مقال | ماهو نظام التشغيل OS كيف يعمل وما وظيفته
كل ما نراه في الأجهزة الذكية سواء مكتبية او محمولة من قطع مادية معقدة (Hardware) لن يكون لها فائدة بدون نظام التشغيل ، وسوف تكون مجرد قطع جامدة.
لا نفع لها بدون وجود مجموعة كبيرة من البرمجيات (Software) التي تتحكم فيها وتنظم عملها بدقة وتعطيها هذا الذكاء لإداء المهام المعقدة الصعبة.
يطلق على البرمجيات التي تتحكم بجميع عتاد الأجهزة الذكية هو نظام التشغيل Operating System. فما هو نظام التشغيل؟ وما هي أشهر أنواع أنظمة التشغيل؟ هذا ما سنتعرف عليه في مقالتنا هذه.
ماهو نظام التشغيل ؟
نظام التشغيل (OS) هو من يقوم بإدارة جميع التطبيقات والبرامج الأخرى الموجودة في الكمبيوتر، ويتم تحميله وتنزيله إلى الكمبيوتر أو الاجهز المحمولة عن طريق برنامج التمهيد.
فهو يمكن التطبيقات من التفاعل مع أجهزة الكمبيوتر. من خلال واجهة برنامج التطبيق المعينة، تطلب برامج التطبيق الخدمات من نظام التشغيل (API).
ولشرحها بطريقة اسهل هيا مجموعة من البرمجيات المسؤولة عن إدارة الموارد و يمثل وسيطا بين المستخدم و قطع الحاسوب، و يمكن القول أنه جسر لتشغيل برامج المستخدم .
حيث انه يقوم نظام التشغيل بالمهام الأساسية مثل إدارة و تخصيص مصادر الحاسوب كالذاكرة و القرص الصلب و الوصول للأجهزة الملحقة و ترتيب أولوية التعامل مع الأوامر .
وايضا التحكم في أجهزة الإدخال والإخراج مثل لوحة المفاتيح و الشاشة و الطابعة ، كما يعمل نظام التشغيل أيضا على تسهيل التعامل مع جميع مختلف الشبكات و إدارة الملفات بشكل منظم .
تاريخ أنظمة التشغيل
دعونا ناخذ رحلة من بداية استخدام انظمة التشغيل الى وقتنا الحالي والمرور على اهم القفزات التاريخية في انظمة التشغيل .
- تم تصنيع أول كمبيوتر، Z1، في عام 1936 – 1938. ولسوء الحظ، كان هذا الكمبيوتر يعمل بدون نظام تشغيل.
- وبعد مرور عشرين عامًا، تم إنشاء أول نظام تشغيل على الإطلاق في عام 1956.
- في الستينيات، بدأت مختبرات بيل العمل على بناء نظام UNIX، وهو أول نظام تشغيل متعدد المهام.
- في عام 1977 ظهرت سلسلة التفاح إلى الوجود. كان Apple Dos 3.3 أول نظام تشغيل للقرص.
- في عام 1981، قامت شركة مايكروسوفت ببناء أول نظام تشغيل يسمى DOS من خلال شراء برنامج 86 – DOS من إحدى الشركات في سياتل.
- أشهر نوافذ ميكروسوفت ظهرت إلى الوجود في عام 1985 عندما تم إقران MS-DOS مع واجهة المستخدم الرسومية، وهي بيئة رسومية.
وظائف انطمة التشغيل
- إدارة المعالج: يقوم نظام التشغيل بإدارة عمل المعالج من خلال تخصيص وظائف مختلفة له والتأكد من حصول كل عملية على الوقت الكافي من المعالج لتعمل بشكل صحيح.
- الذاكرة: يقوم نظام التشغيل بإدارة تخصيص وإلغاء تخصيص الذاكرة لعمليات مختلفة ويضمن أن العملية الأخرى لا تستهلك الذاكرة المخصصة لعملية واحدة.
- إدارة الأجهزة: هناك العديد من أجهزة الإدخال والإخراج. يتحكم نظام التشغيل في عمل أجهزة الإدخال والإخراج هذه. يتلقى الطلبات من هذه الأجهزة، وينفذ مهمة محددة، ويتواصل مرة أخرى مع عملية الطلب.
- الملفات: يقوم نظام التشغيل بتتبع المعلومات المتعلقة بإنشاء الملفات وحذفها ونقلها ونسخها وتخزينها بطريقة منظمة. كما أنه يحافظ على سلامة البيانات المخزنة في هذه الملفات، بما في ذلك بنية دليل الملفات، عن طريق الحماية ضد الوصول غير المصرح به.
