أنظمة التشغيل : 5 وظائف أساسية في إدارة العتاد

أنظمة التشغيل وبالإنجليزية Operating Systems هو برنامج قادر على إدارة كافة التطبيقات الاخرى في الكمبيوتر ويمكن التحكم به عن طريق واجهة تطبيق محددة تسمى API.

 توفر واجهة التطبيق API التفاعل المباشر للمستخدمين مع وظائف أنظمة التشغيل كما يمكن الوصول الى وظائفها أيضًا عن طريق CLI.

 بينما تعتبر واجهة المستخدم الرسومية GUI  هي الطريق الأفضل للتحكم بأنظمة التشغيل منذ أكثر من عقدين ماضيين.

بالتالي اذا ما تطلعنا إلى هذا المفهوم فإنه يعتبر الوسيط التفاعلي المباشر بين المستخدم والأداة الإلكترونية.

مع ذلك إذا تطلعنا بدور نظام التشغيل في الكمبيوتر ، فسنجد أنها تلك التي تخصص موارد الحاسب وتديرها بطريقة أرشيفية وروتينية.

لقد ظهرت أنظمة التشغيل ولأول مرة عام 1956 من قبل مركز الأبحاث جنرال موتورز.

ولذلك الأمر فقد دعت الحاجة إلى تطوير أنظمة وظيفية قادرة على العمل مع أجهزة من طراز IBM 704.

حواسيب MainFraimed

إن أهم ما يتم التعبير عنه هو أجهزة MainFraimed التي بدورها كانت تفتقر لإحدى أهم الخصائص وعلى رأسها أنظمة التشغيل.

كما أنها لم تكن لتسمح بوجود أكثر من مستخدم مع جدولة فترات الإستخدام لفترات محددة.

تستقبل هذه الأجهزة برامج مؤقتة تقوم بتنفيذ الخوارزمية إلى أن يتم تحطيمها أو التخلي عنها.

ثم بعد ذلك يقوم البرنامج من تلقاء نفسه بالتخلص من قمامة المعالجة مقدمًا بذلك نتائجه على النحو المطلوب.

ومع ذلك فقد كانت أدوات التحكم آنذاك موجودة ومتعارف عليها بالطبع مثل لوحة التحكم وتبديل المفاتيح بالإضافة إلى أضواء اللوحة التي كانت مرشدا للمستخدمين.

لم يستمر الأمر طويلا حتى تم الاستغناء عن هذه الطريقة في بناء البرامج والبدء في تطبيق مكتبات تعمل على البطاقات المثقوبة والأشرطة الممغنطة.

وبذلك فهي أدوات يتم ربطها مع برنامج المستخدم تظهر نتائج المعالجة والتي مثل المدخلات والمخرجات , وهذه هي البادئة في نشأة أنظمة التشغيل الحديثة.

أول نظام تشغيل في العالم

لقد تم تطوير أول نظام تشغيل في منتصف الخمسينيات من القرن الماضي فهو لا زال له تأثير ملموس على قدرة الحاسبات الحالية.

حيث كان يوفر نظام GMOS المطور من قبل IBM رؤية مستقبلية حقيقية لحاسبات الغد.

 ومع ذلك قبل ظهور هذه الخوارزمية كان الحاسوب قادرا على تنفيذ برنامج واحد فقط للمستخدم.

 على سبيل المثال في وقت Backend  من العمليات كان  النظام مسؤول عن تشغيل العديد من التطبيقات في آن واحد.

 بينما يتم احتساب وحدة المعالجة المركزية بنظام الدفعات احاديه الدفق مع وجود مسؤولين على عمليات الإدخال والإخراج.

لغات التجميع

لو رجعت في النظر الى مصادر القرن السابق من علم الحاسبات لوجدت ان البرمجه كانت تتم من خلال التلاعب بدوائر الآلة.

 يمكن تسميتها أيضا بلغات التجميع وهي مطورة مباشره من دوائر الآلات , لكنها تتصف بكتابة التعليمات البرمجية التي تخضع لها تلك الأجهزة.

 لم يدم الأمر طويلا مع لغات التجميع وسرعان ما قرر المطورون كتابة مترجم خاص بها.

 على سبيل المثال يمكن اعتبار لغه سي احدى الادوات التي تتفاعل بشكل مباشر مع المترجم.

 وحتى لغة سي بلس بلس وما بعدها يمكن من خلالها الوصول المباشر للمترجمات و التأثير الحقيقي على الآلة.

