مفهوم أنظمة التشغيل.. مفتاح التحكم في عالم الحواسيب

نظام التشغيل: المدير الشامل للحاسوب ومكوناته

يتمثَّل دور نظام التشغيل في إدارة جوانب الحاسوب جميعها؛ سواء البرمجيات، أو الأجهزة؛ إذ يقوم نظام التشغيل بمهامّ أساسية، مثل إدارة الملفّات والذاكرة والعمليات، والتحكُّم في الإدخال والإخراج والأجهزة الأخرى، مثل مُحرِّكات الأقراص، والطابعات.

وبمُجرَّد تشغيل الحاسوب، يتولّى نظام التشغيل السيطرة على العمليات الأساسية، ويبقى في الذاكرة حتى إيقاف تشغيل الحاسوب، وهذا يعني أنّه يعمل باستمرار لضمان تشغيل النظام، وتوفير الخدمات للمُستَخدِمِين والبرامج الأخرى، لذا يمكن القول باختصار إنّ الحاسوب من دون نظام تشغيل سيكون حتماً عديم الفائدة.

ودون نظام التشغيل، كلّ تطبيق في الحاسوب سيضطر إلى تضمين واجهة مُستَخدِم خاصَّة به (UI)، كما سيحتاج إلى كودٍ شاملٍ حتى يتعامل مع وظائف الحاسوب، مثل التخزين على القرص، والاتِّصال بالشبكة، ومُعالَجة الإدخال والإخراج، وغيرها، وهذا سيؤدّي إلى زيادة حجم التطبيقات، وتعقيد عملها، إضافة إلى تكلفة تطوير البرمجيات وصعوبته. 

أمّا بوجود نظام التشغيل الذي يعمل كوسيط بين التطبيقات والأجهزة، فيمكن لتطبيقات البرامج الاعتماد عليه لأداء الوظائف الأساسية، وتُوفِّر برمجيّات النظام طريقةً مُتَّسِقةً ومُوحَّدةً للتطبيقات حتى تتفاعل مع الأجهزة (مُكوِّنات الحاسوب المادّية)، بغضّ النظر عن الفروقات بينها.  

ونظراً لأنّ الكثير من برامج الحاسوب يمكن أن تعمل معاً في الوقت نفسه، وجميعها يحتاج للوصول إلى وحدة المعالجة المركزية (CPU)، والتخزين، والذاكرة، فإنّ نظام التشغيل يعمل بشكل فعّال لضمان حصول كلّ برنامج على ما يحتاجه دون تعارُضٍ أو تداخُلٍ.   

وتستخدم برامج التطبيقات (Application programs) واجهة برمجة التطبيقات (API) التي يُوفِّرها نظام التشغيل، حتى تطلب الخدمات التي يُقدِّمها النظام، مثل إدارة الملفّات، والذاكرة، والاتِّصال بالأجهزة الأخرى، كما يمكن للمُستَخدِمِين التفاعل مع نظام التشغيل مباشرةً من خلال واجهة مُستَخدِم، مثل واجهة سطر الأوامر (CLI) التي تعتمد على النصوص، أو واجهة المستخدم الرُّسومية (GUI) التي تستخدم الرموز والرسومات للتفاعل مع الحاسوب.

وهذا يعني أنّ نظام التشغيل يُوفِّر الموارد والخدمات لكافَّة تطبيقات الحاسوب بالطريقة نفسها، ممّا يُمكِّنه من تقديم الخدمات المطلوبة لعدد كبير من التطبيقات بفعاليَّة، وبالتالي تقليل الوقت والجهد اللازمَين لتطوير التطبيقات، إضافة إلى ضمان قدرة المُستَخدِمِين على استخدام الحاسوب من خلال واجهة مُوحَّدة ومفهومة، دون الحاجة إلى معرفة تفاصيل تقنية مُعقَّدة.

وظائف نظام التشغيل: توجيه الحاسوب وإدارة عملياته

إدارة المعالج

يجري تشغيل تطبيقات الحاسوب جميعها من خلال وحدة المعالجة المركزية(CPU)، أمّا نظام التشغيل فيتمثّل دوره في هذه المرحلة بإدارة كيفية استخدام التطبيقات وحدة المعالجة المركزية، وكمية الوقت التي تستغرقها، ثمّ مراقبة نشاط التطبيقات واستخدامها وحدة المعالجة المركزية، بحيث يُعيد توزيع مساحة وحدة المعالجة المركزية بعد الانتهاء من استخدام بعض التطبيقات لها. 

ويستخدم نظام التشغيل برنامجاً خاصّاً يُعرَف باسم "مراقب حركة المرور"؛ لرصد عدد العمليات التي يُديرها المُعالِج المركزي، وعدد العمليات التي تنتظر التنفيذ، ممّا يسهم في تحسين جودة تجربة المستخدم في تشغيل التطبيقات المُتعدِّدة.

