Introduction to OS - RB Informatics - PDF

‫السعر‬ ‫‪2880‬‬ ‫كلية الهندسة المعلوماتية‬ ‫عملي‬ ‫نظري‬ ‫السنة الرابعة‬ ‫‪9‬‬ ‫‪Introduction to OS‬‬...

‫السعر‬ ‫‪2880‬‬ ‫كلية الهندسة المعلوماتية‬ ‫عملي‬ ‫نظري‬ ‫السنة الرابعة‬ ‫‪9‬‬ ‫‪Introduction to OS‬‬ ‫‪1‬‬ ‫د‪.‬المثنى خضر‬ ‫‪03/10/2023‬‬ ‫‪24‬‬ ‫نظم تشغيل (‪)1‬‬ ‫تعريف نظام التشغيل‬ ‫التعريف األبسط لنظام التشغيل هو أنه برنامج يعمل كوسيط بين المستخدم ( أنا و أنت 😊) و أجهزة الحاسوب الماديّة‬ ‫(‪ ، )Hardware‬و يؤمن بيئة مناسبة لتنفيذ البرامج ‪.‬‬ ‫أهداف نظام التشغيل ‪:‬‬ ‫تنفيذ برامج و تطبيقات المستخدم و جعل حل مشاكل المستخدم أسهل ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫توفير بيئة مناسبة و مالئمة لالستخدام ‪. convenient‬‬ ‫▪‬ ‫االستفادة القصوى من الموارد و ذلك بجعلها تعمل بشكل فعّال ‪. efficient‬‬ ‫▪‬ ‫الخاصة بنظام التشغيل ‪:‬‬ ‫ّ‬ ‫بعض التعاريف‬ ‫‪: Kernel‬‬ ‫هو جزء من نظام التشغيل الذي ال يعمل بدونه‪ ،‬و الذي يجب أن يبقى قيد التشغيل طالما الحاسب يعمل ‪ ،‬و عند تعرّضه‬ ‫إلى أي ضرر يؤدي إلى توقف نظام التشغيل و عدم قدرة الحاسب على العمل‪.‬‬ ‫أي باختصار هو عبارة عن لب نظام التشغيل ‪.‬‬ ‫)‪. Is the main component of Linux Operating System (OS‬‬ ‫لماذا يعتبر ال ‪ Kernel‬نواة ؟؟‬ ‫سُمّي بذلك ألنه مثل البذرة الموجودة داخل الغالف الصّلب تتحكم بجميع الوظائف األساسيّة لألجهزة ‪.‬‬ ‫مهام ال ‪: Kernel‬‬ ‫‪Memory management.1‬‬ ‫‪Process management.2‬‬ ‫‪Device drivers.3‬‬ ‫‪System Calls and Security.4‬‬ ‫‪1‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫‪: System Programs‬‬ ‫مجموعة من البرامج التي ‪:‬‬ ‫تؤمن بيئة مناسبة لتنفيذ و تشغيل البرامج ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫و تقديم خدمات للمستخدمين ‪. USER‬‬ ‫▪‬ ‫ليست جزء من ال ‪ Kernel‬إنما تأتي مع نظام التشغيل أو يمكن تثبيته الحقاً مثل ‪:‬‬ ‫▪‬ ‫‪Assembler , Compiler , Command Line‬‬ ‫‪: Application Programs‬‬ ‫هي جميع البرامج التي ال ترتبط مع نظام التشغيل مباشرةً ‪ :‬مثل‬ ‫( ‪) Adobe , VLC , Notepad , Call of duty‬‬ ‫‪ ( Middleware‬برمجيات وسيطة ) ‪:‬‬ ‫هي مجموعة ال ‪ Software frameworks‬التي تزوّد مطوّرين البرامج ( مثل انت يا ‪ )😊 IT‬بخدمات إضافيّة مثل ‪:‬‬ ‫(‪ ) Databases – Multimedia – Graphics‬و هي مضّمنة ضمن أنظمة التشغيل ذات االستخدام العام و أيضاً توجد‬ ‫في الحوسبة المحمولة ‪. Mobile Computing‬‬ ‫مهام نظام التشغيل حسب الحاجة‬ ‫تنقسم الحواسيب إلى أنواع مختلفة و منها ‪:‬‬ ‫‪: Mainframe Computers‬‬ ‫عبارة عن جهاز حاسوب مركزي واحد تتصل به عدّة طرفيات تسمى (‪ )dump terminal‬هذه الطرفيات عبارة عن شاشة‬ ‫و لوحة مفاتيح ‪ ،‬ليس بها ذاكرة أو معالج و إنما تستخدم معالج و ذاكرة الحاسب المركزي ‪.‬‬ ‫‪: Minicomputers‬‬ ‫هي فئة من الحواسيب متعددة المستخدمين و تقع في المدى األوسط من الطيف الحاسوبي بين األنظمة متعددة‬ ‫المستخدمين الكبرى و األنظمة أحاديّة المستخدم الصغرى (الحاسب الشخصي)‪.‬‬ ‫‪: Servers‬‬ ‫هو نظام حاسوبي متصل بشبكة أي أنه عقدة فيها و متخصص في أداء وظيفة معيّنة و تلبيّة الطلبات التي ترده من‬ ‫حواسيب أخرى على الشبكة و عادة ما يكون عتاده المادي ذات إمكانيات متفوقة و تصميمات خاصة لتحمل العمل لفترات‬ ‫طويلة بال انقطاع و لمواجهة األعطال بكفاءة أكبر ‪.‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫‪: Embedded System‬‬ ‫هي أنظمة لمعالجة المعلومات و تكون متضمنة في منتج أكبر و هي عادة ما تكون غير مرئيّة مباشرة للمستخدم و تكون‬ ‫واجهاتها قليلة أو معدومة أحياناً مثل األنظمة الموجودة في السيارات الحديثة ‪.‬‬ ‫المستخدمون ‪:‬‬ ‫يريدون أن يكون نظام التشغيل سهل االستخدام و أن يعطي أداء عالي من دون االهتمام بما يقوم من استهالك لموارد‬ ‫الحاسب ‪.‬‬ ‫الحواسيب المشتركة ‪:‬‬ ‫مثل ال ‪ mainframe‬أو ال ‪ minicomputer‬على نظام التشغيل إدارة الجهاز المركزي لخدمة الكم الكبير من‬ ‫المستخدمين بحيث يكون زمن االستجابة لكل مستخدم سريع (أقل من ثانية) ـ و حتى يشعر كل مستخدم أن الجهاز‬ ‫المركزي يخدمه لوحده‪.‬‬ ‫مستخدمي األنظمة المخصصة ‪:‬‬ ‫مثل ال ‪ workstations‬لديها موارد مخصصة ولكنها غالباً تتشارك في الموارد من ال ‪ ، servers‬وعلى أنظمة التشغيل‬ ‫تأمين أدوات إلدارة الخدمات التي يقدمها ال ‪. server‬‬ ‫األجهزة المحمولة ‪:‬‬ ‫‪ Mobile devices‬مثل الهواتف الذكيّة و ال ‪ tablets‬هي أجهزة تمتلك موارد ضعيفة و يتم تطوير هذه األجهزة من‬ ‫أجل تحسين االستخدامية و عمر البطاريّة ‪ ،‬تكون أنظمة التشغيل في هذه الحالة تستجيب لل ‪ touch screens‬و التعرّف‬ ‫الصوتي ‪.voice recognition‬‬ ‫مضمنة ‪:‬‬ ‫ّ‬ ‫حواسيب‬ ‫بعض الحواسيب تمتلك واجهات قليلة أو ال تمتلك واجهات أساساً ‪ ،‬مثل األنظمة الموجودة في ‪embedded computer‬‬ ‫(الحواسيب المضّمنة) ‪ ،‬و هذه األنظمة تعمل بشكل أساسي دون أي تدخل من المستخدم ‪.