سیستم عامل (Operating System)

در فرهنگ رایانه سیستم عامل نرم‌افزاری است که مدیریت منابع رایانه را به عهده گرفته و بستری را فراهم می‌سازد که نرم افزار کاربردی اجرا شده و از خدمات آن استفاده کنند. سیستم عامل خدماتی به برنامه‌های کاربردی و کاربر ارائه می‌دهد. برنامه‌های کاربردی یا از طریق واسط‌های برنامه نویسی کاربردی (Application User Interface-APIs) و یا از طرق فراخوانی های سیستم (system call) به این خدمات دسترسی دارند. با فراخوانی این واسط ها، برنامه‌های کاربردی می‌توانند سرویسی را از سیستم عامل درخواست کنند، پارامتر ها را انتقال دهند، و پاسخ عملیات را دریافت کنند. ممکن است کاربران با بعضی انواع واسط کاربری نرم افزار مثل واسط خط فرمان (Command Line Interface-CLI) یا یک واسط کاربری گرافیکی (Graphical User Interface-GUI) با سیستم عامل تعامل کنند. برای کامپیوتر های دستی و رومیزی، عموما واسط کاربری به عنوان بخشی از سیستم عامل در نظر گرفته می‌شود. در سیستم های بزرگ و چند کاربره مثل یونیکس و سیستم های شبیه یونیکس، واسط کاربری معمولا به عنوان یک برنامه کاربردی که خارج از سیستم عامل اجرا می‌شود پیاده سازی می‌شود.

دلایل ایجاد سیستم عامل

یک سیستم کامپیوتری پیشرفته از یک یا چند پردازنده، مقداری حافظه اصلی، دیسک‌ها، چاپگرها، صفحه‌کلید، صفحه‌نمایش، واسط‌های شبکه‌ای و دیگر دستگاه‌های ورودی و خروجی تشکیل شده‌است. اگر سیستم یکپارچه‌ای برای مدیریت این منابع وجود نداشته باشد، هر برنامه باید به تنهایی این کار را انجام دهد. سیستم عامل یک لایه نرم‌افزاری فراهم می‌کند که وظیفه مدیریت منابع سیستم را از دوش برنامه‌های کاربردی رهانیده و کار برنامه‌نویسی را ساده‌تر می‌نماید. که با توجه به نسخه های جدید سیستم عامل ها که به دلیل بهره مندی از تکنولوژی گرافیک و امکان استفاده از ماوس، امکان استفاده ساده و آسان را برای کاربران مبتدی فراهم نموده است. در حقیقت سیستم عامل واسط بین سخت افزار رایانه و کاربر می باشد .

وظایف سیستم عامل

سیستم عامل دو کار عمده انجام می‌دهد: در نگرش پایین به بالا، منابع منطقی (مانند فایل‌ها) و منابع فیزیکی (مانند دستگاه‌های سخت افزاری) رایانه را مدیریت و کنترل می‌کند.

در نگرش بالا به پایین، وظیفه سیستم عامل این است که یک ماشین توسعه یافته (Extended Machine) یا ماشین مجازی (Virtual Machine) را به کاربران ارائه کند تا آنها بتوانند آسان تر برنامه نویسی نمایند و درگیر پیچیدگی‌های سخت افزاری رایانه نشوند.

به طور کلی، وظایف سیستم عامل شامل موارد زیر است:

* استفاده بهینه تر از منابع و جلوگیری از به هدر رفتن آنها
* تخصیص و آزاد سازی منابع
* اداره صف‌ها و زمان بندی استفاده از منابع
* حساب داری میزان استفاده از منابع
* ایجاد امنیت
* ایجاد، حذف و اداره فرایند‌ها
* ایجاد مکانیسم‌های ارتباط بین فرایند‌ها و همگام سازی آنها
* مدیریت فایل‌ها و پوشه‌ها
* مدیریت حافظه‌های اصلی و جانبی
* برقراری امکان دسترسی چندتایی (Multiaccess) و اجرای هم روند (Concurrent) فرایند‌ها
* به اشتراک گذاری منابع (Resource Sharing)
* تعیین راهکار‌هایی برای اداره بن بست (deadlock)‌ها
* جلوگیری از شرایط رقابتی (Race Condition) و تداخل یا در هم قفل شدن (Interlock) فرایند‌ها
* جلوگیری از گرسنگی (Starvation)

