ماذا يعني نظام تشغيل ؟

نظام التشغيل (بالإنجليزية: Operating System)، اختصارًا (بالإنجليزية: OS).
هو مجموعة من البرمجيات المسؤولة عن إدارة الموارد بين أجزاء الحاسوب المادية (Hardware)، وبرمجيات الحاسوب (Software).
وبتعريف آخر يمثل نظام التشغيل جسر لتشغيل برامج المستخدم، حيثُ يُعدّ نظام التشغيل بمثابة مُترجِم أو وسيلة اتصال بين المُستخدِم والحاسوب.

ويقوم بالمهام الأساسية مثل: إدارة وتخصيص مصادر الحاسوب (الذاكرة، القرص الصلب، الوصول للأجهزة الملحقة إلخ…).

وهو مسؤول كذلك هم ترتيب أولوية التعامل مع الأوامر، والتحكم في أجهزة الإدخال، والإخراج مثل: لوحة المفاتيح، وكذلك لتسهيل التعامل مع الشبكات، وإدارة الملفات.

وبالنسبة للأنظمة الضخمة، يتحمل نظام التشغيل مسؤوليات وصلاحيات أكبر، ويبدو أشبه بشرطي مرور.

فيتأكد من أن البرامج المختلفة والمستخدمين الذين يعملون في نفس الوقت لا يتداخلون مع بعضهم البعض.

وهو مسؤول أيضًا عن الأمان، لضمان عدم وصول المستخدمين غير المصرح لهم إلى النظام.

ويعد نظام التشغيل هو البرنامج الأكثر أهمية على الكمبيوتر، إذ يجب أن يكون لكل حاسوب مخصّص للأغراض العامة نظام تشغيل لتشغيل البرامج والتطبيقات أخرى.

تقوم أنظمة تشغيل الكمبيوتر بأداء المهام الأساسية، مثل التعرف على الإدخال من لوحة المفاتيح، وإرسال المخرجات إلى شاشة العرض، وتتبع مسارات الملفات والدلائل الموجودة على محركات التخزين، والتحكم في الأجهزة الطرفية، مثل الطابعات.

بالنسبة للأنظمة الضخمة، يتحمل نظام التشغيل مسؤوليات وصلاحيات أكبر، ويبدو أشبه بشرطي مرور.

فيتأكد من أن البرامج المختلفة والمستخدمين الذين يعملون في نفس الوقت لا يتداخلون مع بعضهم البعض.

وهو مسؤول أيضًا عن الأمان، لضمان عدم وصول المستخدمين غير المصرح لهم إلى النظام.

المنصة البرمجيّة للتطبيقات

توفر أنظمة التشغيل منصة برمجية للسماح بتشغيل البرامج الأخرى بواسطتها، وتسمى تلك البرمجيات بالتطبيقات.

ويجب كتابتها لتعمل على نظام تشغيل معين، وبالتالي، فإن اختيارك لنظام التشغيل يحدد إلى حد كبير التطبيقات التي يمكنك تشغيلها.

كيف يتم تصنيف أنظمة التشغيل

  1. متعدد المستخدمين (Multi-user)

    يسمح لمستخدمَين اثنين أو أكثر بتشغيل البرامج في نفس الوقت، كما وتسمح بعض أنظمة التشغيل لمئات، أو حتى الآلاف من المستخدمين المتزامنين.

  2. متعدّد المعالجة (Multiprocessing)

    يدعم تشغيل البرنامج الواحد على أكثر من وحدة معالجة مركزية (CPU).

  3. متعدد المهام (Multitasking)

    يسمح بتشغيل أكثر من برنامج واحد بشكل متزامن.

  4. متعدّد الخيوط (Multithreading)

    إنّ الخيوط (Threads) هي عبارة عن مجموعة من التعليمات التي تكوّن مسار العملية.
    وإنّ هذا النوع من الأنظمة يسمح لأجزاء مختلفة من برنامج واحد بالتشغيل في نفس الوقت.

  5. نظام الوقت الحقيقي (Real time)

    يستجيب للمدخلات على الفور.
    وإنّ أنظمة التشغيل المخصّصة للأغراض العامّة، مثل DOS وUNIX، ليست كذلك.

تفاعل المستخدم مع نظام التشغيل

كمستخدم، أنت تتفاعل عادةً مع نظام التشغيل من خلال مجموعة من الأوامر.
فعلى سبيل المثال؛ يحتوي نظام التشغيل DOS على أوامر مثل COPY، وRENAME لنسخ الملفات وتغيير أسمائها.