تعمل على خوارزمية ثابتة تم إعدادها مسبقًا للعمل بشكل متكرر في جميع إصدارات الأنظمة الإلكترونية.

ومع ذلك يتم زيادة حجم تلك الخوارزميات بناءً على حاجة الشركة المصنعة وإرفاقها بشرائح جديدة داخل الأجهزة.

سنذكر أهم مكونات نواة التشغيل بطريقة مفاهيمية مبسطة.

إدارة الذاكرة

يتم استخدام الذاكرة في أنظمة التشغيل بالطريقة المثلى ، لتجنب إهدار المساحة المخصصة لإدارة الذاكرة.

وبالتالي يُسمح بتشغيل المزيد من الملفات والبرامج التي تشغل جزءًا ثابتًا أو مؤقتًا من الذاكرة.

أنواع إدارة الذاكرة داخل الأنظمة :

• إدارة ذاكرة البيع بالتجزئة الثابتة.
• الإدارة الديناميكية للذاكرة.

تدل الأولى على ميزات إدارة ذاكرة البيع بالتجزئة.

والتي تعمل بدورها على تقسيم الذاكرة إلى حجم ثابت وقبول تحميل البرامج المختلفة بداخلها.

بينما تشير الأخرى بأنها إحدى ميزات إدارة الذاكرة.

 ومع ذلك فهي تساعد على حجز مساحات في حلقة دون وجود مساحات تخزين فارغة محجوزة داخل نظام التشغيل.

إدارة المعالجة في أنظمة التشغيل

وهي الوحدة المركزية القادرة على إدارة إدارة بيانات المعالجة.

على سبيل المثال هي المكون الرئيسي الذي يفسر العمليات ومعالجة البيانات داخل البرنامج.

 أضف إلى ذلك بأنها الموجه الرئيسي لأهم قطع ومكونات الأجهزة.  

تشمل إدارة العمليات في أنظمة التشغيل ما يلي:

• سجل عنوان الذاكرة: هو اصطلاح يسجل معرفات الوصول للذاكرة التي سيتم جلب البيانات منها.
• Program Counter: هو تعبير اصطلاحي لـ Program Counter ، والذي يعمل على تسلسل التعليمات من خلال قفزات الكمبيوتر أثناء المعالجة ونقل تسلسلات الذاكرة عند استيرادها بعنوان IP جديد.
• تسجيل ذاكرة التخزين المؤقت: هذا حجز مؤقت للإرشادات التي تم جلبها من الذاكرة.سجل التعليمات: هو تعبير اصطلاحي لسجل التعليمات ، يقوم على تعليمات فك التشفير عند جلبها من ذاكرة التخزين المؤقت لبدء تنفيذها في الحساب والمنطق.
• الموقت: السيطرة على الساعة الوقتية في أداء المهام.

إدارة الملفات

إدارة الملفات هي طريقة تتحكم في عملية استدعاء واسترجاع وحذف البيانات من الذاكرة ، وحجز العناوين والأسماء لتلك الملفات التي يتم الرجوع إليها عند الحاجة.

أحد المفاهيم الرئيسية لنظام إدارة الملفات

• تحديد المساحة: هو اصطلاح إدارة التباعد الذي يحدد مساحة ومواقع الملفات على القرص الثابت.
• أسماء الملفات: وهي تستند إلى حجز أسماء ملفات مختلفة للتأكد من تمييزها داخل الذاكرة وعدم تكرار السجلات..
• الدليل: هو دليل / دليل اصطلاحي ، يساعد على فرز المجموعات ويسمى مجلدًا.

إدارة أنظمة التشغيل للجهاز

إدارة الأجهزة: هي القدرة على إدارة موارد الأجهزة بطريقة متكاملة ، مثل وحدات إدخال IO أو منافذ USB أو أي منافذ اتصال خارجية وقنوات تحكم. يمكن تقسيم إدارة الجهاز إلى:

• قطاع الكتلة: يخزن المعلومات في كتلة واحدة ومستقلة ومستقرة مثل الأقراص.
• جهاز الأحرف: على سبيل المثال ، إدارة الطابعات والأجهزة الحرفية الأخرى.
• بطاقة الشبكة: تتولى نقل حزم البيانات.
• تتبع الجهاز: يتتبع جميع الأجهزة داخل نظام الإدخال والإخراج.

