مفاهیم سیستم عامل

[Kooki♡]

سیستم عامل (OS) رابط بین کاربر رایانه و سخت‌افزار آن است. یک سیستم عامل در واقع نرم‌افزاری است که همه وظایف پایه‌ای مانند مدیریت فایل، مدیریت حافظه، مدیریت پروسه‌ها، مدیریت ورودی‌ها و خروجی‌ها و کنترل دستگاه‌هایی مانند درایوهای دیسک و پرینترها را بر عهده دارد. در این سری از نوشته‌های بلاگ فرادرس که این نوشته اولین بخش آن محسوب می‌شود، به بررسی جامع مفاهیم، کارکردها و نقش سیستم عامل می‌پردازیم. برخی سیستم‌های عامل محبوب شامل لینوکس، OS X، VMS، OS/400، AIX، Z/OS و غیره هستند.

تعریف سیستم عامل​

سیستم عامل برنامه‌ای است که به عنوان یک رابط بین کاربر و سخت‌افزار کامپیوتر عمل می‌کند و اجرای عملی انواع برنامه‌ها را کنترل می‌کند.
در ادامه برخی از ویژگی‌های مهم یک سیستم عامل ارائه شده است:

• مدیریت حافظه
• مدیریت پروسه‌ها
• مدیریت لوازم رایانه
• مدیریت فایل
• امنیت
• کنترل روی عملکرد سیستم
• محاسبه کارها
• کمک به تشخیص خطاها
• هماهنگی بین نرم‌افزارهای دیگر و کاربران

مدیریت حافظه​

منظور از مدیریت حافظه در واقع مدیریت حافظه اصلی رایانه است. حافظه اصلی آرایه بزرگی از کلمه (word) ها و بایت‌ها است که در آن هر کلمه یا بایت آدرس خاص خود را دارد.
حافظه اصلی یک روش ذخیره‌سازی سریع است که می‌تواند به طور مستقیم از سوی CPU مورد دسترسی قرار گیرد. برای این که یک برنامه اجرا شود، باید در حافظه اصلی قرار داشته باشد. یک سیستم عامل فعالیت‌های زیر را برای مدیریت حافظه انجام می‌دهد:

• رد فعالیت‌هایی که در حافظه اصلی صورت می‌پذیرد را نگه‌داری می‌کند، یعنی بررسی می‌کند که کدام بخش‌های حافظه از سوی کدام برنامه‌ها اشغال شده‌اند و کدام بخش‌ها مورد استفاده قرار نگرفته‌اند.
• در زمان اجرای برنامه‌های چندگانه، سیستم عامل تصمیم می‌گیرد که کدام پروسه چه مقدار حافظه و از کدام موقعیت دریافت می‌کند.
• زمانی که برنامه‌ای درخواست حافظه می‌کند، آن را تخصیص می‌دهد.
• زمانی که پروسه‌ای دیگر به حافظه نیاز نداشته باشد، آن را تخصیص زدایی کرده و خاتمه می‌دهد.

مدیریت پردازنده​

در محیط اجرای برنامه‌های چندگانه سیستم عامل تصمیم می‌گیرد که کدام پروسه چه هنگام و به چه مدت به پردازنده رایانه دسترسی داشته باشد. این عملکرد به نام زمان‌بندی پردازش (process scheduling) نامیده می‌شود. یک سیستم عامل برای مدیریت پردازنده فعالیت‌های زیر را انجام می‌دهد:

• فرایند عملکردی پردازنده را بررسی کرده وضعیت پردازنده را در هر لحظه ردگیری می‌کند. برنامه‌ای که مسئول این کار است کنترلر ترافیک (traffic controller) نام دارد.
• زمان پردازنده را به یک پروسه تخصیص می‌دهد.
• زمانی که پروسه دیگر به پردازنده نیاز نداشته باشد، تخصیص پردازنده را متوقف می‌کند.