- الأمان: يوفر نظام التشغيل تقنيات متنوعة تضمن سلامة وسرية بيانات المستخدم. يتم استخدام الإجراءات الأمنية التالية لحماية بيانات المستخدم:
- الحماية ضد الوصول غير المصرح به من خلال تسجيل الدخول.
- الحماية ضد التطفل عن طريق إبقاء Firefall نشطًا.
- وايضا حماية ذاكرة النظام من الوصول الخبيث.
- عرض الرسائل المتعلقة بنقاط ضعف النظام.
- اكتشاف الأخطاء: من وقت لآخر، يقوم نظام التشغيل بفحص النظام بحثًا عن أي تهديد خارجي أو نشاط برمجي ضار. كما يقوم أيضًا بفحص الأجهزة بحثًا عن أي نوع من الضرر. تعرض هذه العملية عدة تنبيهات للمستخدم حتى يمكن اتخاذ الإجراء المناسب ضد أي ضرر يلحق بالنظام.
- جدولة المهام: في نظام التشغيل متعدد المهام حيث تعمل برامج متعددة في وقت واحد، يحدد نظام التشغيل التطبيقات التي يجب تشغيلها وبأي ترتيب وكيف يجب تخصيص الوقت لكل تطبيق.
مكونات انظمة التشغيل
يحتوي أي نظام تشغيل في العالم على 5 مكونات أساسية تعمل مع بعضها البعض بتكامل و تناسق و يستحيل بغياب أي مكون منها أن نقول أن هذا نظام تشغيل . و فيما يلي هذه المكونات :
1- النواة :
النواة هي قلب كل نظام تشغيل ، حيث تقوم بدور حلقة الوصل بين عتاد الحاسوب وبرمجياته و تسهر على عملية التحكم بمصادر الجهاز و تنشئ طبقة يمكن للبرمجيات الاتصال بها.
مما يوفر إمكانيات الحاسب الآلي للبرمجيات التي يتحكم فيها المستخدم. بالإضافة إلى ذلك فهي تترجم الأوامر المدخلة إليها من طرف مترجم الأوامر و تنقلها إلى الذاكرة و تنظم المساحات و الأعمال .
وسوف نقوم بشرحها في الاسفل بتفاصيل اكثر حيث انها اهم جزء في نظام التشغيل وتحتاج الى شرح قليلا .
2- البوت لودر :
ما يعبر عنه في الإنجليزية ب Bootloader، و هو البرنامج الموكل بتحميل باقي أجزاء نظام التشغيل بعد نجاح اختبارات التشغيل الذاتي POST .
يتواجد ال Bootloader عادة في أول قرص الإقلاع و يتم استدعائه من قبل ال BIOS اللذي يتلوى نقله من القرص إلى الذاكرة الرئيسية.
3- المكتبات :
يشار إليها في الإنجليزية ب Libraries ، و هي مجموعة من البرامج الفرعية تستخدم لتطوير البرمجيات وهي تحتوي على بيانات توفر خدمات للبرامج المستقلة و بيانات التكوين والتوثيق وبيانات المساعدة.
تضع المكتبات مراجع إلى بعضها البعض تسمى روابط في مجال البرمجة و يقوم بها برنامج يسمى الرابط Linker .
4- أدوات التحكم بالعتاد :
يعرف أيضا بالمشغل أو برنامج التعريف Device Driver or Firmware، و هو عبارة عن برنامج حاسوبي بمثابة مشغل أو تعريف لعتاد أجهزة الحاسب الآلي و ملحقاته.
غالباً ما يتخاطب برنامج المشغل مع الجهاز التابع له عبر ممر الحاسوب أو نظام اتصال يكون الجهاز موصلا عليه.
5- مترجم الأوامر :
وهو ما يعرف في لغة التقنية بالCompiler ، هو برنامج حاسوبي يقوم بتحويل الملفات المصدرية Source code إلى أوامر مباشرة يفهمها الحاسوب وينفذها مباشرة بما يناسب بنية الحاسوب الذي يستهدفه البرنامج.
