This post is also available in: English (الإنجليزية)
نظام التشغيل (OS) هو برنامج يعمل كواجهة بين مكونات أجهزة الكمبيوتر والمستخدم. يجب أن يحتوي كل نظام كمبيوتر على نظام تشغيل واحد على الأقل لتشغيل البرامج الأخرى. تحتاج تطبيقات مثل MS Office ، والألعاب ، والمتصفحات ، وما إلى ذلك ، إلى بعض البيئة لتشغيل وأداء مهامها.
يساعدك نظام التشغيل على التواصل مع الكمبيوتر دون معرفة كيفية التحدث بلغة الكمبيوتر. لا يمكن للمستخدم استخدام أي جهاز كمبيوتر أو جهاز محمول دون وجود نظام تشغيل.
هناك أنواع مختلفة من أنظمة التشغيل المتاحة تناسب أنواعًا مختلفة من الأجهزة والتطبيقات. هناك 5 أنواع أساسية من أنظمة التشغيل للتشغيل الفعال لأجهزة الكمبيوتر
هذه هي الأنواع الخمسة لأنظمة التشغيل.
نظام التشغيل الدفعي
لا يتفاعل هذا النوع من أنظمة التشغيل مع الكمبيوتر بشكل مباشر. هناك عامل يأخذ وظائف مماثلة لها نفس المتطلبات ويجمعها في مجموعات. تقع على عاتق المشغل مسؤولية فرز الوظائف ذات الاحتياجات المماثلة.
يقوم كل مستخدم بإعداد وظيفته على جهاز غير متصل بالإنترنت مثل البطاقات المثقوبة وإرسالها إلى مشغل الكمبيوتر. لتسريع المعالجة ، يتم تجميع المهام ذات الاحتياجات المماثلة معًا وتشغيلها كمجموعة. يخرج المبرمجون من برامجهم مع المشغل ثم يقوم المشغل بفرز البرامج ذات المتطلبات المماثلة إلى دفعات.
المشاكل التي تحدث مع أنظمة التشغيل الدفعية هي كما يلي –
- هناك نقص في التفاعل بين المستخدم والوظيفة.
- غالبًا ما تكون وحدة المعالجة المركزية في وضع الخمول لأن سرعة أجهزة الإدخال / الإخراج الميكانيكية أبطأ من وحدة المعالجة المركزية.
- من الصعب إعطاء الأولوية المطلوبة.
فيما يلي مزايا وعيوب نظام التشغيل الدفعي:
مزايا:
- ازدواجية البرامج أقل احتمالا
- يتم إعطاء كل مهمة أهمية متساوية
- يمكن تقليل وقت خمول وحدة المعالجة المركزية
سلبيات:
- مشكلة الموثوقية
- يجب الاهتمام بأمن وسلامة بيانات المستخدم والبرامج
- هناك مشكلة في اتصال البيانات
بعض الأمثلة على التطبيقات التي تستخدم أنظمة التشغيل الدفعية هي نظام كشوف المرتبات وإنشاء كشوف الحسابات البنكية وما إلى ذلك.
نظام تشغيل تقاسم الوقت
مشاركة الوقت هي تقنية تمكن العديد من الأشخاص الموجودين في محطات طرفية مختلفة من استخدام نظام كمبيوتر معين في نفس الوقت. تعد مشاركة الوقت أو تعدد المهام امتدادًا منطقيًا للبرمجة المتعددة. يُطلق على وقت المعالج الذي يتم مشاركته بين عدة مستخدمين في وقت واحد اسم مشاركة الوقت.
يتمثل الاختلاف الرئيسي بين أنظمة الدُفعات المبرمجة المتعددة وأنظمة مشاركة الوقت في أنه في حالة أنظمة الدُفعات متعددة البرامج ، يكون الهدف هو زيادة استخدام المعالج إلى أقصى حد ، بينما في أنظمة مشاركة الوقت ، يكون الهدف هو تقليل وقت الاستجابة.