‬‬ ‫مكونات النظام الحاسوبي‬ ‫مكونات النظام الحاسوبي‬ ‫العتاديات‬ ‫البرامج‬ ‫المستخدمين‬ ‫نظام التشغيل‬ ‫‪Hardware‬‬ ‫التطبيقيّة‬ ‫‪Users‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫البرامج التطبيقيّة ‪:‬‬ ‫معالجات النصوص – مترجم – نظام قاعدة بيانات – تمثّل األساليب التي تستخدم بها موارد الجهاز لحل مشاكل‬ ‫المستخدمين ‪.‬‬ ‫أي هي عبارة عن األساليب التي تستخدم بها موارد الجهاز لحل مشاكل المستخدمين‬ ‫العتاديات (‪: )Hardware‬‬ ‫وحدة المعالجة – الذاكرة – أجهزة اإلدخال و اإلخراج ‪( I/O‬موارد الحاسوب) ‪.‬‬ ‫يتولى نظام التشغيل مهمّة مراقبة و تنسيق استخدام العتاديات بين مختلف البرامج التطبيقيّة لمختلف المستخدمين ‪.‬‬ ‫نظام التشغيل ‪:‬‬ ‫المتحكم ‪Controller‬‬ ‫ لكل جهاز أو لكل طرفيّة يوجد متحكّم ‪ controller‬أو ما يسمى أيضاً بـ ‪ Adapter‬يتحكم به ‪ ،‬قد يكون مدمجاً‬ ‫بالجهاز أو أحياناً قد يكون خارجياً (مثل كرت الشاشة هو ‪ controller‬يتحكم بالشاشة) و لكنه ليس جزء من نظام‬ ‫التشغيل ‪.‬‬ ‫ و يتعامل نظام التشغيل مع ال ‪ controller‬عن طريق ‪ software‬يدعى ‪. Device driver‬‬ ‫ كل متحكم يحتوي على مخزن محلّي مؤقت (‪. )Buffer‬‬ ‫ يوجد أكثر من ‪ CPUs , device controllers‬متصلة من خالل خطوط النقل المشتركة (‪ )Bus‬توفر الوصول‬ ‫إلى الذاكرة المشتركة ‪.‬‬ ‫ التنفيذ المتزامن لوحدات المعالجة المركزية و األجهزة يجعل منهم يتنافسون على دورات الذاكرة حيث أن الذاكرة‬ ‫يمكنها أن تتعامل مع جهاز ‪ CPU/‬واحد في الدورة الواحدة ‪.‬‬ ‫ يقوم المتحكّم بإعالم المعالج أنه قد أنهى عمله عن طريق التسبب في مقاطعة ‪. Interrupt‬‬ ‫‪4‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫المقاطعات ‪Interrupts‬‬ ‫ المقاطعة ‪ :‬هي إشارة أو طلب ترسل من المكونات الماديّة أو المكونات البرمجيّة إلى المعالج من أجل تنفيذ‬ ‫خدمة مستعجلة (‪. )interrupt service routine‬‬ ‫ هنالك مجموعة من الخدمات تختلف باختالف نظام التشغيل ‪ ،‬و هي عبارة عن دوال خاصّة بالمقاطعات ‪ ،‬فكل‬ ‫مقاطعة تقابلها مجموعة من الدوال ‪.‬‬ ‫ عندما يتم إرسال المقاطعة إلى المعالج يوقف ما كان يعمل فيه ‪ ،‬ثمّ ينفذ دالة معينة من دوال المقاطعة (تحدد‬ ‫الدالة برقم في مسجل معين) ‪ ،‬ثم يرجع المعالج مرة أخرى ليواصل ما أوقفه قبل استالمه للمقاطعة ‪.‬‬ ‫هنالك أنواع مختلفة من المقاطعات ‪:‬‬ ‫‪ : Hardware‬تستخدمها ال ‪ Hardware devices‬للتخاطب مع نظام التشغيل‬ ‫▪ ‪interrupt‬‬ ‫عندما تريد طلب عمل ما منه و هي عبارة عن بنبضة كهربائيّة ‪.‬‬ ‫‪ : Software‬و هي عبارة عن ‪ Trap‬أو ‪ Exception‬و تحدث لثالثة أسباب ‪:‬‬ ‫▪ ‪interrupt‬‬ ‫‪ )1‬عند حصول خطأ برمجي ما (‪)division by zero‬‬ ‫‪ )2‬طلب معيّن من برنامج ليقوم بتنفيذه نظام التشغيل (‪)System Call‬‬ ‫‪ )3‬مشاكل برمجيّة أخرى (‪ )Infinity loop‬أو عمليات تقوم بتعديل بعضها البعض ‪.‬‬ ‫‪5‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫الخط الزمني لمقاطعات أجهزة الدخل و الخرج‬ ‫ القمم في وقت وحدة المعالجة المركزيّة هي عندما تكون وحدة المعالجة المركزيّة مشغولة بالقيام بمهمة ‪ ،‬و‬ ‫الوديان هي عندما يتم إعالم وحدة المعالجة المركزيّة بمقاطعة من ال ‪ I/O‬و عليه المضي قدماً في إعداد المخازن‬ ‫المؤقتة للجولة المقبلة ‪.‬‬ ‫ القمم في ال ‪ I/O‬تكون عندما ينتظر خرج أو طلبات دخل و خرج ‪ ،‬و الوديان عندما متحكم الجهاز يقوم بكتابة‬ ‫مخازن الذاكرة بشكل مستقل من وحدة المعالجة المركزيّة إلى الجهاز الفعلي و غالباً ما تتم الكتابة عن طريق ال‬ ‫(‪ )DMA‬الوصول المباشر للذاكرة ‪.‬‬ ‫أثناء المقاطعة يحافظ نظام التشغيل على الحالة الحالية لوحدة المعالجة المركزيّة من خالل تخزين‬ ‫السجالت ‪ registers‬و عداد البرنامج ‪ program counter‬و يقوم بتحديد نوع المقاطعة التي حصلت‬ ‫ عندما يطلب أحد البرامج عمليّة دخل أو خرج ‪ ،‬فنظام التشغيل يقوم بعمليّة مقاطعة و نكون أمام حالتين ‪:‬‬ ‫إما االنتظار ‪:‬‬ ‫يعود التحكم إلى برنامج المستخدم فقط بعد إتمام عمليات ال ‪. I/O‬‬ ‫▪‬ ‫تعليمات االنتظار تجعل وحدة المعالجة المركزيّة بحالة خمول حتى المقاطعة التاليّة ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫حلقة االنتظار تؤدي إلى التنازع بين الموارد للوصول إلى الذاكرة ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫من الممكن أن يتواجد طلب ‪ I/O‬واحد على األكثر في الوقت الواحد ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫أو االستمرار ‪:‬‬ ‫يعود التحكّم إلى برنامج المستخدم دون انتظار انتهاء عمليات ال ‪. I/O‬‬ ‫▪‬ ‫يفهرس نظام التشغيل جداول أجهزة ‪ I/O‬لتحديد حالة الجهاز و تعديل سطور الجدول لتضمين المقاطعة ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫‪ Device-status table‬جدول حالة الجهاز يحتوي على دخل لكل جهاز ‪ I/O‬يشير إلى نوعه و عنوانه و حالته ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫‪6‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫‪Direct Memory Access Structure‬‬ ‫و هي عملية نقل مباشر بين أجهزة الدخل و الخرج و الذاكرة الرئيس ّية دون تدخل المعالج ‪ ،‬و تُدار هذه العمل ّية عن‬ ‫طريق ال ‪ device controller‬الخاص بالذاكرة الرئيسية ‪.