​

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

مدیریت دستگاه‌ها​

سیستم عامل وظیفه مدیریت ابزارهای ارتباطی را از طریق درایورهای مربوطه بر عهده دارد. سیستم عامل برای مدیریت لوازم جانبی فعالیت‌های زیر را انجام می‌دهد:

• ردگیری همه دستگاه‌ها. برنامه‌ای که مسئول این وظیفه است به نام کنترلر ورودی/خروجی نامیده می‌شود.
• سیستم عامل تصمیم می‌گیرد که کدام پروسه‌ها، چه زمانی و به چه مدت به دستگاه‌ها دسترسی داشته باشند.
• دستگاه را به روشی کارآمد تخصیص می‌دهد.
• تخصیص دستگاه‌ها را متوقف می‌کند.

مدیریت فایل​

یک سیستم فایل به طور معمول در دایرکتوری‌هایی سازماندهی می‌شود تا حرکت میان فایل‌ها و استفاده از آن‌ها آسان باشد. این دایرکتوری‌ها می‌توانند شامل فایل‌ها یا دایرکتوری‌های دیگر باشند.
یک سیستم عامل برای مدیریت فایل، فعالیت‌های زیر را انجام می‌دهد:

• ردگیری اطلاعات، مکان، کاربردها، وضعیت‌ها و موارد دیگر و این‌ها همگی فعالیت‌هایی هستند که معمولاً به نام سیستم فایل (file system) نامیده می‌شود.
• تصمیمی گیری در مورد این که چه کسی منابع را به دست آورد.
• تخصیص منابع
• توقف تخصیص منابع

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

فعالیت‌های مهم دیگر​

در ادامه برخی فعالیت‌های مهم دیگری که سیستم عامل انجام می‌دهد را فهرست کرده‌ایم:

• امنیت – سیستم عامل به کمک رمزهای عبور و تکنیک‌های مشابه از دسترسی غیر مجاز به برنامه‌ها و داده‌ها ممانعت می‌کند.
• کنترل روی عملکرد سیستم – سیستم عامل تأخیرهای بین درخواست برای یک سرویس و پاسخ از سوی سیستم را ثبت می‌کند.
• محاسبه کارها – سیستم عامل زمان و منابع مورد استفاده از سوی کارها و کاربران مختلف را اندازه‌گیری می‌کند.
• کمک به عیب‌یابی خطاها – سیستم عامل با تهیه dump، ثبت ردپاها، پیام‌های خطا و دیگر ابزارها به عیب‌یابی و تشخیص خطا کمک می‌کند.
• هماهنگی بین نرم‌افزارهای دیگر و کاربران – سیستم عامل مسئولیت هماهنگ کردن و انتساب کامپایلرها، مفسرها، اسمبلرها و دیگر نرم‌افزارها به کاربران مختلف سیستم‌های رایانه‌ای را نیز بر عهده دارد.

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

سیستم‌عامل یا OS مخفف Operating System برنامه‌ای است که پس روشن شدن سیستم توسط یک برنامه‌ی بوت در رایانه شما بارگذاری می‌شود، این برنامه تمام برنامه‌های کاربردی دیگر را در یک کامپیوتر مدیریت می‌کند. برنامه‌های کاربردی برای اجرا یا ارائه خدمات از طریق رابط برنامه تعریف شده در برنامه (API) یک درخواست برای خدمات ایجاد کرده و سپس از سیستم عامل استفاده می‌کنند.

علاوه بر این، کاربران می‌توانند از طریق رابط کاربری‌های دیگر مانند خط فرمان یا یک رابط کاربری گرافیکی (GUI) مستقیماً با سیستم‌عامل ارتباط برقرار کنند. همچنین سیستم عامل، سخت افزار رایانه را قادر می‌سازد تا با نرم افزارهای دیگر ارتباط برقرار کرده و کار کند، بدون وجود سیستم عامل در رایانه، نمی‌توان با برنامه‌های کاربردی و سخت‌افزارها کار کرد.