يتم تنفيذ مهام متعددة بواسطة وحدة المعالجة المركزية (CPU) عن طريق التبديل بينها ، ولكن تحدث التبديل بشكل متكرر. وبالتالي ، يمكن للمستخدم تلقي استجابة فورية. على سبيل المثال ، في معالجة المعاملات ، يقوم المعالج بتنفيذ كل برنامج مستخدم في دفعة قصيرة أو كمية من الحساب. بمعنى ، إذا كان عدد المستخدمين موجودين ، فيمكن لكل مستخدم الحصول على كمية الوقت. عندما يرسل المستخدم الأمر ، يكون وقت الاستجابة في بضع ثوانٍ على الأكثر.
يستخدم نظام التشغيل جدولة وحدة المعالجة المركزية (CPU) والبرمجة المتعددة لتزويد كل مستخدم بجزء صغير من الوقت. تم تعديل أنظمة الكمبيوتر التي تم تصميمها بشكل أساسي كنظم دفعات لأنظمة مشاركة الوقت.
تمر كل عملية من العمليات من خلال الحالات الثلاث التالية أثناء المعالجة:
- الحالة النشطة: يخضع برنامج المستخدم لسيطرة وحدة المعالجة المركزية. يتوفر برنامج واحد فقط في هذه الحالة.
- حالة الاستعداد: برنامج المستخدم جاهز للتنفيذ ولكنه ينتظر دوره للحصول على وحدة المعالجة المركزية. يمكن أن يكون أكثر من مستخدم في حالة الاستعداد في نفس الوقت.
- حالة الانتظار: ينتظر برنامج المستخدم بعض عمليات الإدخال / الإخراج. يمكن أن يكون أكثر من مستخدم في حالة انتظار في وقت واحد.
فيما يلي مزايا وعيوب نظام تشغيل مشاركة الوقت:
مزايا:
- يوفر ميزة الاستجابة السريعة.
- يتجنب ازدواجية البرامج.
- يقلل وقت خمول وحدة المعالجة المركزية.
سلبيات:
- مشكلة الموثوقية.
- مسألة أمن وسلامة برامج وبيانات المستخدم.
- مشكلة اتصال البيانات.
يمكن أن يكون السيناريو التالي مثالاً على مشاركة الوقت: أثناء استخدامنا للهاتف الذكي ، يمكننا الاستماع إلى الأغاني والبحث عن شيء ما وعرض الصور وتظهر الإخطارات المختلفة جنبًا إلى جنب. يتم تمكين كل هذا من خلال نظام تشغيل تقاسم الوقت فقط. يقوم نظام التشغيل بالتبديل بين هذه المهام مرارًا وتكرارًا بحيث يتم تنفيذها جميعًا بشكل مستمر.
نظام التشغيل الموزع
هذه الأنواع من أنظمة التشغيل هي تقدم حديث في عالم تكنولوجيا الكمبيوتر ويتم قبولها على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم ، وهذا أيضًا بوتيرة كبيرة. تتواصل العديد من أجهزة الكمبيوتر المترابطة المستقلة مع بعضها البعض باستخدام شبكة اتصالات مشتركة. تمتلك الأنظمة المستقلة وحدة الذاكرة ووحدة المعالجة المركزية الخاصة بها.
ويشار إلى هذه الأنظمة المتقاربة بشكل فضفاض أو الأنظمة الموزعة. تختلف معالجات هذا النظام في الحجم والوظيفة. تتمثل الفائدة الرئيسية للعمل مع هذه الأنواع من نظام التشغيل في أنه من الممكن دائمًا أن يتمكن مستخدم واحد من الوصول إلى الملفات أو البرامج غير الموجودة بالفعل على نظامه ولكن بعض الأنظمة الأخرى المتصلة داخل هذه الشبكة ، مثل تمكين الوصول عن بُعد داخل الأجهزة المتصلة في تلك الشبكة.