طريقة عمل مكونات نظام التشغيل
تعمل مكونات نظام التشغيل مع بعضها البعض بصورة متناسقة و متكاملة و هذا ما يودي إلى عمل النظام ككل بطريقة صحيحة و فعالة . و فيما يلي وصف مبسط لكيفي عمل هذه المكونات بعد تشغيل الحاسوب مباشرة :
- يتصل ال BIOS بالبوت لودر ثم يبدأ في تحميله .
- ثم يقوم البوت لودر باستدعاء النواة و تحمليها على المساحة الضرورية من الـ RAM لتعمل بشكل فعال .
- تستقبل النواة الطلبات Inputs من المستخدم الذي يرسل طلباته إلى مستقبل الأوامر .
- يقوم مستقبل الأوامر بترجمة جميع الطلبات إلى لغة الآلة .
- يتم إرسال هذه الترجمة إلى النواة اللتي تقرأ هذا الطلب و ترسله إلى الشريحة المناسبة من العتاد .
- تقوم شريحة العتاد بإرسال المخرجات Outputs إلى النواة .
- تترجم النواة هذه المخرجات مجددا إلى لغة الآلة و تحولها إلى اللغة المطلوبة .
- ترسل النواة هذه اللغة المطلوبة ال Drivers أو ال Librairies .
- تظهر النتيجة إلى المستعمل في شكل صوت أو صورة إلخ .
ماهي النواة ودورها في انظمة التشغيل ؟
كما ذكرنا في الاعلى ان النواة هيا قلب انظمة التشغيل حيث تعتبر النواة انها هيا المكون الأساسي لنظام التشغيل للكمبيوتر (OS).
تعتمد جميع المكونات الأخرى لنظام التشغيل على النواة لتزويدها بالخدمات الأساسية. إنه بمثابة الواجهة الأساسية بين نظام التشغيل والأجهزة ويساعد في التحكم في الأجهزة والشبكات وأنظمة الملفات وإدارة العمليات والذاكرة.
انواع النواة في انظمة التشغيل
قدم لينوس تورفالدس مفهوم النواة المتجانسة في عام 1991 كجزء من نواة لينكس . النواة المتجانسة هي برنامج واحد كبير يحتوي على جميع مكونات نظام التشغيل.
ومع ذلك، تطورت نواة لينكس على مر السنين وتتكون الآن من أنواع مختلفة من النوى، كما هو موضح أدناه.
1. النواة المتجانسة :
النواة المتجانسة هي برنامج واحد كبير يحتوي على كافة مكونات نظام التشغيل. يتم تنفيذ النواة بأكملها في الوضع المميز للمعالج وتوفر الوصول الكامل إلى أجهزة النظام.
تعد النوى المتجانسة أسرع من النوى الصغيرة لأنها لا تتحمل عبء تمرير الرسالة. يستخدم هذا النوع من النواة بشكل عام في الأنظمة المدمجة وأنظمة التشغيل في الوقت الفعلي.
- أمثلة عليها: Unix, Linux, Open VMS, XTS-400
- الإيجابيات: أداء النواة المتجانسة جيد للغاية
- السلبيات: التعليمات البرمجية فيها شديدة التعقيد ولها اعتماد على مكونات الأجهزة.
2. النواة الدقيقة :
النواة الدقيقة هي نواة تحتوي فقط على المكونات الأساسية المطلوبة لأداء نظام التشغيل الأساسي.
تتم إزالة جميع المكونات الأخرى من النواة وتنفيذها كعمليات مساحة المستخدم. يوفر نهج النواة الدقيقة نمطية ومرونة وقابلية توسعة أفضل. كما أنها أكثر استقرارًا وأمانًا من النوى المتجانسة.
- أمثلة عليه: Mach, L4, AmigaOS, Minix, K42
- الإيجابيات: النواة الدقيقة أكثر استقرارًا من الأنواع غيره من نواة برامج النظام.
- السلبيات: يوجد الكثير من مفاتيح التبديل السياقية أو طلبات النظام (أي يتم طلب الخدمات من نواة نظام التشغيل حتى يتم تنفيذ هذه الخدمات)
3. النواة الهجينة :
النواة الهجينة هي نواة تجمع بين أفضل الميزات لكل من الحبات المتجانسة والنوى الصغيرة. يحتوي على نواة صغيرة توفر المكونات الأساسية للتشغيل الأساسي لنظام التشغيل.
يتم تنفيذ المكونات المتبقية كعمليات مساحة المستخدم أو كوحدات نواة قابلة للتحميل. يوفر هذا النهج أفضل ما في كلا العالمين، أي أداء النوى المتجانسة ونمطية النوى الصغيرة.