​

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

تاریخچه‌ی سیستم‌عامل‌ها​

اولین سیستم عامل مورد استفاده GM-NAA I/O بود که در سال 1956 توسط بخش تحقیقات جنرال موتورز برای IBM 704 خودش تولید شد. مدت‌ها پس از آن، زمانی که کامپیوترهای شخصی در سال 1975 میلادی برای اولین بار معرفی شدند، کاربر با استفاده از یک رابط خط فرمان که نیاز به دستورات داشت کارهای خود را از طریق سیستم‌عامل انجام می‌داد که کاری بسیار سخت و طاقت فرسا بود. امروزه تقریباً در هر رایانه از یک سیستم عامل با GUI که مخفف اصطلاح Graphical User Interface است، استفاده شده که کار با سیستم‌عامل‌ها را بسیار آسان‌تر کرده است.

سیستمِ عامل، سیستم‌عامل یا نرم‌افزار عامل؟​

ممکن است برخی از افراد سیستم‌عامل را با عنوان “نرم‌افزار عامل” استفاده کنند. اگرچه این اصطلاح درست است، اما مناسب‌تر این است که این نرم افزار “سیستم‌عامل” خوانده شود. همچنین اصطلاح سیستم‌عامل درست‌تر از سیستمِ عامل است.

​

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

سیستم‌عامل چیست؟​

سیستم‌عامل برنامه‌ای است که در تمام لحظات روی کامپیوتر شما در حال اجراست و به عنوان واسطی بین کاربران یک کامپیوتر و سخت افزار عمل می‌کند. این نرم افزار معمولاً هسته‌ی سیستم یا کرنل (Kernel) نامیده می‌شود. هدف یک سیستم عامل این است که محیطی را فراهم کند که کاربر بتواند برنامه‌هایش را به روشی موثر و راحت اجرا کند. تمام برنامه‌های دیگر برخی برنامه‌های سیستمی و برخی برنامه‌های کاربردی هستند. در کل می‌توان گفت که سیستم عامل یک برنامه برای مدیریت سخت افزار کامپیوتر است.

یک سیستم عامل شبیه یک دولت است. به خودی خود کاری انجام نمی‌دهد، اما محیطی را فراهم می‌کند که برنامه‌های دیگر بتواند کارهای مفیدی انجام دهند.

​

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

وظایف اصلی هر سیستم عامل​

سیستم عامل یک Resource Allocator است، یعنی منابعی همچون حافظه، زمان‌کاری پردازنده، دستگاه‌های ورودی و خروجی و… را طبق الگوریتم‌هایی به متقاضیان اختصاص می‌دهد.
همچنین سیستم‌عامل‌ها یک Control Program نیز هستند، یعنی اجرای برنامه‌ها را کنترل می‌کند تا از خطاها و استفاده نادرست از سیستم جلوگیری کنند.

خدمات سیستم‌عامل به برنامه‌های کاربردی​

همانطور که گفته شد سیستم عامل تمام برنامه‌های کاربردی دیگر را در یک کامپیوتر مدیریت می‌کند. خدماتی که این برنامه برای برنامه‌های کاربردی انجام دهد می‌تواند موارد ذیل را شامل شود:

در یک سیستم عامل چند وظیفه‌ای (مانند ویندوز در سیستم کامپیوتری یا اندروید در تلفن همراه) چندین برنامه همزمان می‌توانند اجرا شوند، این سیستم‌عامل است که تعیین می‌کند برنامه‌ها باید به چه ترتیب اجرا شوند و قبل از نوبت یک برنامه دیگر، چقدر زمان باید برای هر برنامه مجاز باشد.

به اشتراک گذاری حافظه داخلی میان چندین برنامه کاربردی را مدیریت می‌کند.

این برنامه از ورودی و خروجی‌های دستگاه‌های سخت افزاری متصل مانند هارد دیسک، چاپگر و پورت‌ها استفاده می‌کند تا دستورات را اجرا یا نتیجه آن را نمایش دهد.

