سیستم عامل | Operating System

[mahdi7610]

سیستم عامل

(Operating System) با حروف اختصاری OS اساسی ترین برنامه سیستمی است که مدیریت کلیه منابع سیستم را به عهده گرفته و زمینه ای را فراهم می سازد که برنامه های کاربردی می توانند بر روی آن نوشته شوند.

دلایل ایجاد سیستم عامل

یک سیستم کامپیوتری پیشرفته از یک یا چند پردازنده ، مقداری حافظه اصلی ، دیسک ها ، چاپگر ها ، صفحه کلید ، صفحه نمایش ، واسط های شبکه ای و دیگر دستگاه های ورودی و خروجی تشکیل شده است . این اجزا در کنار یکدیگر یک سیستم پیچیده را به وجود آورده اند . نوشتن برنامه هایی که تمامی این عناصر را مدیریت کرده و از آنها به طور صحیح ، بهینه و کارآمد استفاده نماید ، کار بسیار مشکلی است . اگر هر برنامه نویس مجبور باشد با مفاهیمی نظیر نحوه کار دستگاه های ورودی خروجی گوناگون آشنا باشد ، بسیاری از برنامه ها هرگز نوشته نخواهد شد . به همین دلیل ، از سالها قبل به وضوح مشخص بود که باید روش هایی یافت که برنامه نویسان را از پیچیدگی های سخت افزار دور نگه دارد . تلاش های گسترده ، منجر به ایجاد یک لایه نرم افزاری روی سخت افزار شد که همه اجزای سیستم را کنترل نموده و کار برنامه نویسان را راحت تر کند . به این لایه نرم افزاری سیستم عامل می گویند.

وظایف سیستم عامل

سیستم عامل دو کار عمده انجام می‌دهد :
در نگرش پایین به بالا ، منابع منطقی ( مانند فایل ها ) و منابع فیزیکی ( مانند دستگاه های سخت افزاری ) رایانه را مدیریت و کنترل می‌کند .
در نگرش بالا به پایین ، وظیفه سیستم عامل این است که یک ماشین توسعه یافته ( Extended Machine ) یا ماشین مجازی ( Virtual Machine ) را به کاربران ارائه کند تا آنها بتوانند آسان تر برنامه نویسی نمایند و درگیر پیچیدگی های سخت افزاری رایانه نشوند .
به طور کلی ، وظایف سیستم عامل شامل موارد زیر است :
استفاده بهینه از منابع و جلوگیری از به هدر رفتن آنها
تخصیص و آزاد سازی منابع
اداره صف ها و زمان بندی استفاده از منابع
حساب داری ( Accounting ) میزان استفاده از منابع
ایجاد امنیت ( security )
ایجاد ، حذف و اداره فرایند ها
ایجاد مکانیسم های ارتباط بین فرایند ها و همگام سازی آنها
مدیریت فایل ها و پوشه ها
مدیریت حافظه های اصلی و جانبی
برقراری امکان دسترسی چندتایی ( Multiaccess ) و اجرای هم روند ( Concurrent ) فرایند ها
به اشتراک گذاری منابع ( Resource Sharing )
تعیین راهکار هایی برای اداره بن بست ( deadlock ) ها
جلوگیری از شرایط رقابتی ( Race Condition ) و تداخل یا در هم قفل شدن ( Interlock ) فرایند ها
جلوگیری از گرسنگی ( Starvation )

سیستم عامل های فعلی

امروزه پرمصرف ترین سیستم عامل جهان ، ویندوز است که بر روی بیشتر رایانه‌های شخصی نصب شده ‌است .

نام چند ‌سیستم عامل معروف جهان در زیر آمده است :

یونیکس
لینوکس
سولاریس
بی اس دی
مک او اس
ام وی اس.
ویلز
ویندوز اکس‌پی
ویندوز ویستا
ویندوز ان‌تی
ویندوز سی‌ئی
پالم
سیمبیان

انواع سیستم عامل

سیستم عامل تک پردازنده
این نوع سیستم عامل ها ، سیستم عامل های نسل چهارم ( نسل فعلی ) هستند که بر روی یک پردازنده اجرا می شوند .

سیستم عامل شبکه ای
این نوع سیستم عامل ها ، از کنترل کننده های واسط شبکه و نرم افزار های سطح پایین به عنوان گرداننده استفاده می کنند و برنامه هایی برای ورود به سیستم های راه دور و دسترسی به فایل از راه دور در آنها به کار گرفته می شود .

سیستم عامل توزیع شده
این سیستم عامل ها خود را مانند سیستم عامل های تک پردازنده به کاربر معرفی می کنند ، اما در عمل از چندین پردازنده اجرا می شوند .

