أنظمة التشغيل وبرامج,sizeof
| English | العربية |
|---|---|
| operating system/ˈɒpəreɪtɪŋ ˈsɪstəm/ | نظام تشغيل |
| utility programs/juːˈtɪlɪti ˈprəʊɡræmz/ | برامج مساعدة |
| device driver/dɪˈvaɪs ˈdraɪvə/ | تعريف الجهاز |
| memory management/ˈmeməri ˈmænɪdʒmənt/ | إدارة الذاكرة |
| memory protection/ˈmeməri prəˈtekʃn/ | حماية الذاكرة |
| virtual memory/ˈvɜːtʃuːəl ˈmeməri/ | الذاكرة الافتراضية |
| paging/ˈpeɪdʒɪŋ/ | تجزئة |
| process/ˈprəʊses/ | عملية |
| process management/ˈprəʊses ˈmænɪdʒmənt/ | إدارة العمليات |
| scheduling/ˈʃedjuːlɪŋ/ | التخطيط |
| time slice/taɪm slaɪs/ | شريحة زمنية |
| hardware interrupt/ˈhɑːdweə ˈɪntərʌpt/ | انقطاع عتادي |
| software interrupt/ˈsɒftweə ˈɪntərʌpt/ | انقطاع برمجي |
| interrupt handler/ˈɪntərʌpt ˈhændlə/ | معالج الانقطاعات |
| directory/daɪˈrektəri/ | مجلد |
| access rights/ˈækses raɪts/ | حقوق الوصول |
| signatures/ˈsɪɡnɪtʃəz/ | التواقيع |
| incremental backups/ˌɪŋkrɪˈmentl ˈbækʌps/ | نسخ احتياطية تدريجية |
| fragmented/fræɡˈmentɪd/ | متقطعة |
إنذار 1202
- قبل ثلاث دقائق من الهبوط الأول على القمر، أضاء حاسوب توجيه أبولو 11 رمزًا لم يرَ الطاقون قط في التدريب: 1202. كان رادار غير مهيّأ بشكل صحيح يفيض الحاسوب بالعمل الذي لم يستطعإنهاء.
- نظام التشغيل الصغير للحاسوب فعل ما صُنع له نظام التشغيل ليفعله. رتب كل مهمة حسب الأولوية، وتخلّى عن تلك التي لا أهمية لها، وأبقى حسابات الهبوط تعمل. استمر الهبوط.
- بدون那个 الجدول الزمني، لتجمّد الحاسوب وتم إلغاء الهبوط. كل هاتف وكمبيوتر محمول اليوم يتخذ نفس القرارات آلاف المرات في الثانية.
- هذه الدرس هو لماذا يحتاج الحاسوب إلى نظام تشغيل، والمهام الخمسة للإدارة التي يذكرها المنهج، والبرامج المساعدة المدمجة معه.
لماذا يحتاج الحاسوب إلى نظام تشغيل
- العتاد وحده لا يستطيع إلا جلب وتنفيذ التعليمات. لا يعلم شيئًا عن الملفات أو البرامج أو الشبكات أو المستخدمين.
- يوفر النظام التشغيلي واجهة بين المستخدم والعتاد، ويخفي تعقيد العتاد عن المستخدم وعن برامج التطبيق.
- يقوم بإدارة موارد العتاد، وقت المعالج والذاكرة والتخزين والإدخال/الإخراج، ويشارك بينها بين البرامج؛ ويحمل برمجيات التطبيق إلى الذاكرة ويشغلها؛ ويقدم الأمان والأدوات المساعدة.
- بدون واحد، سيحتاج كل برنامج إلى تعريفات خاصة به للأجهزة ولن يتمكن إلا برنامج واحد من التشغيل بأمان في آن واحد.
طبقة واحدة بين كل برنامج والعتاد
حيث يقع نظام التشغيل
اضغط على كل طبقة. نظام التشغيل هو الطبقة الوسطى — إنه يقع بين تطبيقاتك والأجهزة، يشارك الآلة بأمان بحيث لا تلمس البرامج الأجهزة مباشرة.
ما هو العمل الأساسي لنظام التشغيل؟
نظام التشغيل يدير الأجهزة ويوفر خدمات وواجهة مستخدم، مما يسمح لعدة برامج بالعمل بأمان على أجهزة مشتركة.
يسمح نظام التشغيل لعدة برامج بمشاركة نفس الأجهزة بأمان، لذا لا تتداخل مع بعضها البعض.
مشاركة وحدة المعالجة المركزية والذاكرة والأجهزة بأمان بين العديد من البرامج هو بالضبط ما صُمم من أجله نظام التشغيل.
ما هي أغراض نظام التشغيل؟ حدد كل ما ينطبق.
الواجهة، إخفاء التعقيد، إدارة ومشاركة الموارد هي مهام نظام التشغيل. الترجمة مهمة مترجم أو مفسر.
إدارة الذاكرة
- إدارة الذاكرة تخصص الذاكرة لكل برنامج عند تحميله وتحررها عند انتهاء البرنامج.
