نظام تشغيل الكمبيوتر

نظام التشغيل : (بالإنجليزية: Operating System وتختصر إلى OS) هو برنامج مسؤول عن إدارة موارد عتاد وبرمجيات الحاسوب، يقوم نظام التشغيل بالمهام اﻷساسية مثل إدارة وتخصيص مصادر الحاسوب (الذاكرة ، القرص الصلب، الوصول للأجهزة الطرفية الملحقة ..إلخ)، ترتيب أولوية التعامل مع اﻷوامر، التحكم في أجهزة اﻹدخال واﻹخراج، تسهيل الشبكات، وإدارة الملفات.

مقدمة :

الحواسيب الحديثة متعددة اﻷغراض، شاملة الحواسيب الشخصية والحواسيب العملاقة(mainframes)، لها نظام تشغيل ليشغل باقي البرامج مثل التطبيقات البرمجية comme windows. تشمل اﻷمثلة على أنظمة تشغيل الحواسيب الشخصية ميكروسوفت ويندوز، لينوكس، ماك أو.إس(داروين)، ويونكس.

تشمل الفوائد اﻷساسية لنظام تشغيل ما يلى:

  1. يسمح بتشغيل أكثر من برنامج في نفس الوقت

  2. يسهل برمجة التطبيقات البرمجية، ﻷن البرنامج لن يحتاج إلى التعامل مع العتاد مباشرة. يدير نظام التشغيل العتاد وتفاعله مع البرمجيات. كما يوفر أيضا واجهة عالية المستوى للعتاد وطريقة للتفاعل مع البرامج اﻷخرى.

المستوى اﻷدنى من أي نظام تشغيل هو نواته. هذه هي 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 ماكينتوش لهذه البرامج في نظام التشغيل). وأيضا أدوات لمهام مثل إدارة الملفات و إعداد نظام التشغيل. 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، وكثيرا 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 ميكرسوفت هو هل متصفح ويب ميكروسوفت جزأ من نظام التشغيل أم لا.

كما هو الحال مع مصطلح "نظام تشغيل"، فإن الخلاف يدور أحيانا حول ما الذي يجب على النواة إدارته يالتحديد، مع النقاش حول هل يجب أن تكون أشياء مثل نظام الملفات في النواة أم لا. البعض يؤيد النواة الصغريه، و البعض النواة الاحاديه وهكذا.

تستخدم أنظمة التشغيل على أغلب، وليس كل الحواسيب. الحواسيب اﻷبسط، شاملة اﻷنظمة المغروسة اﻷصغر والعديد من الحواسيب المبكرة بدون نظام تشغيل، بدلا من هذا يعتمدوا على برامج التطبيقات لتدير العتاد بمعرفتها، و ربما بمساعدة مكتبات صممت لهذا الغرض.

الخدمات :

إدارة العمليات :

أى عمل في حاسوب، سواء كان خدمة تعمل في الخلفية أو تطبيق، يجرى داخل عملية. ما دامت معمارية جون فون نيومان تستخدم في بناء الحاسوب، فلا يمكن تشغيل سوى عملية واحدة لكل و.م.م في كل مرة. أنظمة التشغيل اﻷقدم مثل إم إس-دوس لا تقدم أى محاولة لتجاوز هذه المحدودية و في الحقيقة يمكن لعملية واحدة فقط أن تعمل عليهم. تستطيع اﻷنظمة الحديثة محاكاة تشغيل أكثر من عملية مرة واحدة (متعددة المهام) على و.م.م واحدة. إدارة العمليات هي طريقة نظام التشغيل في التعامل مع العمليات العديدة العاملة. حيث أن أغلب الحواسيب تحتوى على و.م.م مفردة ذات قلب واحد، فإن الحصول على تعدد المهام يكون ببساطة عن طريق التحويل بين المهام بسرعة. و مع زيادة العمليات التي يشغلها المستخدم يصبح نصيب كل عملية من الوقت أقل، في كثير اﻷنظمة قد يسبب هذا مشاكل مثل تخطى أجزاء من ملفات الصوت أو حركة مرتعشة لمؤشر الفأرة. تشمل إدارة العمليات الحساب والتوزيع "للأنصبة الزمنية".

القرص وأنظمة الملفات :

لدى الكثير من أنظمة التشغيل العديد من أنظمة الملفات التي يمكن استخدامها بشكل طبيعى، لينوكس لديه أكبر تنوع من أنظمة الملفات هذه، وهي إكس تي 2 ،ext3 ،ReiserFS ،Reiser4 ،GFS ،GFS2 ،OCFS ،OCFS2 ،NILFS . كما يدعم لينوكس أيضا أنظمة ملفات XFS و JFS بشكل كامل. مع دعم لنظام ملفات جدول توزيع الملف (FAT)وNTFS. أما ويندوز فمحدود من ناحية دعمه ﻷنظمة الملفات حيث يدعم فقط: FAT12 ،FAT16 ،FAT32، وNTFS.