‬‬ ‫ تستخدم ألجهزة ‪ I/O‬عالية السرعة القادرة على إرسال المعلومات بسرعة قريبة من سرعة ال ‪. RAM‬‬ ‫‪Device controller‬ينقل ال ‪ block of data‬من المخازن المؤقتة ‪ buffer‬بشكل مباشر إلى الذاكرة الرئيسية‬ ‫ ‬ ‫دون تدخل ال ‪. CPU‬‬ ‫ يتم إنشاء مقاطعة واحدة فقط لكل ‪ ، block‬بدالً من المقاطعة واحدة لكل بايت ‪.‬‬ ‫هرميّة الذاكرة‬ ‫تتكون هرم ّية الذاكرة من التالي ‪:‬‬ ‫المسجالت ‪. registers‬‬ ‫▪‬ ‫الذاكرة المخبأة (الكاش) ‪. cache‬‬ ‫▪‬ ‫الذاكرة الرئيسية (الرام) ‪. main memory‬‬ ‫▪‬ ‫األقراص الممغنطة ‪. magnetic disk‬‬ ‫▪‬ ‫األقراص الضوئية ‪. optical disks‬‬ ‫▪‬ ‫األشرطة الممغنطة ‪. magnetic tape‬‬ ‫▪‬ ‫هنالك عوامل تؤثر في هرميّة الذاكرة هي ‪:‬‬ ‫( التطاير – السرعة – السعة – السعر ) ‪.‬‬ ‫ أعلى الهرم ‪ :‬يخزن البيانات تخزينا مؤقتاً يزول عند إغالق الحاسب (متطايرة) ‪. volatile‬‬ ‫‪7‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫ أسفل الهرم ‪ :‬يخزن البيانات تخزيناً دائماً ال يزول (غير متطايرة) ‪. non-volatile‬‬ ‫واجهة نداء النظام ‪System Call Interface‬‬ ‫هو عبارة عن ‪ Programming Interface‬يسمح للبرمجيات و التطبيقات بأن تطلب خدمات من نظام التشغيل ‪ ،‬و‬ ‫هو أيضاً عبارة عن مجموعة من األكواد المخزنة في جدول ‪ ،‬يحتوي هذا الجدول على حقلين ‪:‬‬ ‫الحقل األول ‪ :‬رقم المقاطعة و الحقل الثاني ‪ :‬هو أكواد المقاطعة ‪.‬‬ ‫‪ ‬كيف ّية عمل نداءات النظام ‪:‬‬ ‫يتم تنفيذ نداء النظام في وضع النواة ‪ Kernel mode‬و لكل استدعاء نظام رقم مرتبط به ‪:‬‬ ‫‪.1‬يرسل هذا الرقم إلى النواة ليعرف نظام التشغيل ما هو استدعاء النظام المطلوب ‪.‬‬ ‫‪.2‬عندما يرسل المستخدم هذا الرقم فهو في الحقيقة يستدعى روتين مكتبة (‪ ، )Library routine‬فيقوم‬ ‫الروتين بإرسال مقاطعة (‪ )issues a trap‬لنظام التشغيل ‪ ،‬ثم يمرر رقم االستدعاء و معطياته إلى النواة‬ ‫باستخدام مسجالت معينة ‪.‬‬ ‫‪.3‬تقوم النواة بتنفيذ الروتين و ترسل النتائج للمستخدم عبر مسجل معيّن ‪.‬‬ ‫‪.4‬إذا كانت النتائج كبيرة الحجم ال يستطيع المسجل تخزينها ‪ ،‬سترسل بطريقة أخرى مثل استدعاء الروتين‬ ‫‪ copy-to-user‬لتخزينها في موقع ما بالذاكرة ‪.‬‬ ‫‪Single & Multi Processing‬‬ ‫‪: Single Processor‬‬ ‫و هو معالج يستخدم عندما يكون للحاسب أو الجهاز المراد برمجته هدف عام وحيد يعمل عليه و يهتم به ‪.‬‬ ‫‪: Multi Processor‬‬ ‫تعرف األنظمة الخاصة بها األنظمة التفرعيّة (‪ )Parallel Systems‬أو (‪ )tightly-coupled systems‬و المعنى‬ ‫بالنهاية واحد ‪ ،‬حيث يكون لدينا أكثر من معالج ضمن نطاق اتصال متقارب و يتشاركون موارد الحاسب (ملحقات – ذاكرة‬ ‫– نواقل ‪)..... ، Bus‬‬ ‫و تم استخدام هذا النوع من المعالجات في البداية مع المخدّمات ‪ services‬ثمّ أخذ ينتشر شيئاً فشيئاً مع باقي أجهزة‬ ‫الحاسب كالحواسب المكتبيّة أو حتى المحمولة و اليوم أصبحنا نرى أيضاً المعالجات المتعددة وصلت إلى الهواتف الذكيّة‪.‬‬ ‫من ميزات المعالجات المتعددة ‪:‬‬ ‫‪.1‬زيادة اإلنتاجيّة ‪ ،‬أي عمل أكثر خالل زمن أقل ‪.‬‬ ‫‪.2‬اقتصادي من حيث الكلفة و التوفير ‪.‬‬ ‫‪.3‬وثوقيّة أكثر ‪ :‬أي عندما يعمل نظام معيّن على أكثر من معالج فإن فشل معالج ما بشكل فجائي لن يؤدي إلى‬ ‫توقف عمل النظام ككل بل على األكثر من الممكن أن يؤدي ذلك إلى بطئ عام ‪.‬‬ ‫‪8‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫المعالجات المتعددة ‪Multi Processors‬‬ ‫يوجد نوعان للمعالجات المتعددة ‪:‬‬ ‫المعالجات المتماثلة )‪: Symmetric multiprocessing (SMP‬‬ ‫▪‬ ‫هنا كل المعالجات متساويّة و ينفذ كل معالج مهمة منفصلة ‪ ،‬و تتصل هذه المعالجات مع بعضها عند الحاجة ‪.‬‬ ‫يحجز كل معالج مسجالته الخاصة (‪ )Registers‬باإلضافة إلى ذاكرة مخبئية خاصة به ‪ ،‬بينما من ناحية مورد الذاكرة‬ ‫الفيزيائيّة (‪ )Physical Memory‬تقوم المعالجات بالتشارك به‪.‬‬ ‫المعالجات غير المتمائلة ‪: Asymmetric multiprocessor‬‬ ‫▪‬ ‫يوجد معالج رئيسي واحد يتحكم في النظام و ينفذ مهمة رئيسية كبيرة ‪ ،‬بينما بقيّة المعالجات تنفذ ما يأمرها به‬ ‫المعالج الرئيسي ‪ ،‬فهو فد يقسم المهمة الكبيرة إلى أجزاء صغيرة يوزعها على بقيّة المعالجات ثم يجمع النتائج بعد‬ ‫التنفيذ ‪.‬‬ ‫" ‪Difficulties in your life do not come to destroy you, but to help‬‬ ‫‪you realize your hidden potential and power, let Difficulties‬‬ ‫‪".know that you are difficult‬‬ ‫—‪Abdul Kalam‬‬ ‫‪9‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫التصميم ثنائي النوى ‪Dual-core Design‬‬ ‫ إن النوع السابق من المعالجات المتعددة كان يستخدم رقاقة ‪ chip‬لكل معالج بينما في النمط الجديد –‬ ‫المعالجات متعددة األنويّة – ‪ multicore‬فأصبحنا نستخدم رقاقة واحدة ألكثر من معالج بنفس الوقت‬ ‫(من الممكن ‪ ) multichip & multicore‬مما وفّر الطاقة المستهلكة و زاد الفعاليّة و بالتالي حصلنا على سرعة‬ ‫أكبر ‪.