همچنین در زمان مشکل در عملکرد و هرگونه خطایی که ممکن است در برنامه‌ای رخ دهد یک پیام در مورد آن خطا به کاربر (یا به اپراتور سیستم) ارسال می‌کند.

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

سیستم عامل می‌تواند مدیریت کارهای گروهی را بارگیری و اجرا کند (به عنوان مثال چاپ) این عمل به گونه‌ای انجام می‌شود که برنامه ایجاد کننده از این کار آزاد شود. یعنی زمانی که شما دستور پرینت ۱۰۰ صفحه از یک فایل در برنامه Word می‌دهید همچنان می‌توانید با برنامه Word کار کنید زیرا عمل پرینت در پس زمینه اجرا می‌شود.

در رایانه‌هایی که می‌توانند پردازش موازی ارائه دهند (برای مثال در کامپیوترهایی که پردازنده چند هسته‌ای دارند) یک سیستم‌عامل می‌تواند نحوه تقسیم برنامه را به گونه‌ای مدیریت کند که به طور همزمان روی هر هسته از پردازنده اجرا شوند.

در کل می‌توان گفت کلیه سیستم‌های رایانه‌ای (سخت افزاری و نرم افزاری) به سیستم‌عامل نیاز دارند و سیستم‌های عامل باید با ویژگی‌های مختلف توسعه داده شوند تا نیازهای خاص در عوامل مختلف را برآورده سازند.

​

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

انواع سیستم‌عامل در پلتفرم‌های مختلف​

هر پلتفرم‌ و بستر بر اساس نیاز خود و سخت‌افزارهایی که در آن به کار برده شده سیستم‌عامل متفاوتی دارد. به عنوان مثال گوشی‌های همراه از سیستم عامل‌هایی چون اندروید، iOS، ویندوز فون و… بهره می‌برند که هر کدام مزایا، معایب و طرفداران خود را دارند.

سیستم عامل‌ها می‌توانند روی کامپیوترهای شخصی، سرورها، گوشی‌های همراه، گجت‌های هوشمند و بسیاری از لوازم الکترونیکی دیگر نصب باشند. هر یک از این سیستم عامل‌ها گستردگی عملکرد خود را دارند.

برای مثال سیستم‌عامل یک سنسور بررسی رطوبت خاک جهت آبیاری در بازه‌ی زمانی تعریف شده یک پردازش از محیطش انجام داده و یک سیگنال به سیستم آبیاری ارسال می‌کند تا نیاز به آبیاری را اطلاع رسانی کند. یا یک سیستم عامل جاسازی شده برای استفاده در رایانه‌های ساخته شده در سیستم‌های بزرگتر مثل اتومبیل، چراغ راهنمایی، تلویزیون دیجیتال، دستگاه‌های خودپرداز، کنترل هواپیما، پایانه‌های فروش (POS)، دوربین‌های دیجیتال‌، سیستم‌های GPS، آسانسور، گیرنده‌ها، کنتورهای هوشمند و…

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان

[Kooki♡]

سیستم عامل شبکه (NOS) نیز یک سیستم عامل رایانه‌ای است در بستر مختص خودش که همان شبکه‌های کامپیوتری طراحی شده است. این OS در درجه اول برای پشتیبانی از کلاینت‌ها، رایانه شخصی و موارد دیگری که به یک شبکه وصل می‌شوند (برای مثال یک شبکه LAN) ارائه شده است.

سیستم عامل Real Time یا (RTOS) یک سیستم عامل است که توانایی خاصی را در یک محدودیت زمانی، مشخص یا تضمین می‌کند. به عنوان مثال، یک سیستم عامل ممکن است برای اطمینان از کارکرد درست یک شی خاص در یک ربات در خط مونتاژ طراحی شده باشد.

​

 

انجمن رمان نویسی دانلود رمان