعالجات مع بعضها البعض عبر الشبكة.
  10. محاسبة الوظيفة : تتبع الوقت والموارد المستخدمة من قبل مختلف الوظائف والمستخدمين.
  11. إدارة الاتصالات : تنسيق وتعيين المجمعين والمترجمين الفوريين ومورد برمجيات آخر لمختلف مستخدمي أنظمة الكمبيوتر.

أنواع وأمثلة أنظمة التشغيل

على الرغم من أن الأدوار الأساسية لـ أنظمة التشغيل موجودة في كل مكان ، إلا أن هناك عددًا لا يحصى من أنظمة التشغيل التي تخدم مجموعة واسعة من الأجهزة واحتياجات المستخدمين.

أنظمة التشغيل للأغراض العامة. يمثل نظام التشغيل للأغراض العامة مجموعة من أنظمة التشغيل تهدف إلى تشغيل العديد من التطبيقات على مجموعة واسعة من الأجهزة ، مما يتيح للمستخدم تشغيل واحد أو أكثر من التطبيقات أو المهام في وقت واحد. يمكن تثبيت نظام تشغيل للأغراض العامة على العديد من طرز سطح المكتب والكمبيوتر المحمول المختلفة وتشغيل التطبيقات من أنظمة المحاسبة إلى قواعد البيانات إلى متصفحات الويب والألعاب. تركز أنظمة التشغيل ذات الأغراض العامة عادةً على العملية (الخيط) وإدارة الأجهزة لضمان أن التطبيقات يمكن أن تشارك بشكل موثوق مجموعة واسعة من أجهزة الحوسبة الموجودة.

أمثلة على أنظمة التشغيل مع حصة كل نظام من السوق

اسم نظام التشغيلالنسبة
ويندوز40.34
أندرويد37.95
iOS15.44
نظام التشغيل Mac OS4.34
لينكس0.95
نظام تشغيل كروم0.14
نظام تشغيل Windows Phone0.06
أنظمة التشغيل
أنظمة التشغيل المختلفة وشرح حصة كل نظام في السوق
أنظمة التشغيل المختلفة

تتضمن أنظمة تشغيل سطح المكتب الشائعة ما يلي:

  • Windows هو نظام التشغيل الرائد لشركة Microsoft ، وهو  المعيار الفعلي  لأجهزة الكمبيوتر المنزلية والتجارية. تم طرح نظام التشغيل المستند إلى واجهة المستخدم الرسومية عام 1985 ، وتم إصداره في العديد من الإصدارات منذ ذلك الحين. كان نظام التشغيل Windows 95 سهل الاستخدام   مسؤولاً إلى حد كبير عن التطور السريع للحوسبة الشخصية.
  • Mac OS هو نظام التشغيل لخط Apple Macintosh لأجهزة الكمبيوتر ومحطات العمل.
  • Unix هو نظام تشغيل متعدد المستخدمين مصمم لتحقيق المرونة والقدرة على التكيف. وضعت أصلا في 1970s، كان يونكس أحد أنظمة التشغيل الأولى أن تكون مكتوبة في  لغة C .
  • Linux هو نظام تشغيل شبيه بـ Unix تم تصميمه لتزويد مستخدمي الكمبيوتر الشخصي ببديل مجاني أو منخفض التكلفة. يتمتع Linux بسمعة طيبة كنظام فعال وسريع الأداء.

نظام تشغيل الموبايل. تم تصميم أنظمة التشغيل للهواتف الذكية لتلائم الاحتياجات الفريدة للحوسبة المحمولة والأجهزة التي تركز على الاتصالات ، مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية. تقدم الأجهزة المحمولة عادةً موارد حوسبة محدودة مقارنة بأجهزة الكمبيوتر التقليدية ،

ويجب تقليص حجم نظام التشغيل وتعقيده لتقليل استخدام موارده الخاصة ، مع ضمان الموارد الكافية لتطبيق واحد أو أكثر يعمل على الجهاز. تميل أنظمة تشغيل الأجهزة المحمولة إلى التأكيد على الأداء الفعال واستجابة المستخدم والاهتمام الشديد بمهام معالجة البيانات ، مثل دعم تدفق الوسائط. تعد Apple iOS و Google Android أمثلة لأنظمة تشغيل الأجهزة المحمولة.