‬‬ ‫ السرعة في هذا النوع هي بسبب أن التواصل بين المعالجات الموجودة على رقاقة واحدة هو أسرع من التواصل‬ ‫بين المعالجات الموجودة على أكثر من رقاقة ‪.‬‬ ‫‪Multiprogramming vs Multitasking‬‬ ‫‪: Multiprogramming‬‬ ‫هي ضروريّة لزيادة الفعاليّة ‪ ،‬ألنه ال يمكن للمعالج و ألجهزة الدخل و الخرج أن يكونان‬ ‫▪‬ ‫مشغولين في آن واحد طوال الوقت ‪ ،‬فال بد من أوقات أن يكونا فيها ينتظران أعمال أو في‬ ‫حالة فراغ فعندها يجب ملئ هذا الفراغ بأعمال أخرى ‪.‬‬ ‫و تقوم هذه التقنيّة بوضع المهام في الذاكرة و من ثمّ تقوم بسحبها واحدة تلو األخرى‬ ‫▪‬ ‫بطريقة ال ‪ job scheduling‬لينفذها المعالج ‪ ،‬و في حالة المعالج كان في حالة انتظار‬ ‫فإنه يقوم بتنفيذ عمل آخر و ذلك بأمر من نظام التشغيل ‪ ،‬أي أن المعالج يقوم باستغالل‬ ‫الوقت المهدور في انتظار عمليات أخرى ‪.‬‬ ‫من األمثلة لهذا النوع نظام التشغيل ويندوز ‪. XP‬‬ ‫▪‬ ‫على عكس المعالج في تقنيّة ‪ non-multiprogrammed system‬فإن المعالج سيبقى‬ ‫▪‬ ‫في حالة خمول و ذلك عند انتظاره لتنفيذ مهمة ما ‪ ،‬من األمثلة لهذا النوع نظام التشغيل‬ ‫(‪. )DOS‬‬ ‫‪10‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫)‪: Timesharing (Multi-tasking‬‬ ‫يقوم المعالج بخدمة العديد من المهام في وقت واحد و ذلك بإعطاء كل مهمة حصّة زمنيّة قصيرة تسمى‬ ‫▪‬ ‫(‪. )quantum‬‬ ‫و ينتقل المعالج بين المهام بسرعة عالية جداً لدرجة أن كل مهمة تعمل و كأنها تستخدم المعالج لوحدها ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫و شرط في ال ‪ Time sharing‬أن يكون لكل مستخدم على األقل مهمة واحدة في الذاكرة و في حال طلب‬ ‫▪‬ ‫تنفيذ أكثر من عمليّة في آن واحد فهنا يأتي دور ال ‪ CPU Scheduling‬لتنظيم هذه العمليّة ‪.‬‬ ‫و في حال عدم اتساع الذاكرة للعمليات فيتم وضع بعض العمليات في ال ‪ Virtual memory‬و التي تسمح أن‬ ‫▪‬ ‫يتم تنفيذ جزء من العمليات خارج الذاكرة ‪.‬‬ ‫و الميزة الرئيسة التي تقدمها الذواكر االفتراضيّة بأنها تسمح للمستخدمين بتنفيذ برامج حجمها أكبر من‬ ‫▪‬ ‫الذاكرة الفيزيائيّة ‪.‬‬ ‫أنماط عمل نظام التشغيل‬ ‫ تسمح عملية ‪ Dual-mode‬بحماية نظام التشغيل و مكوناته األخرى ‪.‬‬ ‫‪11‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫نمط المستخدم (تتعامل مع البرامج و واجهات المستخدم) – ‪user mode‬‬ ‫▪‬ ‫نمط النواة (تتعامل مع العتاديات) ‪Privileges Mode – System Mode – supervisor Mode‬‬ ‫▪‬ ‫نمط المستخدم ‪: User mode‬‬ ‫يهتم بالواجهة الفعليّة بين المستخدم و النظام ‪ ،‬و يتحكّم بتشغيل التطبيقات و النفاذ إلى الملفات ‪.‬‬ ‫نمط النواة ‪:‬‬ ‫يهتم نمط النواة بكل ما يجري في الخلفيّة (‪ ، )background‬و يتحكم بالنفاذ إلى الموارد ‪ ،‬و معالجة تعليمات‬ ‫البرامج و التحكّم بوظائف العتاديّات ‪.‬‬ ‫ يُحدّد النمط من خالل بت يُسمى ‪ ( mode bit‬نمط النواة ‪ ، 0‬و نمط المستخدم ‪.)1‬‬ ‫‪: Need Of Dual Mode Operation‬‬ ‫السبب يجب إخفاء أنواع مع ّينة من‬ ‫ال تتطلب أنواع مع ّينة من المهام أي نوع من ‪ hardware support‬و لهذا ّ‬ ‫العمليات على المستخدم ‪ ،‬يمكن التعامل مع هذه المهام بشكل منفصل باستخدام ال ‪Dual Mode Of The‬‬ ‫‪. Operating System‬‬ ‫تؤدي ال ‪ Kernel level Programs‬جميع وظائف المستوى األدنى ألنظمة التشغيل مثل إدارة الذاكرة و إدارة‬ ‫العمليات و ما إلى ذلك و لهذا الغرض يحتاج نظام التشغيل إلى العمل في ‪. Dual Mode‬‬ ‫يعتبر ال ‪ Dual Mode‬ضروري لتحديد وصول المستخدمين فقط إلى المهام التي يستخدمونها في نظام التشغيل ‪.‬‬ ‫المؤقت ‪Timer‬‬ ‫ من مهما نظام التشغيل التحكّم في المعالج و منع برامج المستخدمين من االستئثار بهذا المورد الهام و العمل‬ ‫لمدة طويلة داخل المعالج ‪.‬‬ ‫ إذا كان هنالك برنامج ينفذ في تكرار غير منتهي ‪ infinite loop‬أو استدعى دالة خدمة و لم يُعيد السيطرة لنظام‬ ‫التشغيل ‪ ،‬فهذا يسبب إهدار لزمن العالج ‪.‬‬ ‫ هنا ال بدّ لنظام التشغيل من آلية تمكنه من توقيف مثل هذه البرامج ‪ ،‬و كان المؤقت ‪ timer‬هو الحل ‪.‬‬ ‫‪ ‬كيف يعمل المؤقت ‪:‬‬ ‫▪ قبل تشغيل برنامج المستخدم يتأكد نظام التشغيل من أن المؤقت مرتبط مع المقاطعة ‪.‬‬ ‫▪ يتم إعداد المؤقت ليصدر المقاطعة بعد فترة محددة (ال تزيد عن ثانية) ‪.‬‬ ‫▪ يكون هنالك عداد و ساعة لحساب هذه الفترة ‪:‬‬ ‫‪ ) 1‬يقوم نظام التشغيل بتجهيز العداد ‪.‬‬ ‫‪ ) 2‬كل دقة ساعة تنقص العداد ‪.‬‬ ‫‪ )3‬عندما يصل العداد صفر تصدر المقاطعة و ينتقل التحكم تلقائياً إلى نظام التشغيل ‪.‬‬ ‫‪12‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫لنظام التشغيل حق التصرف في اعتبار أن هذه المقاطعة خطأ جسيم ‪ fatal error‬أو قد يعطي البرنامج مهلة‬ ‫▪‬ ‫أكثر (زيادة زمن) ‪.