إدارة الذاكرة

عند تشغيل تطبيق على جهاز الحاسوب، يجري تخزين البرنامج والبيانات التابعة له في الذاكرة الرئيسية (RAM) التي يمكن لوحدة المعالجة المركزية (CPU) الوصول إليها بسرعة، وعند تشغيل عدَّة تطبيقات في الوقت نفسه، فإنّ كلّ تطبيق يحتاج إلى حصَّة من الذاكرة الرئيسية للعمل بشكل صحيح، وهنا يأتي دور نظام التشغيل بتوزيع وإدارة الذاكرة الرئيسية بين التطبيقات المختلفة.

ويمنح نظام التشغيل الأولوية للتطبيقات التي يستخدمها مستخدم الحاسوب (الإنسان) حاليّاً، أو تتطلَّبها المهامّ التي يقوم بها، ممّا يضمن وصول التطبيقات المهمّة للمُستخدِم في الوقت الحالي إلى الذاكرة الرئيسية، بينما يُدير استخدام الذاكرة للتطبيقات التي لا يحتاج المستخدم إليها في الوقت الحالي، ممّا يضمن تشغيل التطبيقات بسلاسة ودون تعارُض.

إدارة الأجهزة 

تُتيح أجهزة الحاسوب جميعها استخدام أجهزة الإدخال والإخراج، مثل لوحة المفاتيح، والفأرة، والميكروفون، والسماعات، وأجهزة العرض، والتي يهدف توصيلها إلى تعزيز وظائف جهاز الحاسوب، ويتولّى نظام التشغيل مسؤولية إدارة هذه الأجهزة، وضمان عملها كما ينبغي؛ فهو يُحدِّد إن كانت مُتوافِقة مع النظام، ويُوفِّر للمُستخدِم إرشادات لتثبيتها واستخدامها، كما يفحص الأجهزة بحثاً عن أيّة مشكلات، ويُمكنه أيضاً تعديل البرمجيات لدعم توافق هذه الأجهزة مع الحاسوب. 

إدارة الملفات 

تُستخدَم الملفّات لتخزين البيانات على الحاسوب بأشكالها المختلفة من النصوص، والصور، والملفّات الصوتية، وملفّات فيديو، والتطبيقات، أو أيّ نوع آخر من البيانات، ويتعرَّف نظام التشغيل تلقائياً على نوع الملفّ ليُخصّص البرنامج المناسب لفتحه، كما يُنظِّم الملفّات تلقائيّاً في أنظمة مختلفة مُتوفِّرة على الحاسوب.  

ويسمح نظام التشغيل أيضاً للمُستخدِم بإجراء مجموعة مُتنوِّعة من العمليات على الملفّات، مثل النسخ، والنقل، والحذف، كما يُتيح له تشغيل التطبيقات المناسبة لفتح الملفّات وتعديلها.

الكشف عن الأخطاء

تُجري أنظمة التشغيل فحوصات دورية للنظام اعتماداً على نوع الجهاز، وتساعد هذه الفحوصات في تحديد وتشخيص أيّ خطأ في النظام؛ ليتولّى نظام التشغيل حلَّه، أو إبلاغ المُستخدِم به. 

كما يمكن لأنظمة التشغيل أيضاً فحص الأجهزة المادّية للحاسوب؛ لاكتشاف أيّ خطأ أو تلف فيها، وتقديم حلول لها -إن وُجِدت-، إضافة إلى أنَّ أنظمة التشغيل تكتشف مشكلات ملفّات الحاسوب وتحلُّها؛ فعلى سبيل المثال، يمكن لنظام التشغيل تحرير ملفّات ذاكرة التخزين المُؤقَّت لمقطع فيديو، أو تنسيق مُستنَد لتمكين الوصول إليه.

الحماية 

لنظام التشغيل دور أساسيّ في ضمان السلامة العامَّة لجهاز الحاسوب؛ من خلال بعض وظائف الأمان، مثل طلب كلمة مرور، أو رقم التعريف الشخصي عند تسجيل الدخول؛ لمنع الوصول غير المُصرَّح به، وحماية المُمتَلَكات والبيانات. 

كما يُشغِّل نظام التشغيل جدار الحماية (Firewall) في جهاز الحاسوب؛ لمُراقَبة حركة البيانات بين الحاسوب والإنترنت؛ بهدف منع وصول البرمجيات الخبيثة إلى الحاسوب. 

المراجع 

[1] uow.edu.au, Understanding operating systems
[2] britannica.com, operating system
[3] techtarget.com, operating system (OS)
[4] edu.gcfglobal.org, What is an operating system?
[5] uk.indeed.com, What are operating systems? (With tips and functions)