تشغيل التطبيقات على الحاسوب
Matthew Pendergrass
تأتي أجهزة الحاسوب دائِمًا بنظامِ تشغيل. يتكون نظام التشغيل من برامج تُدير التطبيقات والوظائف والأجهزة الموجودة على الجهاز ويوفر واجهة تُستخدم للتفاعل مع هذه الميزات. تعمل برامج نظام التشغيل على أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المكتبية والهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة توجيه الشبكة والأجهزة الذكية الأُخرى.[5]
الحواسيب الحديثة متعددة الأغراض هي شاملة للحواسيب الشخصية والحواسيب العملاقة (Mainframes) ولها نظام تشغيل ليشغل بقية البرامج مثل التطبيقات البرمجية. ومن الأمثلة على أنظمة تشغيل الحواسيب الشخصية ميكروسوفت ويندوز وجنو/لينكس وماك أو.إس و (داروين) وماك أو.إس.إكس ويونكس.[6]
والمستوى الأدنى من أي نظام تشغيل هو نواته وهذه هي الطبقة الأولى من البرمجيات التي يتم تحميلها في الذاكرة عند إقلاع النظام أو بدء التشغيل. وتوفر النواة إمكانية الوصول إلى الخدمات المركزية الشائعة الأخرى لكل برامج النظام والتطبيقات. وهذه الخدمات تشمل (وليس فقط): جدولة المهام وإدارة الذاكرة والوصول للقرص والوصول لأجهزة العتاد.
كما هو الحال بالنسبة للنواة فإن نظام التشغيل كثيرا ما يزود ببرمجيات نظام لإدارة واجهة المستخدم الرسومية (بالرغم من إدماج ويندوز وماكينتوش لهذه البرامج في نظام التشغيل). وأيضا أدوات لمهام مثل إدارة الملفات وإعداد نظام التشغيل. وفي 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.
تستخدم أنظمة التشغيل على أغلب الحواسيب وليس كلها. فالحواسيب الأبسط ذات الأنظمة المغروسة الأصغر والعديد من الحواسيب المبكرة بدون نظام تشغيل بدلا من أنظمة التشغيل فقد اعتمدوا على برامج التطبيقات لتدير العتاد بمعرفتها وربما بمساعدة مكتبات صممت لهذا الغرض.
هذا النظام لديه القدرة على تنفيذ أكثر من برنامج واحد بشكل متزامن حيث تنتقل الوحدة المعالجة المركزية (CPU) بين المهمات بسرعة كبيرة. ومن أمثلتها: windows,linux,macOS.
يسمح هذا النظام لعدد من الأشخاص بتنفيذ كل منهم برنامجاً واحداّ في الوقت نفسه. ويزود كل مستخدم بمحطة إدخال وإخراج تتصل مع الحاسوب المركزي ويسمى هذا التنظيم بنظام المشاركة الزمنية (Timesharing) وذلك لأن نظام التشغيل يأمر الحاسوب بالانتقال بسرعة كبيرة بين المستخدمين بعد إعطائهم فترات زمنية ثابتة لاستخدام CPU وتسمى هذه الفترات بالشرائح الزمنية (Time Slices) وهي قصيرة جداً (حوالي ألوف جزئية من الثانية) بحيث يتوهم كل مستخدم أنه يمتلك انتباه الحاسوب كلية ومن امثلته Windows NT.
هو عباره عن نظم التشغيل الحديثة حيث تتيح للمستخدم تشغيل عدة برامج حتى إن كان تعدد المعالجات (CPU) غير كافية لذلك. تقوم نظم التشغيل بتوزيع وقت المعالج بين هذه البرامج بحيث يأخذ كل برنامج وقت محدد من المعالج من ثم يقوم بإيقاف مؤقت للبرنامج وإعطاء برنامج اخر هذا الوقت. هذا يعني ان خلال اللحظة الواحدة برنامج واحد يعمل على المعالج ونظام التشغيل يقوم بالتغيير بسرعة كبيرة جداً كأجزاء من الثانية. عملية توزيع وقت المعالج تسمى بالجدولة (scheduling) حيث يحتفظ نظام التشغيل بقائمة من البرامج التي قام المُستخدم بتشغيلها وتقوم عملية الجدولة بتوزيع وقت لكل برنامج موجود في هذه القائمة ليستفيد من المُعالج في هذا الوقت.