- تحافظ على ذاكرة كل برنامج منفصلة، حماية الذاكرة، حتى لا يتمكن برنامج واحد من الكتابة فوق بيانات برنامج آخر.
- تقوم بتبديل الصفحات بين RAM والقرص، الذاكرة الافتراضية عبر التقسيم (paging)، بحيث يمكن فتح أكثر من عدد البرامج يسمح به الذاكرة الفعلية.
كل عملية تحصل على كتلتها الخاصة المحصنة
الذاكرة الافتراضية (التقسيم) تسمح لنظام التشغيل بـ:
نظام التجزئة ينقل الكتل بين ذاكرة RAM والقرص الصلب حتى تتمكن البرامج من استخدام ذاكرة أكثر مما هو مثبت فعلياً.
إدارة العمليات
- البرنامج قيد التشغيل هو عملية. إدارة العمليات تنشئ وت终结 العمليات.
- تقرر أي عملية ستحصل على المعالج التالي، الجدولة، ولأي مدة، شريحة زمنية، ثم تحفظ حالة العملية وتنتقل إلى التالية.
- تحل النزاعات عندما تريد عمليتان نفس المورد، ويمكن إنهاء واحدة تتوقف عن الاستجابة.
يُطلق على البرنامج قيد التشغيل اسم:
إدارة العمليات تقوم بتحميلها، وجدولتها، والتبديل بينها (البرامج قيد التشغيل).
مثال محلول: كيف يجعل نظام التشغيل تعدد المهام ممكناً
- اشرح كيف تسمح إدارة الذاكرة وإدارة العمليات لعدة برامج بالتشغيل في نفس الوقت. [4]
- التحميل المتعدد للذاكرة يحمل عدة برامج إلى الذاكرة في آن واحد، كل منها في منطقة محمية خاصة به، ويتتبع أي العناوين تنتمي لأي برنامج.
- إدارة العمليات تشترك المعالج بينهم: كل عملية تعمل لفترة شريحة زمنية، يحفظ النظام الحالة وينتقل إلى التالية.
- التبديل سريع جداً لدرجة أن جميع البرامج تبدو وكأنها تعمل في نفس الوقت، رغم أن المعالج ينفذ واحداً فقط في أي لحظة.
رتب الخطوات التي تسمح لعدة برامج بالظهور وكأنها تعمل في نفس الوقت.
إدارة الذاكرة تقوم بالخطوة الأولى؛ إدارة العمليات تقوم بالباقي.
إدارة العتاد والمقاطعات
- يتحدث النظام التشغيلي مع كل جهاز من خلال تعريف الجهاز (device driver)، ويطبق البيانات في طابور ومخزن مؤقت للبيانات المتجهة للأجهزة البطيئة مثل الطابعة، ويشارك جهازاً واحداً بين عدة برامج.
- مقاطعة عتادية تأتي من جهاز: زر مضغوط، الطابعة نفدت الورق، نقل قرص انتهى، فشل في الطاقة. مقاطعة برمجية تأتي من برنامج: القسمة على الصفر، تعليمات غير صالحة، طلب خدمة من نظام التشغيل.
- معالج المقاطعات يحفظ حالة العملية الحالية، ويعالج المقاطعة، ثم يستعيد العملية ويستمر.
نفد ورق الطابعة وأرسل إشارة للمعالج. هذا يُعد:
يأتى الانقطاع العتادي من جهاز. يأتي الانقطاع البرمجي من برنامج، مثل القسمة على صفر.
إدارة الملفات وإدارة الأمان
- إدارة الملفات: إنشاء وتسمية ونسخ ونقل وحذف الملفات والمجلدات؛ الحفاظ على هيكل الدليل وسجل لموقع كل ملف على القرص؛ تخصيص مساحة القرص؛ فرض صلاحيات الوصول لكل مستخدم.
- إدارة الأمان: حسابات المستخدمين وكلمات المرور، وصلاحيات الوصول، وتشفير البيانات المخزنة، وجدار الحماية، والتحديثات الأمنية التلقائية، وسجل لمن فعل ماذا.
- سؤال "وصف" يطلب ما يفعله نظام التشغيل فعلياً تحت كل عنوان، عمل واحد لكل علامة.
طابق كل مهمة من مهام إدارة نظام التشغيل بما تقوم به.
يقوم نظام التشغيل بإدارة أربعة موارد أساسية — المعالج (العمليات)، ذاكرة RAM (الذاكرة)، التخزين (الملفات)، والأجهزة الطرفية (الأجهزة).
البرمجيات المساعدة
- البرامج المساعدة هي برمجيات نظام تقوم بالصيانة والإصلاح أو تحسين أداء الكمبيوتر بدلاً من تنفيذ مهمة المستخدم.
- مُعدِّم الأقراص: يُجهّز قرصاً للاستخدام عن طريق إعداد نظام الملفات الخاص به وحذف أي بيانات موجودة مسبقاً. فاحس الفيروسات: يقارن الملفات بقاعدة بيانات من التوقيعات المعروفة، ويراقب السلوك، ويعزل ما يوجده؛ ويجب تحديثه باستمرار.