سیستم عامل بی درنگ
از این نوع سیستم‌های عامل برای کنترل ماشین آلات صنعتی، تجهیزات علمی و سیستم‌های صنعتی استفاده می‌گردد. یک سیستم عامل بلادرنگ دارای امکانات محدود در رابطه با بخش رابط کاربر و برنامه‌های کاربردی مختص کاربران هستند. یکی از بخش‌های مهم این نوع سیستم‌های عامل، مدیریت منابع موجود کامپیوتری بگونه‌ای است که یک عملیات خاص در زمانی که می‌بایست، اجراء خواهند شد , مهمتر اینکه مدیریت منابع بگونه ایست که این عمل در هر بار وقوع, مقدار زمان یکسانی بگیرد.

[mahdi7610]

سيستم عامل بدون شک مهمترين نرم افزار در کامپيوتر است . پس از روشن کردن کامپيوتر اولين نرم افزاری که مشاهده می گردد سيستم عامل بوده و آخرين نرم افزاری که قبل از خاموش کردن کامپيوتر مشاهده خواهد شد، نيز سيستم عامل است . سيستم عامل نرم افزاری است که امکان اجرای تمامی برنامه های کامپيوتری را فراهم می آورد. سيستم عامل با سازماندهی ، مديريت و کنترل منابع سخت افزاری امکان استفاده بهينه و هدفمند آنها را فراهم می آورد. سيتم عامل فلسفه بودن سخت افزار را بدرستی تفسير و در اين راستا امکانات متعدد و ضروری جهت حيات ساير برنامه های کامپيوتری را فراهم می آورد.

تمام کامپيوترها از سيستم عامل استفاده نمی نمايند. مثلا" اجاق های مايکرويو که در آشپزخانه استفاده شده دارای نوع خاصی از کامپيوتر بوده که از سيستم عامل استفاده نمی نمايند. در اين نوع سيستم ها بدليل انجام عمليات محدود و ساده، نيازی به وجود سيستم عامل نخواهد بود. اطلاعات ورودی و خروجی با استفاده از دستگاههائی نظير صفحه کليد و نمايشگرهای LCD ، در اختيار سيستم گذاشته می گردند. ماهيت عمليات انجام شده در يک اجاق گاز مايکروويو بسيار محدود و مختصر است، بنابراين همواره يک برنامه در تمام حالات و اوقات اجراء خواهد شد.

برای سيستم های کامپيوتری که دارای عملکردی بمراتب پيچيده تر از اجاق گاز مايکروويو می باشند، بخدمت گرفتن يک سيستم عامل باعث افزايش کارآئی سيستم و تسهيل در امر پياده سازی برنامه های کامپيوتری می گردد. تمام کامپيوترهای شخصی دارای سيستم عامل می باشند. ويندوز يکی از متداولترين سيستم های عامل است . يونيکس يکی ديگر از سيستم های عامل مهم در اين زمينه است . صدها نوع سيستم عامل تاکنون با توجه به اهداف متفاوت طراحی و عرضه شده است. سيستم های عامل مختص کامپيوترهای بزرگ، سيستم های روبوتيک، سيستم های کنترلی بلادرنگ ، نمونه هائی در اين زمينه می باشند.

سيستم عامل با ساده ترين تحليل و بررسی دو عمليات اساسی را در کامپيوتر انجام می دهد :

- مديريت منابع نرم افزاری و سخت افزاری يک سِستم کامپيوتری را برعهده دارد. پردازنده ، حافظه، فضای ذخيره سازی نمونه هائی از منابع اشاره شده می باشند .

- روشی پايدار و يکسان برای دستيابی و استفاده از سخت افزار را بدو ن نياز از جزئيات عملکرد هر يک از سخت افزارهای موجود را برای برنامه های کامپيوتری فراهم می نمايد

اولين وظيفه يک سيستم عامل، مديريت منابع سخت افزاری و نرم افزاری است . برنامه های متفاوت برای دستيابی به منابع سخت افزاری نظير: پردازنده ، حافظه، دستگاههای ورودی و خروجی، حافطه های جانبی، در رقابتی سخت شرکت خواهند کرد. سيستم های عامل بعنوان يک مدير عادل و مطمئن زمينه استفاده بهينه از منابع موجود را برای هر يک از برنامه های کامپيوتری فراهم می نمايند.