يتم قبول الأوامر وتنفيذها بواسطة جزء من نظام التشغيل يسمى معالج الأوامر، أو مترجم سطر الأوامر.

تسمح لك واجهات المستخدم الرسومية بإدخال الأوامر عن طريق الإشارة والنقر على الكائنات التي تظهر على الشاشة.

أنظمة تشغيل سطح المكتب الأكثر شعبية

تشتمل الأنواع الثلاثة الأكثر شيوعًا لأنظمة التشغيل الشخصية والتجارية Linux وWindows وMac.

ويندوز Windows

  • Microsoft Windows هي مجموعة من أنظمة التشغيل لأجهزة الكمبيوتر الشخصية والتجارية.
  • يهيمن Windows في الوقت الحاليّ على عالم الكمبيوتر الشخصي.
  • ويوفر واجهة مستخدم رسومية (GUI)، وإدارة للذاكرة الظاهرية، وتعدد المهام، ودعمًا للعديد من الأجهزة الطرفية.

ماك Mac

  • Mac OS هو الاسم الرسمي لنظام التشغيل Apple Macintosh.
    ويتميز بواجهة مستخدم رسومية (GUI) تستخدم النوافذ، والرموز، وجميع التطبيقات التي تعمل على جهاز كمبيوتر Macintosh ولها واجهة مستخدم مشابهة.

لينكس Linux

  • نظام التشغيل Linux هو نظام تشغيل مفتوح المصدر، يتم توزيعه بحرية، ويعمل على عدد من الأنظمة الأساسية للأجهزة.
  • ولقد تم تطوير نواة Linux بشكل رئيسي من قبل Linus Torvalds، مُستنِدًا بذلك إلى Unix.1

وفقًا لموقع Netmarketshare.com، فإن أكثر أنظمة تشغيل سطح المكتب استخدامًا على أجهزة الكمبيوتر الشخصية في عام 2018 هي:

  • Windows 87.71%
  • Mac OS 9.61%
  • Linux 2.09%
  • Chrome OS 0.31%2

أنظمة التشغيل ليست حكرًا على أجهزة الكمبيوتر

إن مفهوم الحاسوب مع نظام التشغيل الخاصّ به، لا يقتصر فقط على أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة التقليدية.

فالهاتف الذكي هو جهاز كمبيوتر، وكذلك الأجهزة اللوحية، وأجهزة التلفزيون الذكية، ووحدات التحكم في الألعاب، والساعات الذكية، وأجهزة توجيه Wi-Fi.

وإنّ Amazon Echo، وGoogle Home هي أيضًا أجهزة حاسوبية يقوم نظام تشغيل خاصّ بإدارتها.

تتضمن أنظمة التشغيل المكتبية الشائعة Microsoft Windows وApple macOS وGoogle Chrome وLinux.

في حين أنّ أنظمة تشغيل الهواتف الذكية المهيمنة هي iOS وAndroid من Apple.

 

قد تقوم أجهزة أخرى، مثل جهاز توجيه Wi-Fi، بتشغيل ما يشبه أنظمة تشغيل مضمنة؛ وهي أنظمة متخصصة، وذات وظائف أقل من نظام التشغيل النموذجي.

لذلك فهي مصممّة خصيصًا لمهمة واحدة؛ مثل تشغيل جهاز توجيه Wi-Fi، أو توفير نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للتنقل، أو تشغيل جهاز الصراف الآلي.

جوهر نظام التشغيل

في المستوى الأدنى، تُعتبر النواةُ (kernel) البرنامجَ الأساسي، وقلبَ نظام التشغيل.

هذا البرنامج الفريد هو واحد من أول الأشياء التي يتم تحميلها عند بدء نظام التشغيل.

فهو يتعامل مع تخصيص الذاكرة، وتحويل الوظائف البرمجية إلى تعليمات لوحدة المعالجة المركزية، والتعامل مع المدخلات والمخرجات من الأجهزة.

يتم تشغيل النواة بشكل عام في منطقة معزولة للحيلولة دون التلاعب بها بواسطة برامج أخرى على الكمبيوتر.

ورغم أهمّيتها الكبيرة، إلّا أنّ نواة نظام التشغيل تُمثّل جزءًا واحدًا فقط منه.

