المفاهيم العامة لنظام التشغيل

الباب الأول: المفاهيم العامة

• الحاسوب يتكون من مكونات مادية (أجهزة ملموسة كالشاشة والمعالج) وبرمجية (برامج تتحكم في المكونات المادية).
• في الماضي، كانت الحواسيب تعمل بدون نظم تشغيل وكانت البرامج تُكتب بلغة الآلة وتُدخل باستخدام البطاقات المثقبة، وكانت الحواسيب ضخمة وبطيئة ومكلفة.
• نظام التشغيل تطور من برامج تحل محل المشغل اليدوي إلى نظم رسومية (GUI).
• نظام التشغيل هو البرنامج الذي يتحكم في تنفيذ برامج المستخدم ويعمل كوسيط بين المستخدم والمكونات المادية، ويدير الموارد ويثبت على الحاسب لإدارة الموارد وتوفير واجهة مستخدم.
• أهداف نظام التشغيل هي توفير بيئة مناسبة للاستخدام والاستفادة القصوى من الموارد.
• إدارة الموارد تتضمن حجزها عند الطلب وتحريرها عند الانتهاء، وضمان كفاءة وعدالة استخدامها.
• نظم التشغيل الحديثة تدعم تشغيل أكثر من برنامج في وقت واحد (تعدد المهام).
• نظام التشغيل يتحكم في تشغيل البرامج الأخرى ويدير عملية تنفيذها، مع تفادي الأخطاء وحماية البرامج من بعضها البعض.
• النواة (Kernel) هي الجزء الأساسي من نظام التشغيل الذي يدير المكونات المادية مباشرة.
• مكونات نظام الحاسب تتضمن المكونات المادية (المعالج، الذاكرة، أجهزة الإدخال والإخراج، النواقل) والنواة.
• النواة تنقسم إلى مدير العمليات، مدير الذاكرة، مدير الأجهزة، مدير الملفات، ومدير الشبكة.
• واجهات نظام التشغيل تشمل الغلاف (مترجم الأوامر) وواجهات نداء النظام.
• الترتيب الهرمي للذاكرة يبدأ بذاكرة المعالج (المسجلات) الأسرع والأصغر، ثم الذاكرة الرئيسة، ثم الذاكرة المخبئية، وأخيرًا الذواكر الثانوية الأبطأ والأكبر.
• بنية الحاسوب الأساسية تعتمد على نموذج جون فون نيومان الذي يتضمن آلة متعددة الأغراض تعمل بشكل ذاتي وإلكترونية ورقمية بالكامل.
• العناصر الأساسية في بنية الحاسوب هي المعالج، الذاكرة، ووحدات الإدخال والإخراج.

الباب الثاني: إدارة العمليات

• في الماضي، كان نظام التشغيل يسمح بتشغيل برنامج واحد فقط، ولكن حاليًا يمكن تشغيل عدة برامج في وقت واحد.
• العملية هي برنامج قيد التنفيذ ووحدة النشاط التي تنفذ سلسلة من التعليمات.
• حالات العملية تشمل جديد، جاهز، تنفيذ، انتظار، وانتهاء.
• يتم إنشاء العملية بواسطة تهيئة النظام، طلب المستخدم، أو عملية تطلب إنشاء عملية أخرى (عملية الابن).
• يتم إنهاء العملية بسبب انتهاء العمل، حدوث أخطاء، أو انتهاء الزمن المخصص لها.
• عند تبديل العمليات، يتم حفظ حالة العملية الحالية واسترجاع حالة العملية التالية.
• في نظام ويندوز، كل برنامج يتم تشغيله يعتبر عملية يديرها نظام التشغيل، ويمكن مشاهدة العمليات الجارية باستخدام مدير المهام.

الباب الثالث: جدولة العمليات

• الهدف من تعدد البرامج هو إبقاء المعالج مشغولًا دائمًا بتناوب العمليات.
• أنواع الجدولة تشمل جدولة طويلة المدى، جدولة متوسطة المدى، وجدولة قصيرة المدى.
• تتم الجدولة عند الانتقال بين حالات العملية، مثل من تنفيذ إلى انتظار، من تنفيذ إلى جاهزية، أو عند انتهاء العملية.
• خوارزميات الجدولة تشمل:
  • جدولة الرتل (FCFS): يتم تنفيذ العمليات حسب ترتيب وصولها.
  • جدولة الشغل الأقصر أولًا (SJF): العمليات الأقصر يتم تنفيذها أولًا.
  • جدولة الزمن المتبقي الأقصر (SRTF): نسخة قابلة للتوقف من SJF.
  • جدولة Round Robin: يتم تخصيص شريحة زمنية لكل عملية.
  • جدولة الارتال متعددة المستويات: يتم تقسيم العمليات إلى طوابير متعددة حسب الأولوية.
  • جدولة التغذية المرتدة: العمليات يمكنها الانتقال بين الطوابير حسب أولوياتها.
• معايير الجدولة تشمل زمن الانتظار، زمن الاستجابة، والإنتاجية.