IO. إدارة

نظام الإدخال والإخراج: وهو نظام يمكن للمستخدم التعامل معه من خلال وحدات الإدخال والإخراج بالجهاز ، حيث أنه الأقرب إلى المستخدم في نظام وحدة المعالجة. تستخدم أنظمة التشغيل الأوضاع الأساسية للتعامل مع الإدخال / الإخراج:

• الاقتراع polling.
• نمط المبرمج.
• وضع المقاطعة interrupt mode.
• نمط DMA .

إدارة التخزين الثانوية

التخزين الثانوي / إدارة الذاكرة: لا تقل أهمية وتعتبر جزءًا من إدارة أنظمة التشغيل. هي وسائط التسجيل التي تستخدم لحفظ البيانات الرقمية ، ويمكن اعتمادها كتسلسل هرمي للتخزين في أنظمة التشغيل ، وتعمل كعامل تخزين مؤقت داخل الذاكرة.  

مدير الأمان

القاعدة الأساسية في أمان أنظمة التشغيل هي معالجة المخاوف الأمنية بالإضافة إلى تنفيذ الضمانات المطلوبة في حماية الأجهزة.

ولكي تتمتع بجميع خصائص أنظمة التشغيل ، يجب فرض سياسات أمنية تحقق استخدامًا مضمونًا لجميع الميزات. داخل الأجهزة. تأتي تهديدات نظام التشغيل في شكل:

• البرمجيات الخبيثة Malware.
• نفت الهجمات Denied attacks.
• اختراقات شبكية network penetration.
• تجاوز سعة المخزن المؤقت Buffer overflow.

سطر الأوامر command line

هو مترجم يخدم برامج معينة تعتمد عليه لتنفيذ بعض الأوامر ضمن أنظمة التشغيل ، ويتم التحكم فيه من قبل المستخدم عن طريق تزويد الأنظمة بأسطر الأوامر أو ما يسمى بتفسير الأوامر.  

الشبكات Networks

تم توفير إدارة الشبكة والتحكم فيها في الأنظمة وهي معروفة منذ القدم ، وهناك ضرورة لاستخدامها. تعتبر البوابة متصلة بأنظمة تشغيل وأجهزة أخرى ، وتعمل على مشاركة الملفات والوسائط وغيرها من المشاركات عبر الشبكات.  

أهم أنظمة التشغيل المتوفرة لعام 2021

• ويندوز Windows.
• لينيكس Linux.
• آبل system.
• أنظمة HAIKU.
• نواة TAILS.

أنظمة مايكروسوفت

نظام التشغيل ويندوز يعتبر واحدًا من انظمة التشغيل الرسومية التي تم تطويرها من قبل شركة مايكروسوفت.

 ومع ذلك فقد تم اصدار ويندوز بنسخته الرسمية الأولى  في نوفمبر  من عام 1985.

تشتهر هذه الأنظمة من مايكروسوفت بقشرة MS-DOS على سبيل المثال فهي لوحة الاوامر مباشرة الوظائف المتعلقة به.

وبالتالي فقد استحوذ نظام ويندوز على حصة كبيرة في الأسواق لتصل الى 70% وفقا لإحصاءات StatCounter عام 2023.

أنظمة التشغيل لينيكس

نظام لينكس وهو أحد الأنظمة التي تواكبت وتزامنت في منتصف التسعينيات من القرن الماضي.

 بالتالي فهي تعتبر منذ ذلك الحين قاعدة مستخدمين مفتوحة المصدر امتدت عبر العالم.

 يمكن الاشارة الى نظام لينكس باكثر من صوره تقنية على سبيل المثال فهو يتواجد بكثرة في هواتف اندرويد  الذكية.

 ووصل الحال لأن تجد نواة لينكس مدمجة باجهزة التلفاز وأجهزة تنظيم الحرارة والمركبات.

 لا سيما وأنها تسيطر على أفضل 500 جهاز كمبيوتر عملاق في العالم وفي أسواق النقد المالية.

نظام إقلاع مباشر

يقوم هذا النظام في دوره على أكمل وجه تماما مثل أنظمة التشغيل ويندوز وماك وهو في الواقع أحد أكبر المنصات ذات إقبال شعبي كبير في العالم.

من ناحية أجهزة الحاسوب فهو لا يختلف كثيرا عن ويندوز حيث انه يحتوي على ملفات الإقلاع Boot loader.

 يتضمن ايضا نواة فريدة تدير وحده المعالجه المركزيه والذاكره والاجهزه الاخرى.