‬‬ ‫‪( Fatal error‬الخطأ الفادح) ‪:‬‬ ‫أشهر األخطاء المخيفة في ال ‪ ، WordPress‬يتسبب في توقف عمل الموقع بالكامل و ظهور‬ ‫شاشة بيضاء و يرجع إلى بعض األخطاء في األكواد المصدريّة الخاصّة بالقوالب أو اإلضافات المنصّبة‬ ‫على الموقع ‪.‬‬ ‫مهام نظام التشغيل‬ ‫‪ ‬يقوم نظام التشغيل بالمهام التالية ‪:‬‬ ‫‪( Process management.1‬إدارة العمليات) ‪ :‬عن طريق مدير العمليات ‪.‬‬ ‫‪( Memory management.2‬إدارة الذاكرة الرئيسية) ‪ :‬عن طريق مدير الذاكرة ‪.‬‬ ‫‪( File-system management.3‬إدارة الملفات) ‪ :‬عن طريق مدير الملفات ‪.‬‬ ‫‪( Device management.4‬إدارة األجهزة) ‪ :‬عن طريق مدير األجهزة الذي يقسم إلى ‪:‬‬ ‫‪ ( Mass-Storage Management‬إدارة التخزين)‬ ‫‪( I/O Management‬إدارة أجهزة الدخل و الخرج)‬ ‫‪.‬‬ ‫‪( Protection and Security.5‬األمن و الحماية)‬ ‫سنقوم بدراسة كل منها بالتفصيل ‪.‬‬ ‫‪( Process management‬إدارة العمليات) ‪:‬‬ ‫ ما هي ال ‪ Process‬؟؟‬ ‫هي عبارة عن برنامج ‪ source code‬في حيّز التنفيذ ‪.‬‬ ‫ و من هنا جاء التصنيف التالي لكل من ال ‪ Process‬و ال ‪: Program‬‬ ‫حيث أعتبر ال ‪ Program‬أنه ‪ Passive entity‬و ذلك ألنه عبارة عن تعليمات موجودة في الذاكرة الثانويّة‬ ‫▪‬ ‫"‪ "hard disk‬حيث تكون نائمة أي لم توضع ضمن حيز التنفيذ ‪.‬‬ ‫في حين اعتبر ال ‪ Process‬بأنها ‪ Active entity‬و ذلك ألنها عبارة عن مجموعة من البرامج الموجودة‬ ‫▪‬ ‫في الذاكرة الرئيسية "‪ "RAM‬حيث تكون فعّالة أي يتم تنفيذها من قبل المعالج ‪.‬‬ ‫‪13‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫ مصطلح ‪ Process Termination‬او عملية إنهاء تنفيذ ال ‪ Process‬ما هي إال عمليّة تحرير لجميع الموارد‬ ‫التي تستهلكها العمليّة المنهيّة و القابل استخدامها لعمليات أخرى ‪.‬‬ ‫ إن نظام التشغيل مسؤول عن عدد من األنشطة المرتبطة بعملية إدارة العمليات ‪ ،‬من هذه األنشطة ‪:‬‬ ‫إنشاء و إنهاء ال ‪ Process‬المفعّلة من قبل ال ‪ user‬أو الخاصة بال ‪ system‬بحد ذاته ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫اإليقاف المؤقت لتنفيذ ال ‪ Process‬و استئناف التنفيذ من حيث تم إيقافه ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫إيجاد اآللية المناسبة من أجل تزامن العمليات ‪. Process Synchronization‬‬ ‫▪‬ ‫إيجاد اآللية المناسبة من أجل التواصل بين العمليات ‪. Process Communication‬‬ ‫▪‬ ‫إيجاد اآللية المناسبة من أجل ‪. deadlock handling‬‬ ‫▪‬ ‫‪( Memory Management‬إدارة الذاكرة الرئيسية) ‪:‬‬ ‫ بما أن ال ‪ Process‬هي مجموعة من ال ‪ ، Instructions‬فال بد أن تكون هذه التعليمات أو جزء منها ضمن‬ ‫الذاكرة ‪ RAM‬عندما يبدأ التنفيذ ‪.‬‬ ‫من عمليات إدارة الذاكرة هي تحديد ما يوجد ضمن الذاكرة و متى يوجد ‪ ،‬مما يقوم بتحسين‬ ‫استخدام المعالج ‪ CPU‬و تحسين استجابة الحاسوب للمستخدمين ‪.‬‬ ‫ من األنشطة التي تعنى فيهها ال ‪ Memory Management‬أيضاً ‪:‬‬ ‫تتبع جميع أجزاء الذاكرة التي تعمل في الوقت الراهن و معرفة هوية العمليات العاملة بها ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫تحديد أي ال ‪ Process‬و أي ال ‪ data‬يجب أن تدخل إلى ال ‪ ، RAM‬و أيها يجب أن نحرر الذاكرة منها ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫تخصيص و تحرير مساحات من الذاكرة حسب الحاجة ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫‪( File-system Management‬إدارة الملفات) ‪:‬‬ ‫ نظام التشغيل يؤمن طريقة موحدة و منطقيّة لتخزين المعلومات ‪ ،‬و يتم تحقيق هذا األمر من خالل ‪:‬‬ ‫عملية تجريد الخصائص الفيزيائية للمعلومات ليتم تخزينها بوحدات منطقيّة على شكل ملفات ‪. files‬‬ ‫▪‬ ‫كل بيئة تخزينية يتم التحكم بها من قبل جهاز معيّن (‪.) disk drive , tape drive ,, etc‬‬ ‫▪‬ ‫تنويع الخصائص التي تتمتع بها كل بيئة تخزينية و المتمثلة ب ‪access speed , capacity , data‬‬ ‫▪‬ ‫‪. transfer rate‬‬ ‫‪14‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫ و بما أن المعلومات في وحدات التخزين تعرض بشكل ملفات ‪ ،‬تطلب هذا األمر وجود ‪File-system‬‬ ‫‪( manager‬مدير الملفات) ‪ ،‬و تتمثل األنشطة التي يقوم بها بالتالي ‪:‬‬ ‫‪.1‬إنشاء و حذف الملفات و الـ ‪. directories‬‬ ‫‪.2‬النقل و التعديل بالملفات و الـ ‪. directories‬‬ ‫‪.3‬تنظيم الملفات ضمن الـ ‪. directories‬‬ ‫‪.4‬التحكم بصالحيات الوصول في معظم األنظمة لتحديد من يمنح سماحية الوصول و إلى ماذا يمنح ‪.‬‬ ‫‪.5‬عملية وضع الملفات على وحدات التخزين الثانوية ‪. secondary storage‬‬ ‫‪.6‬عملية الـ ‪ Backup‬للملفات على وحدات التخزين المستقرة الغير متطايرة "‪. "non-volatile‬‬ ‫‪( Mass-Storage Management‬إدارة التخزين) ‪:‬‬ ‫ عادة تستخدم األقراص من أجل تخزين البيانات التي ال تتسع ضمن الذواكر الرئيسية أو من أجل حفظ البيانات‬ ‫لمدة زمنيّة طويلة ‪ ،‬و بالتالي فإن اإلدارة السليمة لعمليات التخزين هي ذات أهمية كبيرة حيث أن سرعة كافة‬ ‫العمليات المنفذة ضمن الحاسوب متعلقة باألنظمة الفرعية لهذه األقراص و الخوارزميات المطبقة ضمنها ‪.