فيما يلي مزايا وعيوب نظام التشغيل الموزع:
مزايا:
- لن يؤثر فشل أحدهما على اتصالات الشبكة الأخرى ، حيث أن جميع الأنظمة مستقلة عن بعضها البعض
- يزيد البريد الإلكتروني من سرعة تبادل البيانات
- نظرًا لأنه يتم مشاركة الموارد ، فإن الحساب سريع للغاية ودائم
- يقلل التحميل على الكمبيوتر المضيف
- هذه الأنظمة قابلة للتطوير بسهولة حيث يمكن إضافة العديد من الأنظمة بسهولة إلى الشبكة
- يقلل التأخير في معالجة البيانات
سلبيات:
- سيؤدي فشل الشبكة الرئيسية إلى إيقاف الاتصال بالكامل
- لإنشاء أنظمة موزعة ، لم يتم تحديد اللغة المستخدمة بشكل جيد حتى الآن
- هذه الأنواع من الأنظمة ليست متاحة بسهولة لأنها باهظة الثمن. ليس فقط أن البرنامج الأساسي معقد للغاية ولم يتم فهمه جيدًا حتى الآن
بعض التطبيقات التي تستخدم أنظمة التشغيل الموزعة هي
- قد تتطلبطبيعة التطبيق ذاتها استخدام شبكة اتصال تربط عدة أجهزة كمبيوتر: على سبيل المثال ، البيانات المنتجة في موقع مادي واحد والمطلوبة في موقع آخر.
هناك العديد من الحالات التي يكون فيها استخدام جهاز كمبيوتر واحد ممكنًا من حيث المبدأ ، ولكن استخدام نظام موزع مفيدلأسباب عملية. على سبيل المثال ، قد يكون الحصول على المستوى المطلوب من الأداء أكثر فعالية من حيث التكلفة باستخدام مجموعة من عدة أجهزة كمبيوتر منخفضة الجودة ، مقارنةً بجهاز كمبيوتر واحد متطور.
يمكن أن يوفر النظام الموزع موثوقية أكثر من النظام غير الموزع ، حيث لا توجد نقطة واحدة للفشل. علاوة على ذلك ، قد يكون توسيع وإدارة النظام الموزع أسهل من نظام أحادي المعالج.
نظام تشغيل الشبكة
نظام تشغيل الشبكة هو نظام تشغيل كمبيوتر يسهل توصيل وتوصيل العديد من أجهزة الكمبيوتر المستقلة عبر الشبكة. الكمبيوتر المستقل هو جهاز كمبيوتر مستقل له ذاكرة محلية خاصة به وأجهزته و O.S. إنه قادر على أداء العمليات والمعالجة لمستخدم واحد. يمكنهم إما تشغيل نفس أو مختلف O.S.
يعمل نظام تشغيل الشبكة بشكل أساسي على جهاز كمبيوتر قوي يقوم بتشغيل برنامج الخادم. إنه يسهل الأمان والقدرة على إدارة البيانات والمستخدم والمجموعة والتطبيق ووظائف الشبكة الأخرى. تتمثل الميزة الرئيسية لاستخدام نظام تشغيل الشبكة في أنه يسهل مشاركة الموارد والذاكرة بين أجهزة الكمبيوتر المستقلة في الشبكة.
ويمكنه أيضًا تسهيل وصول أجهزة الكمبيوتر العميلة إلى الذاكرة والموارد المشتركة التي يديرها كمبيوتر الخادم. بمعنى آخر ، تم تصميم نظام تشغيل الشبكة بشكل أساسي للسماح لعدة مستخدمين بمشاركة الملفات والموارد عبر الشبكة.
نظام تشغيل الشبكة غير شفاف بطبيعته. تدرك محطات العمل المتصلة بالشبكة تعدد أجهزة الشبكة. يمكن لأنظمة تشغيل الشبكة توزيع مهامها ووظائفها بين العقد المتصلة في الشبكة ، مما يعزز الأداء العام للنظام. يمكن أن يسمح بالوصول المتعدد إلى الموارد المشتركة بشكل متزامن ، مما يؤدي إلى عدم الكفاءة. يعد الوصول عن بُعد من أهم أولويات استخدام نظام تشغيل الشبكة.