- أمثلة على النواة الهجينة: Windows NT, Netware, BeOS
- إيجابيات النواة الهجينة: تجمع النواة الهجينة بين كل من النواة الدقيقة وبين النواة المتجانسة. وبالتالي تتضمن مواصفات إيجابية من كلا النوعين
- سلبيات النواة الهجينة: تشابه إلى حد كبير النواة المتجانسة في عيوبها
4. النواة الخارجية :
هي نواة توفر الحد الأدنى من المكونات المطلوبة للعمل الأساسي لنظام التشغيل. تتم إزالة جميع المكونات الأخرى من النواة وتنفيذها كعمليات مساحة المستخدم.
حيث انها توفر أسلوب أفضل أداء ممكن لأنه لا يوجد أي عبء إضافي على النواة . ومع ذلك، فهو أيضًا الأكثر صعوبة في التنفيذ ولا يتم استخدامه على نطاق واسع.
- مثال عليه: Nemesis, ExOS
- الإيجابيات: لديه أقل عدد ممكن من تجريد الأجهزة
- السلبيات: يجب أن يتم العمل عليه بصورة أكبر للتطوير في مجال التطبيقات
امثلة على انظمة التشغيل
تتنوع أنظمة التشغيل لعدة أسباب؛ فهي تختلف فيما بينها من حيث طرق التشغيل، والعرض، والمكونات، والهدف من استخدامها .
و أبرز ما يميز نظام عن آخر، ما يسمى بالواجهة الرسموية (GUI). ولكل واجهة تختلف عن الاخر من ناحية الذكاء وايضا طريقة عرض النوافذ والاخصائص الاخرى. وفيما يلي اشهر امثلة على انظمة التشغيل :
1- دوس (DOS) :
يعد نظام تشغيل القرص، دوس (DOS) أول نظام تشغيل استُخدم لواجهات الكمبيوتر، وكان من إنتاج شركة (IBM)، في عام 1981م .
و الذي كان يعمل باستخدام الواجهات النصية المُستندة للنصوص، والتي كانت تعطي تعليمات وأوامر بسيطة مختلفة، وهذه الأوامر يبعثها البرنامج ويستقبلها بشكل أحرف ورموز .
2- ويندوز (Windows) :
يعد نظام تشغيل ويندوز (Windows) من أشهر وأبرز أنظمة التشغيل لأجهزة الكمبيوتر، وهو أكثر أنظمة التشغيل استخدامًا حول العالم .
وقد ظهر أول إصدار لهذا البرنامج في عام 1985م من قبل شركة مايكروسوفت العالمية؛ وكان في البداية لوحة رسومية مساعدة لكتابة الأوامر في نظام دوس (DOS).
وفي عام 1995م، ظهر أول نظام مُستقل لهذه الشركة بهدف التحكم التام في نظام تشغيل الكمبيوتر دون الحاجة للإدخال اليدوي لكل أمر، بالإضافة أنه أوجد إضافة جديدة كانت غير متوافرة من قبله؛ وهي تشغيل الفيديو وألعاب الفيديو .
ويعتبر نظام ويندوز مغلق المصدر ولكن في نفس الوقت يستطيع المستخدمون تحميل مايردون وتثبيته على النظام ويستطيع المطورين انشاء تطبيقاتهم دون الرجوع الى مالكة النظام .
وقد اتجهت شركة مايكروسوفت مع ويندوز 11 على التوجه الى توجيه المستخدمين الى متجر تطبيقات وبداءة في محاولة اغلاق التحكم بتطبيقات.
والجدير باذكر انه اكثر نظام معرض للختراقات في العالم ، وهذا ليس لانه ضعيف ولاكن بسبب انه لا يوجد له بديل عالميا ، حيث انه النظام المكتبي الذي يستخدمه تقريبا فوق 94% عالميا .
وهذي النسبة كافية لك لمعرفة انه عندما تكون انه يجب ان يستهدف حيث انه اذا استطعت اخراقه فانك تستطيع اختراق اجهزة 94% على من هم في هذا الكوكب.
في الحقيقة هذي مجرد نبذة بسيطة عن هذا النظام والتي من الموكد انه اننا لا نعطيه حقه في بعض السطور ولكن ، سوف نقوم بكاتبة مقالة مفصلة عن هذا النظام في المستقبل .
وأبرز هذه الإصدارات وفق الترتيب الزمني:
- windows 98.
- windows 2000
- XP إكس بي.