‬‬ ‫األنشطة التي يديرها نظام التشغيل في هذا الخصوص ‪:‬‬ ‫إدارة عمليات تحرير المساحة ‪. free space management‬‬ ‫▪‬ ‫عمليات ال ‪ mounting‬و ال ‪. unmounting‬‬ ‫▪‬ ‫عمليات الحجز من أجل التخزين ‪. storage allocation‬‬ ‫▪‬ ‫و عمليات الجدولة لألقراص ‪. disk scheduling‬‬ ‫▪‬ ‫عملية تجزئة و حماية القرص ‪. partitioning & protecting‬‬ ‫▪‬ ‫مالحظة ‪:‬‬ ‫بعض أجهزة التخزين ليس من الضروري أن تعمل بسرعة ‪ ،‬مثل أجهزة التخزين ما بعد الثانوية‬ ‫‪ tertiary storage‬و التي تشمل ‪ optical storage , magnetic storage‬و لكنها ما تزال تحتاج‬ ‫اإلدارة من قبل نظام التشغيل ‪.‬‬ ‫‪15‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫‪ Caching‬ذاكرة الكاش‬ ‫ هي ذاكرة سريعة جداً تقارب سرعة المعالج ‪ ،‬صغيرة الحجم و مرتفعة الثمن ‪.‬‬ ‫ يتم أوالً فحص التخزين األسرع (ذاكرة التخزين المؤقت الكاش) فيما إذا كان يحتوي على المعلومات التي نريدها‬ ‫و نميز حالتين ‪:‬‬ ‫إذا احتوت الكاش ما نريد ‪ ،‬فالمعلومات تستخدم مباشرة من الكاش (عملية سريعة)‪.‬‬ ‫▪‬ ‫إن لم تحتوي الكاش على ما نريد ‪ ،‬تنسخ البيانات من الذاكرة األبطأ إلى الكاش و تستخدم هناك ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫ البيئات التي تعتمد تعددية المهام ‪ multitasking‬ال بد أن تكون حريصة في استخدامها ألحدث قيم البيانات و‬ ‫ذلك بغض النظر عن مكان تخزين هذه البيانات في التسلسل الهرمي لوحدات التخزين ‪.‬‬ ‫ البيانات ذات المعالجات المتعددة ال بد من أن تؤمن عملية الترابط فيما يخص ال ‪ cache‬أو ما يدعى‬ ‫‪ Cache coherency‬بحيث تصل أحدث قيمة موجودة على ال ‪ cache‬إلى المعالجات المركزية العاملة ‪.‬‬ ‫ في بيئات النظم الموزعة تعتبر مسألة الكاش أكثر تعقيداً من سابقتيها و ذلك إلمكانية وجود عدة نسخ من‬ ‫المعطيات التي يتم التعامل معها ‪.‬‬ ‫‪( I/O Management‬إدارة أجهزة الدخل و الخرج) ‪:‬‬ ‫ أحد مهام نظام التشغيل هي إخفاء خصوصيات األجهزة عن المستخدمين ‪.‬‬ ‫ يعد ‪ I/O Management‬مسؤوالً عن ‪:‬‬ ‫‪ ) 1‬إدارة الذاكرة فيما يخص ال ‪ I/O‬و من العمليات التي يديرها ‪:‬‬ ‫‪ : Buffering‬و هي عمليّة تخزين البيانات بشكل مؤقت إلى أن يتم نقلها من أجل التنفيذ ‪.‬‬ ‫‪ : Cashing‬و هي عملية تخزين أجزاء من البيانات الواردة في وحدات أسرع بغية تحسين األداء ‪.‬‬ ‫‪ : Spooling‬و هي عملية التضارب الحاصل بين خرج مهمة ما و دخل مهمة أخرى ‪.‬‬ ‫‪ )2‬واجهة عامة للـ ‪. device driver‬‬ ‫‪ )3‬يعد أيضاً عن ال ‪ drivers‬لمختلف األجهزة المادية ‪.‬‬ ‫‪16‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫‪( Protection and Security‬األمن و الحماية) ‪:‬‬ ‫‪: Protection‬‬ ‫تعرف بأنها أي آلية تتحكم بسماحيّة الوصول للموارد المتاحة من قبل ال ‪ processes‬أو ال ‪. users‬‬ ‫‪: Security‬‬ ‫تعرف بأنها عملية الدفاع من قبل النظام ضد أي هجمات داخلية أو خارجية ‪.‬‬ ‫ من أوائل خطوات األمان هي عملية تصنيف المستخدمين لتحديد من يمكنه فعل ماذا ‪ ،‬تتم هذه العملية على‬ ‫المراحل التالية ‪:‬‬ ‫تعريف هوية المستخدم "‪ " user IDs , security Ids‬و التي تتضمن االسم و ‪associated‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫‪ number‬الخاص بالمستخدم ‪.‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫بعد ذلك يتم ربط ‪ id‬المستخدم بجميع الملفات و العمليات و ذلك ليتم إعطاؤه صالحيات الوصول المناسبة‬ ‫‪.3‬تعريف المجموعات "‪ "group ID‬و التي تسمح بتعريف مجموعة من المستخدمين و إدارة إمكانياتهم في‬ ‫التحكم ‪ ،‬و من ثم ربط هذه المجموعة بصالحيات الوصول إلى الملفات و ال ‪ Processes‬المشتركة ‪.‬‬ ‫و أخيراً القيام بزيادة الصالحيات ‪ Privilege escalation‬و التي تسمح للمستخدم بتغير ال ‪ id‬الفعالة‬ ‫‪.4‬‬ ‫الخاصة به في نظام ليحصل على صالحيات أوسع ‪.‬‬ ‫هيكلية نواة نظام التشغيل ‪Kernel Data Structures‬‬ ‫ال ‪ Kernel‬هي نواة نظام التشغيل و هي الجزء الذي يبقى عام ًال في الحاسب طالما لم يتم إغالقه ‪ ،‬و هي الدماغ‬ ‫المسؤول عن إدارة نظام التشغيل و يسمح للنظام و بعض التطبيقات بالتحكم بالمعالج و الذاكرة ‪ ،‬و تقوم بتنسيق و‬ ‫إدارة الدخل و الخرج للنظام ‪ ،‬و تنظم العالقة بين النظام و األجهزة األخرى الخارجية و الداخلية منها ‪.‬‬ ‫ بنية المعطيات الخاصة بال ‪ Kernel‬شبيهة تماما ببنى المعطيات البرمجية األساسية ‪ ،‬نذكرها سريعا ‪:‬‬ ‫‪Single Linked List :‬‬ ‫‪17‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫‪Doubly Linked List :‬‬ ‫‪Circular Linked List :‬‬ ‫‪Binary Search tree :‬‬ ‫ حيث تكون األفرع اليسارية => األفرع اليمينية ‪.