يسهل على محطة عمل واحدة الاتصال والتواصل مع محطة عمل أخرى بطريقة آمنة. لتوفير الأمن ، لديها وظيفة المصادقة والتحكم في الوصول. ينفذ نظام تشغيل الشبكة الكثير من البروتوكولات عبر الشبكة ، مما يوفر التنفيذ المناسب لوظائف الشبكة. يتمثل أحد عيوب نظام تشغيل الشبكة في طبيعته شديدة الترابط في الشبكة.
بعض الأمثلة على نظام تشغيل الشبكة هي Novel Netware وMicrosoft Windows server (2000 ، 2003 ، 2008) ، Unix، Linux ، إلخ.
فيما يلي مزايا وعيوب نظام تشغيل الشبكة:
مزايا:
- خوادم مركزية عالية الاستقرار
- يتم التعامل مع المخاوف الأمنية من خلال الخوادم
- يتم دمج التقنيات الجديدة وتدرج الأجهزة بسهولة في النظام
- يمكن الوصول إلى الخادم عن بُعد من مواقع وأنواع مختلفة من الأنظمة
سلبيات:
- الخوادم مكلفة
- يجب أن يعتمد المستخدم على موقع مركزي لمعظم العمليات
- الصيانة والتحديثات مطلوبة بانتظام
نظام تشغيل في الوقت الحقيقي
نظام التشغيل في الوقت الحقيقي هو نظام تشغيل يهدف إلى خدمة التطبيقات في الوقت الفعلي التي تعالج البيانات فور ورودها ، وغالبًا بدون تأخير في المخزن المؤقت.
في نظام التشغيل في الوقت الفعلي ، يتم حساب متطلبات وقت المعالجة بعشر الثواني من الوقت. إنه نظام محدد زمنيًا يمكن تعريفه على أنه قيود زمنية ثابتة. في هذا النوع من النظام ، يجب أن تتم المعالجة داخل القيود المحددة. خلاف ذلك ، سيفشل النظام.
فيما يلي أسباب مهمة لاستخدام نظام التشغيل في الوقت الفعلي:
- يوفر جدولة قائمة على الأولوية ، مما يسمح لك بفصل المعالجة التحليلية عن المعالجة غير الحرجة.
- يوفر نظام التشغيل في الوقت الحقيقي وظائف API التي تسمح برمز تطبيق أنظف وأصغر.
- يؤدي استخلاص تبعيات التوقيت والتصميم المستند إلى المهام إلى تقليل الاعتماد المتبادل بين الوحدات.
- يوفر نظام التشغيل في الوقت الحقيقي تطويرًا معياريًا قائمًا على المهام ، مما يسمح باختبار معياري قائم على المهام.
- تشجع واجهة برمجة التطبيقات القائمة على المهام التطوير المعياري كمهمة ، وعادة ما يكون لها دور محدد بوضوح. يسمح للمصممين / الفرق بالعمل بشكل مستقل على أجزاء المشروع الخاصة بهم.
- يعتمد نظام التشغيل في الوقت الفعلي على الأحداث دون إهدار للوقت في وقت المعالجة للحدث الذي لم يحدث.
مكونات نظام التشغيل في الوقت الحقيقي
هنا ، عنصر مهم في نظام التشغيل في الوقت الحقيقي
المجدول: يخبر هذا المكون من نظام التشغيل في الوقت الحقيقي أنه في أي ترتيب ، يمكن تنفيذ المهام التي تعتمد بشكل عام على الأولوية.
المعالجة المتعددة المتماثلة (SMP): هي عبارة عن عدد من المهام المختلفة المتعددة التي يمكن معالجتها بواسطة نظام التشغيل في الوقت الحقيقي بحيث يمكن إجراء المعالجة المتوازية.