الخطوط بين تلك المكوّنات يمكن أن تكون غامضة بعض الشيء؛ على سبيل المثال، فإنّ Linux هو مجرد نواة.

ومع ذلك، يُسمَى بنظام تشغيل، والأمر ذاته مع Android، الذي تم إنشاؤه حول نواة نظام Linux، وإنّ توزيعات Linux مثل Ubuntu تأخذ نواة Linux، وتضيف برامج إضافية حولها، ويشار إليها بأنظمة تشغيل أيضًا.

 

النواة الصغيرة

في علوم الكمبيوتر ، تمثل النواة الصغيرة ( التي غالبًا ما يتم اختصارها بـ μ-kernel ) الحد الأدنى من البرامج التي يمكن أن توفر الآليات اللازمة لتنفيذ نظام التشغيل (OS).

ما معني نظام تشغيل صغير النواة ؟
أنظمة تشغيل صغيرة النواة

وهذا يعني أنها أقل حجما من أنظمة التسغيل الأخرى  ، بالإضافة إلى أن الإتصال بين التطبيقات والأجهزة في النظام يوفر الحد الأدنى من الخدمات لإدارة العمليات والذاكرة.

ويتم تأسيس الاتصال بين برنامج العميل / التطبيق والخدمات التي يتم تشغيلها في مساحة عنوان المستخدم من خلال تمرير الرسالة.

وبهذا فهم لا يتفاعلون بشكل مباشر، هذا يزيد من سرعة هذه الأنظمة مقارنة بالأنظمة المستخدمة اليوم.

وكذلك يوفر هذا النمط مرونة كبيرة للإنترنت البيئي أو إنترنت الأشياء.

وباختصار ، يبدو أن نظام micro-kernel OS أكثر أمانًا وفعالية بكثير من النوى الهجينة التي تشغل معظم أنظمة التشغيل اليوم.

الفرق بين البرامج الثابتة أو الدائمة (Firmware) و نظام التشغيل

تقوم العديد من الأجهزة بتشغيل واعتماد البرامج الثابتة أو الدائمة (Firmware)، وهو نوع من البرامج منخفضة المستوى، تتم برمجتها بشكلٍ عام في ذاكرة الجهاز.

وعادةً ما تكون مجرّد مجموعة صغيرة من البرامج المصممة فقط للقيام ببعض المهام الأساسية بالمطلق.

 

عند تشغيل جهاز كمبيوتر حديث، فإنه يقوم بتحميل البرامج الثابتة من اللوحة الأم، وتقوم تلك البرامج الدائمة بتهيئة جهاز الكمبيوتر بشكلٍ سريع.

ثم تقوم بتشغيل نظام التشغيل من القرص الصلب. وإنّ هذا القرص الصلب كذلك يتضمّن Firmware داخليًّا خاصًّا به، يتعامل مع تخزين البيانات على القطاعات المادّية داخل القرص.

إنّ هذه المفاهيم متقاربة إلى حدّ ما، فعلى سبيل المثال، غالباً ما يطلق على نظام iOS الخاص بأجهزة iPhones وiPad من Apple اسم firmware، كما وأنّ نظام التشغيل في PlayStation 4 يطلق عليه، وبشكل رسميّ، اسم البرنامج الثابت أو الدائم firmware.

وللتوضيح بشكلٍ عام؛ فليس بالإمكان اطلاق اسم نظام التشغيل على تلك البرمجيات التي قد تقوم بتشغيل جهاز التحكم عن بعد بالتلفاز مثلًا!

وفي المستقبل سيكون لدينا تنافس محموم بين  Harmony OS هارموني او اس من هواوي، هو نظام التشغيل القادم مفتوح المصدر ، القائم على توزيع النوية المتناهي الصغر (على غرار QNX ، و جوجل فوشيا ).

وتقوم بتطوير هارموني او اس شركة هواوي الصينية كبديل لنظام أندرويد الذي كانت هواوي تستخدمه على أجهزتها.

ختامًا؛ فإنّ المستخدم العادي لا يحتاج بالضرورة إلى فهم ماهية نظام التشغيل بالضبط.

لكن وعلى كلّ حال، فقد يكون من المفيد معرفة الأساسيّات لفهم مجموعة البيئات، والتطبيقات المتوافقة في سبيل أفضل استفادة من الأجهزة التي نملكها.

 

المراجع