وظيفه دوم يک سيستم عامل ارائه يک رابط ( اينترفيس ) يکسان برای ساير برنامه های کامپيوتری است . در اين حالت زمينه استفاده بيش از يک نوع کامپيوتر از سيستم عامل فراهم شده و در صورت بروز تغييرات در سخت افزار سيستم های کامپيوتری نگرانی خاصی از جهت اجرای برنامه وجود نخواهد داشت، چراکه سيستم عامل بعنوان ميانجی بين برنامه های کامپيوتری و سخت افزار ايفای وظيفه کرده و مسئوليت مديريت منابع سخت افزاری به وی سپرده شده است .برنامه نويسان کامپيوتر نيز با استفاده از نقش سيستم عامل بعنوان يک ميانجی براحتی برنامه های خود را طراحی و پياده سازی کرده و در رابطه با اجرای برنامه های نوشته شده بر روی ساير کامپيوترهای مشابه نگرانی نخواهند داشت . ( حتی اگر ميزان حافظه موجود در دو کامپيوتر مشابه نباشد ) . در صورتيکه سخت افزار يک کامپيوتر بهبود و ارتقاء يابد، سيستم عامل اين تضمين را ايجاد خواهد کرد که برنامه ها، در ادامه بدون بروز اشکال قادر به ادامه حيات وسرويس دهی خود باشند. مسئوليت مديريت منابع سخت افزاری برعهده سيتم عامل خواهد بود نه برنامه های کامپيوتری، بنابراين در زمان ارتقای سخت افزار يک کامپيوتر مسئوليت سيتستم عامل در اين راستا اولويت خواهد داشت . ويندوز 98 يکی از بهترين نمونه ها در اين زمينه است . سيستم عامل فوق بر روی سخت افزارهای متعدد توليد شده توسط توليدکنندگان متفاوت اجراء می گردد. ويندوز 98 قادر به مديريت و استفاده از هزاران نوع چاپگر ديسک و ساير تجهيزات جانبی است .

سيستم های عامل را از بعد نوع کامپيوترهائی که قادر به کنترل آنها بوده و نوع برنامه های کاربردی که قادر به حمايت از آنها می باشند به چهار گروه عمده تقسيم می نمايند.

- سيستم عامل بلادرنگ (RTOS). از اين نوع سيستم های عامل برای کنترل ماشين آلات صنعتی ، تجهيزات علمی و سيستم های صنعتی استفاده می گردد. يک سيستم عامل بلادرنگ دارای امکانات محدود در رابطه با بخش رابط کاربر و برنامه های کاربردی مختص کاربران می باشند. يکی از بخش های مهم اين نوع سيستم های عامل ، مديريت منابع موجود کامپيوتری بگونه ای است که يک عمليات خاص در زمانی که می بايست ، اجراء خواهند شد.

- تک کاربره - تک کاره . همانگونه که از عنوان اين نوع سيستم های عامل مشخص است، آنها بگونه ای طراحی شده اند که قادر به مديريت کامپيوتر بصورتی باشند که يک کاربر در هر لحظه قادر به انجام يک کار باشد. سيستم عامل Palm OS برای کامپيوترهای PDA نمونه ای مناسب از يک سيستم عامل مدرن تک کاربره و تک کاره است .

- تک کاربره - چندکاره . اکثر سيستم های عامل استفاده شده در کامپيوترهای شخصی از اين نوع می باشند. ويندوز 98 و MacOS نمونه هائی در اين زمينه بوده که امکان اجرای چندين برنامه بطور همزمان را برای يک کاربر فراهم می نمايند. مثلا" يک کاربر ويندوز 98 قادر به تايپ يک نامه با استفاده از يک واژه پرداز بوده و در همان زمان اقدام به دريافت يک فايل از اينترنت نموده و در همان وضعيت محتويات نامه الکترونيکی خود را برای چاپ بر روی چاپگر ارسال کرده باشد.

- چندکاربره . يک سيستم عامل چند کاربره ، امکان استفاده همزمان چندين کاربر از منابع موجود کامپيوتر را فراهم می آورند. منابع مورد نياز هر يک از کاربران می بايست توسط سيستم عامل بدرستی مديريت تا در صورت بروز اشکال در منابع تخصيص يافته به يک کاربر، بر روند استفاده ساير کاربران از منابع مورد نظر اختلالی ايجاد نگردد. يونيکس، VMS و سيستم های عامل کامپيوترهای بزرگ نظير MVS نمونه هائی از سيستم های عامل چندکاربره می باشند.

در اينجا لازم است که به تفاوت های موجود سيستم های عامل " چند کاربر " و " تک کاربر" در رابطه با امکانات شبکه ای اشاره گردد. ويندوز 2000 و ناول قادر به حمايت از صدها و هزاران کاربر شبکه می باشند اين نوع سيستم های عامل بعنوان سيستم عامل چند کاربره واقعی در نظر گرفته نمی شوند.

در ادامه با توجه به شناخت مناسب بوجود آمده در دررابطه با انواع سيستم های عامل به عمليات و وظايف سيستم عامل اشاره می گردد.