مكتبة الوظائف: هي عنصر مهم في نظام التشغيل في الوقت الحقيقي الذي يعمل كواجهة تساعدك على توصيل kernel وكود التطبيق. يتيح لك هذا التطبيق إرسال الطلبات إلى Kernel باستخدام مكتبة الوظائف بحيث يمكن للتطبيق إعطاء النتائج المرجوة.
إدارة الذاكرة: هذا العنصر ضروري في النظام لتخصيص الذاكرة لكل برنامج ، وهو أهم عنصر في نظام التشغيل في الوقت الحقيقي.
زمن انتقال الإرسال السريع: هو فاصل زمني بين إنهاء المهمة التي يمكن تحديدها بواسطة نظام التشغيل والوقت الفعلي الذي يستغرقه مؤشر الترابط ، الموجود في قائمة الانتظار الجاهزة ، والذي بدأ المعالجة.
كائنات وفئات البيانات المعرفة من قبل المستخدم:يستخدم نظام التشغيل في الوقت الحقيقي لغات البرمجة مثل C أو C ، والتي يجب تنظيمها وفقًا لعملية التشغيل.
فيما يلي مزايا وعيوب نظام تشغيل الشبكة:
مزايا:
- الاستهلاك الأقصى: أقصى استخدام للأجهزة والنظام. وبالتالي المزيد من الإنتاج من جميع الموارد.
- تحويل المهام: الوقت المخصص لتغيير المهام في هذه الأنظمة أقل بكثير. على سبيل المثال في الأنظمة القديمة يستغرق الأمر حوالي 10 ثوانٍ دقيقة. يستغرق تحويل مهمة إلى أخرى وفي أحدث الأنظمة 3 ثوانٍ دقيقة.
- التركيز على التطبيق: ركز على التطبيقات قيد التشغيل وأقل أهمية للتطبيقات الموجودة في قائمة الانتظار.
- نظام التشغيل في الوقت الفعلي في النظام المضمن: نظرًا لأن حجم البرامج صغير ، يمكن أيضًا أن يكون RTOS أنظمة مضمنة مثل أنظمة النقل وغيرها.
- خالية من الأخطاء: هذه الأنواع من الأنظمة خالية من الأخطاء.
- تخصيص الذاكرة: من الأفضل إدارة تخصيص الذاكرة في هذا النوع من الأنظمة.
سلبيات:
- مهام محدودة: يتم تشغيل عدد قليل جدًا من المهام في نفس الوقت ويكون تركيزها أقل على عدد قليل جدًا من التطبيقات لتجنب الأخطاء.
- استخدام موارد النظام الثقيلة: في بعض الأحيان لا تكون موارد النظام جيدة جدًا وهي باهظة الثمن أيضًا.
- الخوارزميات المعقدة: الخوارزميات معقدة للغاية ويصعب على المصمم الكتابة عليها.
- برنامج تشغيل الجهاز وإشارات المقاطعة: يحتاج إلى برامج تشغيل أجهزة محددة وإشارات المقاطعة للاستجابة في أقرب وقت للمقاطعات.
- أولوية الخيط: ليس من الجيد تعيين أولوية الخيط لأن هذه الأنظمة أقل تأثراً بتبديل المهام.
بعض التطبيقات التي تستخدم نظام التشغيل في الوقت الحقيقي هي:
- نظام حجز شركات الطيران.
- نظام مراقبة الحركة الجوية.
- الأنظمة التي توفر التحديث الفوري.
- تُستخدم في أي نظام يوفر معلومات محدثة ودقيقة عن أسعار الأسهم.
- أنظمة تطبيقات الدفاع مثل RADAR.
- أنظمة الوسائط المتعددة الشبكية
- أنظمة التحكم في القيادة
- الاتصال الهاتفي عبر الإنترنت
- أنظمة الفرامل المانعة للانغلاق
- جهاز تنظيم ضربات القلب القلب