‬‬ ‫ تعقيد البحث ضمن هذه البنية يساوي إلى )‪ O(n‬أما في األشجار الثنائية المتوازنة يكون التعقيد مساو إلى‬ ‫)‪. O(lg n‬‬ ‫‪Hash map :‬‬ ‫‪18‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫ من أهم مواصفات ال ‪ Hash function‬بأنه يقوم بعملية التشفير باتجاه واحد ‪ ،‬أي ال يمكن التراجع أو فك‬ ‫التشفير ‪.‬‬ ‫ عند إدخال سر معينة بغرض تسجيل دخول مستخدم ما ‪ ،‬يتم تشفير كلمة السر هذه و من ثم تقارن بالكلمة‬ ‫المشفرة و الموجودة بال ‪ hash map‬إذا حصل التطابق يتم تسجيل الدخول بشكل سليم ‪.‬‬ ‫‪Bitmap :‬‬ ‫ هي أيضاً أحد بنى المعطيات المستخدمة و التي يمكن تعريفها بأنها سلسلة محرفيه مؤلفة من عدد ‪ n‬من ال‬ ‫‪ binary digit‬و التي تمثل حالة ‪ n‬عنصر من الموارد ‪.‬‬ ‫ و بالتالي فإن الموقع ‪ i‬ضمن ‪ bitmap‬مرتبط بحالة المورد ‪. i‬‬ ‫مثال ‪:‬‬ ‫و ليكن لدينا ال ‪ Bitmap‬التالية ‪001011101‬‬ ‫إذا بدأنا العد من الصفر و من اليسار ‪ ،‬و باعتبار أن ‪ 0‬تعني أن المورد متاح و ال ‪ 1‬تعني أن المورد غير متاح ‪.‬‬ ‫فنجد أن الموارد ‪ 2,4,5,6,8‬جميعها موارد غير متاحة ‪.‬‬ ‫أما الموارد ‪ 0,1,3,7‬فهي موارد متاحة ‪.‬‬ ‫بيئات الحوسبة ‪Computing Environments‬‬ ‫يمكن تصنيف بيئات الحوسبة إلى األقسام التالية ‪:‬‬ ‫التقليدية ‪. Traditional‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫المتنقلة ‪. Mobile‬‬ ‫‪.2‬‬ ‫المخدم – زبون ‪. Client – Server‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫الند للند ‪. Peer-to-Peer‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫البيئة االفتراضية ‪. Virtualization‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫الحوسبة السحابية ‪. Cloud Computing‬‬ ‫‪.6‬‬ ‫أنظمة الزمن الحقيقي ‪. Real – Time Embedded Systems‬‬ ‫‪.7‬‬ ‫النظم الموزعة ‪. Distributed Systems‬‬ ‫‪.8‬‬ ‫‪19‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫التقليدية ‪: Traditional‬‬ ‫ آالت قائمة بذاتها عامة األهداف ‪ ،‬نستطيع القول أنها هي األجهزة العادية التي نستخدمها كالحواسيب الشخصية‪.‬‬ ‫ البوابات (‪ : )Portals‬هي التي توفر وصول الويب لألنظمة الداخلية ‪.‬‬ ‫ األجهزة الشبكية (‪ : )Network computers( )thin clients‬تعمل كمحطة الويب ‪.‬‬ ‫ ‪ : Thin clients‬عبارة عن حاسوب عادي لكنه مصمم الستخدام الشبكة بطريقة خاصة ‪ ،‬حاسوب ال تهم ما هي‬ ‫مواصفاته ألن كل ال ‪ Process‬التي سيقوم بها سيؤديها على ال ‪ server‬الذي يتمتع بمواصفات عالية ‪.‬‬ ‫المتنقلة ‪: Mobile‬‬ ‫ ‪ : Mobile computers‬حاسوب يتصل بالشبكة عن طريق ال ‪ wireless‬و أغلب الحواسيب اآلن مجهزة لهذا‬ ‫األمر ‪.‬‬ ‫ ما يتميز به ال ‪ Mobile‬عن ال ‪: Traditional‬‬ ‫ميزات إضافية لنظام التشغيل مثل ‪ GPS‬و ‪. Gyroscope‬‬ ‫▪‬ ‫مناسب ألنواع جديدة من التطبيقات مثل ‪. augmented reality‬‬ ‫▪‬ ‫يستخدم ‪ IEEE 802.11‬الالسلكيّة أو شبكيات الهاتف المحمول لالتصال ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫ رواد ال ‪ Computing Environments – Mobile‬هما ‪ Apple IOS‬و ‪. Google Android‬‬ ‫المخدم – زبون ‪: Client-Server‬‬ ‫ ال ‪ server‬هو حاسوب بإمكانيات عالية مجهز ليقدم مجموعة خدمات محددة لمجموعة من ال ‪ client‬عن‬ ‫طريق الشبكة ‪.‬‬ ‫ ‪ : Dumb terminals‬تستبدل بالحواسيب الذكية ‪.‬‬ ‫ معظم األنظمة اآلن هي مخدمات تستجيب للطلبات المقدمة من قبل ال ‪. client‬‬ ‫‪ : Compute-server system‬يقدم واجهة بالخدمات المتاحة لل ‪. client‬‬ ‫▪‬ ‫‪ : File-server system‬يقدم واجهة لل ‪ client‬لتخزين و استرجاع الملفات ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫‪20‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫الند للند ‪: Peer-to-Peer‬‬ ‫ في هذا النموذج المستخدم يعمل بشكل مباشر مع المستخدم اآلخر فال يوجد ‪ client‬و ‪. server‬‬ ‫يعتبر كل العقد (األجهزة) أنداد ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫يجب أن يتم وصل كل عقدة مع كل عقدة أخرى ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫كل ‪ node‬تتصرف كـ ‪ client‬أو كـ ‪ server‬أو ككليهما ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫كل عقدة تضع خدماتها في الشبكة بتقنية الـ ‪central lookup‬‬ ‫▪‬ ‫كل عقدة تبث طلبها لخدمة معينة ‪ ،‬و تستجيب للطلبات عبر الخدمة ‪. discovery protocol‬‬ ‫▪‬ ‫ مثال عنها ‪:‬‬ ‫‪ Napster‬و ‪ Gnutella‬و )‪ Voice over IP (VoIP‬كالسكايب ‪.‬‬ ‫البيئة االفتراضية ‪: Virtualization‬‬ ‫ نظام التشغيل األساسي للجهاز يستضيف نظام تشغيل جديد و يعمل كأنه أساسي أيضاً ‪.‬‬ ‫ مثالً ال ‪ VMware‬يُشغل ال ‪ Linux‬كضيف ‪ ،‬كل تطبيقات ال ‪ Linux‬يمكن تشغيلها دون أن يؤثر هذا على‬ ‫الحاسوب أو نظام التشغيل األساسي ‪ ،‬و كل تطبيقات نظام التشغيل األساسي يمكن تشغيلها ‪.‬‬ ‫ )‪ : VMM (Virtual Machine Manager‬يوفر خدمات المحاكاة االفتراضية ‪.