- نسخة windows 7.
- نسخة windows 8.
- ويندوز 10.
- ويندوز 11
مميزات نظام ويندوز windows
- بساطة الاستخدام؛ إذ يمكن ببساطة استخدامه من قبل أي شخص.
- الإنتاجية العالية؛ فيُمكن من خلاله إنتاج قواعد للبيانات والعروض التقديمية والملفات وغيرها من الأوامر.
- أفضل نظام تشغيل للألعاب.
- تحديث البرنامج بشكل تلقائي.
- دعم كبير ولا متناهي لاي مشكلة تواجه المستخدم من قبل مايكروسوفت الشركة المصنعة.
3-لينكس (LINUX)
يعد نظام تشغيل لينكس (LINUX) واحدًا من أكثر الأنظمة شهرة واستخدامًا من بين أنظمة التشغيل، وهو يشبه طريقة عمل الويندوز .
لكنه نظام مفتوح؛ أي يسمح للمستخدمين بالوصول إلى جميع تطبيقات أجهزة ونظام الحاسوب لتنفيذ العملية والتعديل عليها، وما يميزه أنه لا توجد شركة واحدة مسؤولة عن تطويره، بل يعتمد على نظام التطوير التعاوني ما بين الشركات .
ونستطيع ان نقول ان هذا النظام يعتبر هو الاب الروحي لجميع انظمة التشغيل الحديثة ، ويوجد منه نسخ لا حصر لها ، ويستخدمه المتخصصين في انظمة التشغيل .
مميزات نظام لينكس (LINUX)
- مجاني.
- سهل التثبيت.
- مفتوح المصدر؛ أي يمكن التعديل على نظامه بكل سهولة بعكس الويندوز.
- صعب القرصنة ونقل الفيروسات إليه.
عندما نقراء مميزات نظام لينكس تجد انه اكثر اماناً وهذا صحيح ، ولكن هذي ليست الحقيقة كاملة ، في الحقيقة انه عدد الاشخاص الذينا يستخدون هذا النظام قليل .
وبالتالي تجد ان الاشخاص المهتمين باختراق لا يعطون هذا النظام اهمية وذلك بسبب قلة المستخدمين على عكس نظام ويندوز الذي يستخدمه جميع البشر .
ولكن في المقابل تجد اغلبية انظمة التشغيل في الاساس هيا انظمة مبنية على نواة هذا النظام ، ومنها انظمة عالمية مثل ويندوز واندرويد و ios وغيرها الكثير.
ويستخدم هذا النظام بشكل خاص في العديد من المهام، أبرزها الآتي:
- كتشاف أخطاء أجهزة الكمبيوتر الأخرى ومحاولة إصلاحها.
- بناء واستضافة مواقع الويب.
- إنشاء خوادم الشبكة بتكلفة رخيصة.
- ايضا تعتبر بيئة خصبة للاشخاص المهتمين باخترقات.
4- أندرويد (Android)
كلمة اندرويد Android تعنى باللغة العربية آلة او ربوت. Android هو من اشهر انظمة التشغيل المستخدمة فى الهواتف الذاكية والساعات حتي فى السيارات .
الاندرويد هو نظام تشغيل للهواتف المحمولة مبنى على بنية Linux الشهيرة المفتوحة المصدر وهو بالطبع تحت رعاية العملاقة جوجل Google.
الاندرويد ببساطة هو برنامج يجعل الهاتف يقوم بالوظائف التى نحتاجها فهو يتيح التواصل بين الهاردوير الخاص بالهاتف و التطبيقات فيه مثل : تشغيل الموسيقى و الفيديو وتحديد الموقع والتقاط الصور وغيرها الكثير.
ويتعبر ان اندرويد هو اول نظام تم إنشاؤه للهواتف النقالة يعمل على نواة لينكس مع مكتبات وواجهة برمجة التطبيقات مكتوبة بلغة السي، وتشغيل تطبيقات برمجية في إطار عمل من مترجمات الجافا ومكتبات متوافقة مع الأباتشي.
ويختص نظام أندرويد بعدد كبير من الميزات؛ أبرزُها ما يأتي:
- التطويرات الدائمة للنظام وبرامجه وتطبيقاته.
- تحميل التطبيقات من خارج متجر جوجل المُرفق مع النظام.
- إمكانية توسيع الذاكرة المرفقة بالنظام.
- يوجد فيه العديد من تطبيقات الوسائط المُساعدة.