بالنسبة ﻷغلب أنظمة الملفات التي ذكرناها هناك طريقتان لتخصيصها. فالنظام هو إما أن يكون نظام الملفات المزود بقيد حوادث أيْ مزود بقيد للحوادث وإما غير journaled. 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 عداext2.

يتكون كل نظام ملفات من أدلة وأدلة فرعية منفصلة. ومع ذلك هناك اختلافات غير ملحوظة فمثلا 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.

الشبكات :

أغلب أنظمة التشغيل الحديثة قادرة على استخدام بروتوكول الشبكات العالمى TCP/IP. مما يعنى أن أحد اﻷنظمة يمكن أن يظهر في شبكة نظام آخر، ويشاركه المصادر مثل الملفات، و الطابعة، و ماسح الصور.

الكثير من أنظمة التشغيل أيضا تدعم واحد أو أكثر من البروتوكولات التقليدية الخاصة بكل مصنّع، مثل SNA في أنظمة آي‌ بي‌ إم، و البروتوكولات الخاصة بميكروسوفت في ويندوز. هناك أيضا بروتوكولات خاصة بمهام معينة مثل NFS للوصول للملفات.

اﻷمن :

اﻷمن من منظور نظام التشغيل يعنى: التحقق من المستخدمين قبل السماح بالوصول، تصنيف مستوى السماحية بالوصول الذي يملكه المستخدم، و تحجيم مستوى الوصول تبعا للسياسة التي يحددها مدير النظام.

واجهة المستخدم :

أغلب أنظمة التشغيل الحديثة اليوم توفر واجهة مستخدم رسومية(GUI). بعض أنظمة التشغيل اﻷقدم تربط بشكل وثيق بين الواجهة الرسومية و النواة مثل اﻹصدارات اﻷولى من ويندوز و ماك أو.إس. أنظمة التشغيل اﻷحدث تفصل بين نظام الرسوميات الفرعى و النواة (كما في ماك أو.إس.إكس و اﻷنظمة المبنية على ويندوز إن.تى.)

مشغلات العتاد :

مشغل العتاد هو قطعة من برمجيات الحاسوب صممت لتسمح بالتفاعل بين العتاد والبرمجيات.

واجهة التطبيقات :

هذه الواجهة توفر لمطوري البرامج والتطبيقات مجموعة من الدوال الأساسية التي يكثر استعمالها مثل دوال لادارة الذاكرة والدوال الرسومية ودوال لادارة الملفات وغيرها . هذه الواجهة تسهل عمل المبرمج حيث انها توفر عليه القيام بهذه المهمات في البرامج التي يكتبها .

الوظائف الأساسية :

لنظام التشغيل وظائف أساسية في عمل الحاسوب من أهمها:

   * تنظيم ملفات المستخدم على العديد من وسائط التخزين (Storage Media) كالقرص الصلب والقرص المضغوط (CDROM). كما و يعتمد كل نظام تشغيل على نظام ملف( File System) خاص به، مثلا، تعتمد معظم أنظمة تشغيل مايكروسوفت ويندوز الجديدة على نظام NTFS.

   * تنظيم البرامج المحمَلة على الحاسوب و قطع الأجهزة(hardware) المتصلة به، كالشاشة و الطابعة و لوحة المفاتيح...الخ

   * معالجة أخطاء قطع الأجهزة و البرامج و تفادي خسارة المعلومات.

   * المحافظة على سرية النظام و ذلك لضمان عدم الوصول غير المسموح به للبيانات و البرمجيات.

   * إدارة الذاكرة الرئيسية و وحدات الإدخال و الإخراج و إدارة وحدة المعالجة و وحدات التخزين الثانوي.

بعض الانظمة المتوفرة :

   * مايكروسوفت ويندوز، طور في العام 1992 في النسخة Widows3.1 .

   * ماك أو إس عشرة من شركة أبل، الذي بدأ تطويره في عام ١٩٨١ ، ذي المصدر المفتوح والذي يتمتع بشهرة كبيرة في المجال الإعلامي والتلفزيوني .

   * جنو/لينكس الحر مفتوح المصدر. (يمكن تنزيله عبر الانترنت) .

   * يونكس. طور في العام 1969، يتمتع بشهرة كبيرة في الأوساط الأكاديمية لدوره الكبير في تطوير شبكة إنترنت.

   * رياكت أو إس نظام تشغيل حر مفتوح المصدر متوافق مع نظام ويندوز.

   * إم إس – دوس .

   * أو إس/2 المطور من قبل اي بي ام .

   * سولاريس: و هو نظام تشغيل قوى و يتمتع بواجهة رسومية.