‬‬ ‫ عندما أضع نظام تشغيل جديد فوق نظام التشغيل الحالي للجهاز فنظام التشغيل األساسي للجهاز يرى النظام‬ ‫الجديد كتطبيق عادي ‪ ،‬لكن المستخدم عند تطبيقه ألي أمر على نظام التشغيل الجديد يتوقع أن يتم تنفيذه تماماً‬ ‫كما لو أنه طبق األمر على نظام التشغيل األساسي ‪.‬‬ ‫‪21‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫ إذاً نظام التشغيل األساسي يجب أن يمتلك إمكانيات ليتعامل مع النظام الجديد ليبدو و كأنه آلة مستقلة تماماً ‪،‬‬ ‫هذا األمر بحاجة إلدارة و هنا يأتي دور ال ‪. VMM‬‬ ‫الحوسبة السحابية ‪: Cloud Computing‬‬ ‫ خدمات الحوسبة و التخزين و حتى التطبيقات أصبحت متوفرة كخدمة عبر الشبكة ‪.‬‬ ‫ تعتبر امتداد لل ‪ Virtualization‬كونها تعتمد ال ‪ Virtualization‬أساس للمهام التي تقدمها ‪.‬‬ ‫ بيئات الحوسبة السحابية ‪ Cloud Computing‬تتألف من أنظمة التشغيل التقليدية ‪ ،‬باإلضافة إلى ‪. VMM‬‬ ‫أدوات إدارة السحابة ‪:‬‬ ‫اتصال اإلنترنت يتطلب األمن مثل ‪. firewalls‬‬ ‫▪‬ ‫موازنات التحميل (‪ )load balancers‬تعمل على فصل حركة مرور البيانات عبر عدة تطبيقات ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫ نستطيع القول أن ال ‪ Virtualization‬هي تقنية تقسيم الموارد و إعطائها ل ‪ OS‬مختلفة ‪.‬‬ ‫أما ال ‪ cloud‬فهي تحدد لمن أقدم المورد فهي تقوم بإدارة لل ‪. Virtualization‬‬ ‫ أمثلة عن الكالود (‪)IBM cloud – Google drive – Dropbox‬‬ ‫أنظمة الزمن الحقيقي ‪: Real – Time Embedded Systems‬‬ ‫ هي أنظمة موجودة في أجهزة تحكم مثل ‪ :‬أجهزة تجميع السيارات ‪ ،‬منصات إطالق الصواريخ ‪. Robotics ،‬‬ ‫ أكثر أشكال األنظمة انتشاراً ‪:‬‬ ‫متنوع األهداف و االستخدامات ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫بعض األجهزة لدها أنظمة التشغيل ‪ ،‬و البعض يقوم بالمهام دون نظام التشغيل ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫ لديها قيود زمنية محددة جيداً ‪:‬‬ ‫يجب أن تتم المعالجة ضمن القيد ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫تكون العملية الصحيحة فقط إذا تحققت القيود ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫‪22‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫مثالً آالت سحب المال ‪ ،‬ال يجب أن ينقص الرصيد قبل أن تخرج النقود من اآللة ‪ ،‬يجب أن تخرج بطاقة‬ ‫▪‬ ‫المستخدم بعد خروج المال و أن يصدر صوت تنبيه من اآللة بنفس الوقت ‪.‬‬ ‫النظم الموزعة ‪: Distributed systems‬‬ ‫ الحوسبة الموزعة ‪ :‬هي عملية توزيع ‪ data‬موجودة على جهاز لتكون على عدة أجهزة و كل جهاز يقوم باستخدامها‬ ‫بشكل مختلف إلنجاز مهمة ما ‪.‬‬ ‫ تعرف بأنها عملية جمع ألنظمة منفصلة و قد تكون غير متجانسة و ربطها لتعمل معاً ‪.‬‬ ‫ الشبكة هي طريقة التواصل ‪ ،‬و استخدام بروتوكول ال ‪ TCP/IP‬هو األكثر شيوعاً ‪:‬‬ ‫)‪. Local Area Network (LAN‬‬ ‫▪‬ ‫)‪. Wide Area Network (WAN‬‬ ‫▪‬ ‫)‪. Metropolitan Area Network (MAN‬‬ ‫▪‬ ‫)‪. Personal Area Network (PAN‬‬ ‫▪‬ ‫ من مزايا نظام التشغيل الموزع ‪:‬‬ ‫يسمح مخطط التواصل ‪ Communication scheme‬بتبادل الرسائل بين األنظمة ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫يقدم انطباع أو إيهام بالعمل على نظام واحد ‪.‬‬ ‫▪‬ ‫توزيع الحمل بين هذه الحاسبات (‪. )load balancing‬‬ ‫▪‬ ‫ من العيوب ‪ :‬زمن االتصال بين أجزاء النظام قد يؤثر على أداء النظام ككل ‪.‬‬ ‫نظم التشغيل األكثر شيوعاً‬ ‫ ميكروسوفت ويندوز ‪: Windows‬‬ ‫نسبة عالية من الحاسبات تستخدم ويندوز و التي تعمل على معالجات إنتل و المعالجات المتوافقة معها ‪.‬‬ ‫توجد منها عدة نسخ ‪ ،‬مثل ويندوز ‪ XP‬و ويندوز فيستا تستخدم في الحواسيب الشخصية ‪ ،‬و مثل ويندوز‬ ‫‪ advanced server‬و ويندوز ‪ 2000‬التي تستخدم في الخوادم ‪. servers‬‬ ‫ ماكنتوش ‪: Mac‬‬ ‫صمم ليعمل على أجهزة أبل ماكنتوش التي تنتشر في دور الطباعة و النشر ‪ ،‬و هو قوي و سهل االستخدام و قد‬ ‫أخذت ويندوز فكرة النوافذ و سطح المكتب من هذا النظام حيث كان أول نظم تشغيل يدعم الواجهات الرسومية‬ ‫و االيقونات و القوائم على سطح مكتب ‪.‬‬ ‫‪23‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬  ‫نظم تشغيل ‪ | 1‬د‪.‬المثنى خضر‬ ‫ يونيكس ‪: UNIX‬‬ ‫صمم في عام ‪ 1974‬بواسطة ‪ Dennis Ritchie‬و ‪ Ken Thompson‬بينما كانا يعمالن في معامل ‪.‬‬ ‫‪ AT & T Bell‬كان الهدف نظام تشغيل صغير و متنقل ‪.‬‬ ‫ثم أنتشر في الجامعات مراكز البحوث في عام ‪.1980‬‬ ‫ و من نسخ يونيكس المشهورة ‪. BSD – V Unix :‬‬ ‫ و هو أول نظام تشغيل يكتب بالكامل بلغة برمجة عالية ‪ ، high level language‬فهو مكتوب بلغة ‪C‬‬ ‫ توزيعات لينكس ‪: Linux‬‬ ‫هي نسخة مصغرة من يونيكس صممت لتعمل على الحاسبات الشخصية ‪ ،‬و هو مفتوح المصدر حيث يتيح حرية‬ ‫تعديل الشفرة و إعادة التوزيع ‪.‬‬ ‫و يوجد منها مئات التوزيعات أحدثها و أشهرها أوبونتو التي تدعم كل لفات العالم واجهة و كتابة بما فيها اللغة‬ ‫العربية‬ ‫انتهت املحاضرة ‪...‬‬ ‫‪24‬‬ ‫‪/ITE.RBCs‬‬