ومع ذلك لا يزال نظام لينكس من أكثر الأنظمة إثارة للجدل حول العالم.

نظام Apple

ومن جهة أخرى يعتبر نظام التشغيل ماك الأكثر حداثة في عالم الحاسوب باسم ماكينتوش سابقا أو mækoʊˈɛs.

في عام 2001 خضع هذا النظام لتطوير بواسطة شركة التفاحة أبل عن نظام ماكنتوش القديم.

وبالتالي يعتبر بدوره نظام تشغيل أساسي لأجهزة كمبيوتر ماك. على الرغم من له يد طائلة في منصة نيكس ستيب أيضًا.

فهو ثاني أكثر أنظمة التشغيل استخداما حول العالم بعد مايكروسوفت ,  ومع ذلك فقد لقي رواجا أكثر من نظامي لينكس وكروم.

تعود أصوله العام 1984  مع وجود المهندس ستيف جوبز الذي أحدث تأثيرا كبيرا في معمارية هذا النظام.

أنظمة التشغيل Haiku

يعتبر نظام Haiku أحد أنظمة التشغيل المجانية مفتوحة المصدر فهي قادرة على تشغيل التطبيقات المكتوبة لنظام BeOS.

بدأ تطوير انظمة Haiku في عام 2001 ثم بعد ذلك أصبح نظام  تشغيل ذاتي الاستضافة في 2008.

 ولذلك فهو لديه العديد من الإصدارات على سبيل المثال فقد تم إصدار نظام الفا في شهر سبتمبر من عام 2009.

ثم لحقه  الاصدار الاخير في شهر نوفمبر من عام 2012 ,  وبالتالي توالت الاصدارات حتى عام 2022.

 يقبل هذا النظام معمارية 32 بت , ويمكنه تشغيل برامج وتطبيقات حديثة للغاية مثل تطبيقات GTK3.

وبالتالي يتبع هذا النظام منظمه غير ربحيه يقع مقرها في روتشستر نيويورك الولايات المتحدة.

نظام Tails

هو أحد أنظمة التشغيل ذات الأمن السيبراني وتم إصدار أول نسخة Tails في شهر يونيو عام 2009.

 حيث اكتسب هذا النظام مزايا الحماية الآمنة إذ يعود إلى إصدارات Incognito  من توزيعات لينكس.

 يستخدم نظام Tails شبكة Tor  لحماية خصوصية المستخدم عبر الإنترنت.

على سبيل المثال فهو يمنع عمليات الرقابة من قبل الأطراف الثالثة في تحليل سلوك المستخدم.

,ومع ذلك فهو لديه طريقة استخدام خاصة , يتم بدء الإقلاع عبر قرص USB وهو أكثر ما يمكن تشبيهه بالنظام Sandbox من ويندوز.

لكن الأول يقبل في الكتابة على قرص التخزين حتى عند اغلاقه على عكس ساند بوكس الذي لا  يوفر هذه الميزة.

لماذا يتم استخدام أنظمة التشغيل ؟

تدور هناك الكثير من التساؤلات حول  التخلص من نظام الوظائف OS  والرجوع الى تقنيه اخرى او التقدم الى تقنية لا تستدعي هذا التعقيد.

 ومع ذلك عند التخلي عن أنظمة الأتمتة المسبقة سوف ينتج لدينا شيء آخر.

 كل تطبيق يتم استخدامه سوف يحتاج الى واجهة مستخدم خاصة به مع تعليمات برمجية يقوم بتنفيذها بشكل ثانوي في الحاسب.

 ما يعني سوف يتم الرجوع الى الوظائف منخفضة المستوى للحاسب وهي طرق لم يعد بحاجتها أحد.

 على سبيل المثال فهي طرق برمجية ضعيفه سوف تؤدي الى ثقل حجم التطبيقات ومحدودية دعمها من قبل الاجهزة.

بالإضافة إلى الخروج من بيئة Windows و Linux و Mac شيئا فشيئا وهذا بطريقة ما سوف يعيد العجلة من جديد.

المراجع

1. ^ wiki ويكيبيديا.
2. ^ Operating systems OS.
3. ^ When was the First Operating System Developed ?.
4. ^ Microsoft Windows ويكيبيديا.
5. ^ What Is Linux?.
6. ^ mac OS wiki.
7. ^ .Haiku (operating system)
8. ^ .Tails
9. ^ Tails (operating system).