نظام تشغيل مضمن. ليست كل أجهزة الحوسبة ذات أغراض عامة. مجموعة كبيرة من الأجهزة المخصصة – بما في ذلك المساعدين الرقميين المنزليين ، وأجهزة الصراف الآلي (ATM) ، وأنظمة الطائرات ، ومحطات نقاط البيع بالتجزئة (POS) وأجهزة إنترنت الأشياء (IoT) – تشمل أجهزة الكمبيوتر التي تتطلب نظام تشغيل. يتمثل الاختلاف الرئيسي في أن جهاز الحوسبة المرتبط به يقوم بشيء رئيسي واحد فقط ،

لذلك يتم تجريد نظام التشغيل بشكل كبير ومخصص لكل من الأداء والمرونة. يجب أن يعمل نظام التشغيل بسرعة ، لا أن يتعطل ، وأن يتعامل مع جميع الأخطاء بأمان من أجل مواصلة العمل في جميع الظروف في معظم الحالات ، يتم توفير نظام التشغيل على شريحة مدمجة في الجهاز الفعلي. الجهاز الطبي المستخدم في معدات دعم حياة المريض ، على سبيل المثال ، سيستخدم نظام تشغيل مضمن يجب أن يعمل بشكل موثوق به لإبقاء المريض على قيد الحياة. Linux المضمن هو أحد الأمثلة على نظام التشغيل المضمن.

نظام تشغيل الشبكة. نظام تشغيل الشبكة ( NOS ) هو نظام تشغيل متخصص آخر يهدف إلى تسهيل الاتصال بين الأجهزة العاملة على شبكة المنطقة المحلية ( LAN ). يوفر NOS حزمة الاتصالات اللازمة لفهم بروتوكولات الشبكة من أجل إنشاء حزم الشبكة وتبادلها وتحليلها. اليوم ،

أصبح مفهوم NOS المتخصص قديمًا إلى حد كبير لأن أنواع أنظمة التشغيل الأخرى تتعامل إلى حد كبير مع اتصالات الشبكة. Windows 10 و Windows Server 2019، على سبيل المثال ، تشمل قدرات الشبكات الشاملة. لا يزال مفهوم NOS مستخدمًا لبعض أجهزة الشبكات ، مثل أجهزة التوجيه والمحولات والجدران النارية ، وقد تستخدم الشركات المصنعة NOSes مملوكة ، بما في ذلك نظام تشغيل Cisco Internetwork (IOS) و RouterOS و ZyNOS.

نظام تشغيل في الوقت الحقيقي. عندما يجب أن يتفاعل جهاز الكمبيوتر مع العالم الحقيقي ضمن قيود زمنية ثابتة وقابلة للتكرار ، فقد تختار الشركة المصنعة للجهاز استخدام نظام تشغيل في الوقت الفعلي ( RTOS). على سبيل المثال ، قد يوجه نظام التحكم الصناعي عمليات مصنع مترامي الأطراف أو محطة طاقة. سينتج مثل هذا المرفق إشارات من عدد لا يحصى من أجهزة الاستشعار ،

كما يرسل إشارات لتشغيل الصمامات والمشغلات والمحركات وعدد لا يحصى من الأجهزة الأخرى. في هذه الحالات ، يجب أن يستجيب نظام التحكم الصناعي بسرعة وبشكل متوقع لظروف العالم الحقيقي المتغيرة – وإلا فقد تحدث كارثة. يجب أن يعمل نظام تشغيل RTOS دون تخزين مؤقت ، ومعالجة فترات الاستجابة وتأخيرات أخرى ، وهي مقبولة تمامًا في الأنواع الأخرى من أنظمة التشغيل. من أمثلة أنظمة التشغيل RTOS: FreeRTOS و VxWorks.

الاختلافات بين أنواع أنظمة التشغيل ليست مطلقة ، ويمكن لبعض أنظمة التشغيل مشاركة خصائص أنظمة تشغيل أخرى. على سبيل المثال ، تتضمن أنظمة التشغيل ذات الأغراض العامة بشكل روتيني إمكانات الشبكات الموجودة في NOS التقليدية. وبالمثل ، يشتمل نظام التشغيل المضمن عادةً على سمات RTOS ، بينما لا يزال بإمكان نظام التشغيل المحمول تشغيل العديد من التطبيقات في نفس الوقت مثل أنظمة التشغيل الأخرى ذات الأغراض العامة.

ملخص

  • تعريف أنظمة التشغيل: نظام التشغيل هو برنامج يعمل كواجهة بين المستخدم النهائي وأجهزة الكمبيوتر
  • تم تطوير أنظمة التشغيل لأول مرة في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي لإدارة تخزين الشريط
  • النواة هي المكون المركزي لأنظمة تشغيل الكمبيوتر. المهمة الوحيدة التي تؤديها النواة هي إدارة الاتصال بين البرنامج والأجهزة
  • أكثر الأنوية ( kernels ) شيوعًا هما Monolithic و MicroKernels
  • العملية ، الجهاز ، الملف ، الإدخال / الإخراج ، التخزين الثانوي ، إدارة الذاكرة هي وظائف مختلفة لنظام التشغيل

فيديو مبسط لشرح ما هي أنظمة التشغيل

المصادر:
guru99

اترك رد