كيف يعمل نظام التشغيل ؟

ماهو Operating System  ؟

ما هو نظام التشغيل Operating System ,عندما تقوم بتشغيل جهاز الكمبيوتر الخاص بك، فمن الجميل أن تعتقد أنك المسيطر على ذلك . فوجود الفأرة يضمن لك التحرك في أي مكان على الشاشة، تستطيع بكل سهولة  استدعاء مكتبة الموسيقى الخاصة بك أو متصفح الإنترنت في أي وقت . على الرغم من أنه من السهل أن تشعر وكأنك المسؤول أمام سطح المكتب أو الكمبيوتر المحمول، الا أن هناك الكثير ما يحدث في الداخل، ونظام التشغيل هو المسؤول عن كل هذه العمليات .

معظم أجهزة الكمبيوتر المكتبية أو المحمولة تأتي محملة مسبقا ب Microsoft Windows. أجهزة الكمبيوتر Macintosh تأتي محملة مسبقا مع نظام التشغيل Mac OS X  . العديد من خوادم الشركات تستخدم أنظمة التشغيل Linux أو UNIX. نظام التشغيل (OS) هو أول شيء يتم تحميله على الكمبيوتر – من دون نظام التشغيل، الكمبيوتر لا فائدة منه.

ليس لدى جميع أجهزة الكمبيوتر أنظمة تشغيل. على سبيل المثال الكمبيوتر الذي يتحكم في فرن الميكروويف  microwave oven  في المطبخ الخاص بك ، لا يحتاج إلى نظام التشغيل. لديه مجموعة من المهام لأدائها، ومدخلات واضحة جدا وبسيطة للاتمام (لوحة مفاتيح مرقمة وعدد قليل من الأزرار). بالنسبة لكمبيوتر مثل هذا، فإن نظام التشغيل سيكون غير ضروري، لانه يزيد من تكاليف التطوير والتصنيع بشكل كبير بالإضافة للتعقيد حيث هذا ليس مطلوب. بدلا من ذلك، الكمبيوتر في فرن الميكروويف ببساطة يدير برنامج واحد hard-wired  .

وظائف نظام التشغيل

بالنسبة إلى الأجهزة الأخرى، فإن نظام التشغيل operating system  على أبسط مستوى، يفعل أمرين له :

1. يدير الموارد المادية والبرمجية . في الكمبيوتر على سطح المكتب، تشمل هذه الموارد أشياء مثل المعالج والذاكرة ومساحة القرص وأكثر من ذلك (على الهاتف المحمول، فإنها تشمل لوحة المفاتيح، والشاشة، ودفتر العناوين، سجل الهاتف، والبطارية واتصال الشبكة).
2. يوفر وسيلة مستقرة ومنسقة للتطبيقات للتعامل مع الأجهزة دون الحاجة إلى معرفة كل تفاصيل الأجهزة.

المهمة الأولى، الموارد المادية والبرمجية مهمة جدا، تتنافس مختلف البرامج ووسائل الإدخال على اهتمام وحدة المعالجة المركزية (CPU) والذاكرة ووحدات الإدخال/الإخراج (I/O) والتخزين , لكلٍ استخدامه . وبهذه الصفة، يلعب نظام التشغيل الدور الرئيسي، مع التأكيد أن كل تطبيق يحصل على الموارد اللازمة له في حين يقوم بعمله بشكل جيد مع باقي التطبيقات الأخرى.

أنواع نظم التشغيل

ضمن عائلة واسعة من أنظمة التشغيل، هناك عموما أربعة أنواع، ويتم تصنيفها على أساس أنواع أجهزة الكمبيوتروأنواع التطبيقات التي تدعمها. والفئات هي:

• Real-time operating system (RTOS) – يٌستخدم هذا النوع من نظم التشغيل للسيطرة على الآلات والأدوات العلمية والنظم الصناعية. و RTOS عادة لديه القليل جدا من امكانيات واجهة المستخدم user-interface ، ولايتضمن خدمات للمستخدم النهائي end-user ، لأن النظام سيكون “محكم الإغلاق” عند تسليمه للمستخدم. جزء مهم جدا من RTOS هو إدارة موارد الكمبيوتر حيث أن عملية معينة يتم تنفيذها في الوقدد المحدد لها بدقة ، في كل مرة تحدث فيها.
• Single-user, single task – كما يوحي الاسم، تم تصميم نظام التشغيل هذا لإدارة الكمبيوتر بحيث يمكن لمستخدم واحد القيام بمهمة واحدة فقط على نحو فعال  . نظام التشغيل Palm OS  لأجهزة الكمبيوتر المحمولة هو مثال جيد على  نظام تشغيل المهام الواحدة.
• Single-user, multi-tasking – هذا هو نوع نظام التشغيل الذي يستخدمه معظم الناس على أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة اليوم. مايكروسوفت ويندوز ومنصات MacOS  Apple , هي على حد سواء أمثلة لأنظمة التشغيل التي تسمح لمستخدم واحد لديها أن يكون عنده عدة برامج في تعمل في نفس الوقت. على سبيل المثال، من الممكن تماما لمستخدم ويندوز كتابة ملاحظة في معالج النصوص أثناء تنزيل ملف من الإنترنت وفي نفس الوقت طباعة نص رسالة بريد إلكتروني.
• Multi-user – A multi-user  متعدد المستخدمين – نظام التشغيل متعدد المستخدمين يسمح للعديد من المستخدمين للاستفادة من موارد الكمبيوتر في وقت واحد. يجب أن يتأكد نظام التشغيل من أن متطلبات المستخدمين متوازنة وأن كل برنامج يستخدمه لديه موارد كافية ومنفصلة بحيث لا تؤثر مشكلة مع مستخدم واحد على باقي المستخدمين. أنظمة التشغيل Unix, VMS  و انظمة التشغيل المركزية ، مثل MVS ، هي أمثلة على أنظمة التشغيل متعددة المستخدمين.

نظام التشغيل في جهاز الكمبيوتر

عند تشغيل جهازك الكمبيوتر، يكون أول برنامج يتم تشغيله عادة هو مجموعة من التعليمات المحفوظة في ذاكرة القراءة فقط للكمبيوتر (ROM). يقوم هذا البرنامج بفحص الموارد المادية للنظام ويتأكد من أن كل شيء يعمل بشكل صحيح .

يقوم الاختبار الذاتي power-on self test (POST) بالتحقق من وحدة المعالجة المركزية (CPU) والذاكرة، ووحدات الإدخال والإخراج الأساسية input-output systems (BIOS)  على الأخطاء ويخزن النتيجة في موقع ذاكرة مخصص.

وبمجرد انتهاء POST بنجاح، سوف يبدأ البرنامج تحميلها في ROM (تسمى أحيانا BIOS أو البرامج الثابتة) لتنشيط محركات أقراص الكمبيوتر. في معظم أجهزة الكمبيوتر الحديثة، عندما ينشط الكمبيوتر محرك الأقراص الثابتة، يجد أول قطعة من نظام التشغيل: bootstrap loader.

bootstrap loader هو برنامج صغير يحتوي على وظيفة واحدة: يحمًل نظام التشغيل في الذاكرة ويسمح لبدء التشغيل. في أبسط شكل، محمل بوتستراب bootstrap loader يعين برامج التشغيل الصغيرة التي تتفاعل ويعمل على التحكم في النظم الفرعية للأجهزة المختلفة للكمبيوتر. يقوم بتعيين أقسام الذاكرة التي يتضمنها نظام التشغيل، بالاضافة الى معلومات المستخدم والتطبيقات.

يقوم  بتحديد هياكل البيانات التي ستحمل عدد لا يحصى من الإشارات والأعلام و semaphores  التي تستخدم للاتصال داخل وبين النظم الفرعية وتطبيقات الكمبيوتر. ثم ينقل التحكم بالكمبيوترإلى نظام التشغيل.

مهام نظام التشغيل، بالمعنى الأكثر عموما، تقع في ست فئات:

• إدارة المعالج Processor management
• إدارة الذاكرة Memory management
• إدارة الجهاز Device management
• ادارة التخزين Storage management
• واجهة التطبيق Application interface
• واجهة المستخدم User interface

في حين أن البعض يجادلون بأن نظام التشغيل يجب أن يفعل أكثر من هذه المهام الستة، وبعض بائعي نظام التشغيل يقومون ببناء العديد من البرامج المرفقة والوظائف المساعدة في أنظمة التشغيل الخاصة بهم، فإن هذه المهام الستة هي أهم أنواع أنظمة التشغيل تقريبا.