- برمجيات إزالة التفتت: تجمع كتل كل ملف متناثرة معاً. تحليل وإصلاح محتويات القرص: يُظهر ما يستهلك المساحة؛ ويجد ويصلح القطاعات التالفة وأخطاء نظام الملفات.
- ضغط الملفات: يصغر حجم الملفات للتخزين والنقل. برامج النسخ الاحتياطي: تنسخ الملفات إلى وسيط آخر وفق جدول زمني؛ نسخة كاملة، ثم النسخ الاحتياطي المتزايد للتعديلات التي طرأت.
كل منها يقوم بمهمة صيانة واحدة
برامج صيانة النظام مثل مضادات الفيروسات والنسخ الاحتياطي وبرامج إزالة الت_fragmentation تسمى برمجيات ______.
برمجيات الأدوات المساعدة تحافظ على النظام؛ بينما محركات النصوص والمتصفحات هي برمجيات تطبيقية.
مثال محلول: كيف تحسن إزالة التفتت الأداء
- اشرح كيف يمكن لإزالة التفتت أن تحسن أداء جهاز الكمبيوتر. [3]
- يخزن القرص الصلب الملف في أي كتل حرة يجدها، لذا مع مرور الوقت يصبح الملف متfragmented (متقطع)، موزعاً عبر أقراص التخزين، وقراءته يتطلب حركات متعددة لرأس القراءة/الكتابة.
- تقوم أداة إزالة التفتت بنقل كتل كل ملف بجانب بعضها البعض، ليتم تخزينها بشكل متصل، وتجمع المساحة الحرة في منطقة واحدة.
- تُقرأ الملفات بعد ذلك بحركات رأس أقل، فتتم تحميلها بشكل أسرع، ويمكن كتابة ملفات جديدة في مساحة متصلة. لا تستفيد وحدة SSD (ذاكرة الحالة الصلبة) من ذلك لعدم وجود رأس متحرك.
برنامج إزالة التfragmentation مفيد على قرص صلب但他 NOT على SSD لأن:
تقليل التfragmentation يقلل من حركة الرأس (وقت البحث) على القرص الدوار؛ وبما أن SSD لا يملك رؤوساً، فلا يستفيد منه (بل إن عمليات الكتابة الإضافية تستهلك عمره).
مثال محلول: سطر واحد من كل برنامج مساعد لغرضه
| البرنامج المساعد | الغرض |
|---|---|
| إزالة التفتت | تتحمل الملفات بشكل أسرع لأن كتلها مجتمعة |
| إصلاح القرص | يعمل القرص الذي يحتوي على قطاعات تالفة أو أخطاء في نظام الملفات مرة أخرى |
| تحليل محتويات القرص | يتم تحرير المساحة عن طريق العثور على الملفات الكبيرة والمكررة وال مؤقتة |
| ضغط الملفات | يتسع المزيد من البيانات على القرص وتنقل بشكل أسرع |
| فاحس الفيروسات | يتم العثور على البرمجيات الخبيثة وعزلها |
| برامج النسخ الاحتياطي | يتم استعادة البيانات بعد الفقدان أو التلف أو هجمات الفدية |
- الأداء في النصف الأيسر، والأمان في النصف الأيمن. يرتبط كل برنامج مساعد بغرض واحد بالضبط.
طابق كل أداة مساعدة بغرضها.
أداة واحدة، غرض واحد. يتم تقييم أسئلة الرسم الخطي للممتحن بهذه الطريقة تماماً.
علامات ضائعة
- "يدير الذاكرة" هو العنوان وليس الإجابة. اذكر ما يفعله: تخصيص، حماية، تحرير، نقل صفحات للقرص.
- البرنامج المساعد ليس نظام تشغيل ولا تطبيق. يؤدي مهمة صيانة واحدة.
- إزالة التفتت تساعد القرص الصلب؛ ولا تفعل شيئاً لوحدة SSD.
- فعالية فاحس الفيروسات تعتمد فقط على آخر تحديث له؛ والنسخ الاحتياطي هو السبيل الوحيد لاستعادة البيانات من هجمات الفدية.
لقد فهمت الأمر
- نظام التشغيل هو الواجهة بين المستخدم والمعدات: يخفي التعقيد، ويدير ويشارك المعالج والذاكرة والتخزين الإدخال/الإخراج، ويحمّل البرامج ويشغلها.
- خمس مهام إدارية: الذاكرة (تخصيص، حماية، نقل الصفحات)، المعالج (جدولة بجزء زمني، تبديل)، المعدات (المتحكمات، البفرات، المقاطعات)، الملفات (الدليل، المساحة، صلاحيات الوصول)، الأمان (الحسابات، التشفير، جدار الحماية، السجلات).
- تعدد المهام = مناطق ذاكرة محمية + تبديل مقسم زمنياً بسرعة كافية لتبدو متزامنة.
- البرامج المساعدة: المُعدِّم، فاحس الفيروسات، أداة إزالة التفتت، تحليل وإصلاح القرص، الضغط، النسخ الاحتياطي، لكل منها غرض واحد.