حوسبة الزمن الحقيقي هي دراسة للعتاد والبرامج التي تكون لها قيود في الزمن الحقيقي بمعنى أن النظام لا بد أن يضمن معالجة الأحداث أو البيانات في وقت محدد على عكس الأنظمة الأخرى حيث لا تكون هناك قيود على مدة الاستجابة على الرغم أنه كلما كانت أسرع استجابة كلما كانت أفضل ويُلَبَّى الطلب على برامج الوقت الحقيقي بواسطة أنظمة تشغيل الوقت الحقيقي (مثل VxWork و Windows CE و RTLinux) ولغات البرمجة المتزامنة (مثل Averest و ChucK و SyncCharts).
تتمثل الصعوبة الرئيسية للمبرمج في الحفاظ على نظام التشغيل ضمن القيود الزمنية الثابتة لنظام في الوقت الحقيقي فعلى سبيل المثال إذا لم يكمل النظام مهمة في إطار زمني معين فقد يتسبب في انهيار النظام بأكمله الذي يعمل عليه لذلك عند كتابة نظام تشغيل لنظام الوقت الحقيقي يجب أن يكون المبرمج على يقين من أن مخططات الجدولة الخاصة به لا تسمح بوقت الاستجابة لتتجاوز وقت القيد.
مجموعة من الحواسيب المستقلة تظهر للمستخدمين ويستخدمونها عن طريق جهاز مركزي (إدارة مركزية) أمثلة على النظم الموزعة شبكة داخل جامعة أو مديرية في شركة معينة وغيره من الأمثلة. للنظم الموزعة مزايا عديدة في الأنظمة المركزية منها انها توفر الكثير من المال وتعطي أداء جيد وكذلك لها مزايا في الأجهزة المستقلة حيث أنها تساعد على تبادل الملفات والقدرة على الوصول لقواعد البيانات. وأيضا للنظم الموزعة مساوئ حيث أن هناك برمجيات محددة يمكن استخدامها.
أي عملية في حاسوب سواء كانت خدمة تعمل في الخلفية أو تطبيق تجرى داخل عملية. ما دام أسلوب معمارية جون فون نيومان هو المستخدم 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 أي محاولة لتجاوز هذه المحدودية. تستطيع الأنظمة الحديثة محاكاة تشغيل أكثر من عملية مرة واحدة (متعددة المهام) على و.م.م واحدة في الحقيقة لا يمكن لأكثر من عملية واحدة أن تنفذ في نفس الوقت في المعالجات أحادية النواة ولكن مع السرعات الهائلة للمعالجات لا يمكننا ملاحظة ذلك يمكن أن يستخدم ما يسمى بالتزامن الكاذب عن طريق تقسيم المهام إلى تشعبات. 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. ومع 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.
لدى الكثير من أنظمة التشغيل العديد من أنظمة الملفات التي يمكن استخدامها بشكل طبيعي جنو/لينكس لديه أكبر تنوع من أنظمة الملفات هذه وهي إكس تي 2 إكس تي 3 ريسير أف أس Reiser4 GFS GFS2 OCFS OCFS2 NILFS. كما يدعم جنو/لينكس أيضا أنظمة ملفات إكس إف إس وجي أف أس بشكل كامل. مع دعم لنظام ملفات جدول توزيع الملف FAT وإن تي إف إس. أما ويندوز فمحدود من ناحية دعمه لأنظمة الملفات حيث يدعم فقط: FAT12 وFAT16 وFAT32 وإن تي إف إس.
بالنسبة لأغلب أنظمة الملفات التي ذكرناها هناك طريقتان لتخصيصها. فالنظام هو إما أن يكون نظام الملفات المزود بقيد حوادث (Journaling File System) أيْ مزود بقيد للحوادث (journal) وإما غير مزود به. يعتبر النظام المزود بقيد الحوادث (Journaling File System) 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.
03c5feb9e7