سیستم عامل‌های فعلی

در سالهای اخیر رقابت بشتر بین سیستم عامل های مایکروسافت ویندوز ، اپل مَکینتاش و لینوکس جریان دارد که آماری که در ماه اکتبر 2009 توسط سایت W3 school به ثبت رسیده حاکی از آن است که هم اکنون 88.5 درصد کاربران کامپیترهای شخصی از سیستم عامل های ویندوز استفاده می کنند.

آمار موجود که مربوط به اکتبر 2009 میباشد به شرح زیر است :

* ویندوز ۷ : 4.4 %
* ویندوز ویستا : 18.6 %
* ویندوز اکس پی : 63.3 %
* ویندوز سرور ۲۰۰۳ : 1.5 %
* ویندوز ۲۰۰۰ : 0.7 %
* مَکینتاش : 6.8 %
* لینوکس : 4.2 %

از سیستم عامل های مشهور کامپیوترهای شخصی می توان به اسامی زیر اشاره کرد:

* یونیکس
* لینوکس
* مکینتاش
* ویندوز اکس‌پی
* ویندوز ویستا
* ویندوز ان‌تی
* ویندوز 7
* ویندوز سی‌ئی
* سولاریس (سیستم عامل)
* بی اس دی
* داس (سیستم عامل)
* ام وی اس
* ویلز (سیستم عامل)
* پالم (سیستم عامل)

همچنین از سیستم عامل های موجود روی گوشی های تلفن همراه نسل جدید می توان به اسامی زیر اشاره کرد:

* ویندوز موبایل 6
* مَک اواس
* یو آی کیو
* سیمبیَن
* گوگل اندروید

تاریخچه

در آغاز

اولین کامپیوتر ها فاقد سیستم عامل بودند. در اوایل سال 1964 فروشندگان کامپیوتر های تجاری ابزار کاملا گسترده‌ای را برای تسهیل توسعه، زمانبندی، و اجرای کارها روی یک سیستم پردازش دسته‌ای فراهم می‌کردند. برای مثال کامپیوتر تولید شده توسط UNIVAC.

در ابتدا سیستم عامل روی مین فریم ها مستقر می‌شد و کمی بعد سیستم عامل میکروکامپیوترهای ابتدایی که فقط از یک برنامه در هر زمان پشتیبانی می‌کردند و به یک زمانبند بسیار ابتدایی نیاز داشتند. هر برنامه زمانی که در حال اجرا بود تحت کنترل کامل ماشین قرار داشت. چند وظیفه‌ای (اشتراک زمانی) اولین بار در مین فریم ها و در 1960 عرضه شد. ابتدا کامپیوتر ها به اندازه یک زمین فوتبال بودند اما امروزه در کف یک دست جا می گیرند.

مین فریم ها

میکرو کامپیوترها

میکروکامپیوتر های اولیه نیاز یا ظرفیت داشتن یک سیستم عامل پیچیده که روی مین فریم ها توسعه یافته بود نداشتند.

انواع سیستم عامل

سیستم عامل تک پردازنده

این نوع سیستم عامل‌ها، سیستم عامل‌های نسل چهارم (نسل فعلی) هستند که بر روی یک پردازنده اجرا می‌شوند.از قبیل XP,Vista,98,Me که بیشتر محصول شرکت مایکرو سافت می‌باشند.

سیستم عامل شبکه‌ای

این نوع سیستم عامل‌ها، از کنترل کننده‌های واسط شبکه و نرم افزار‌های سطح پایین به عنوان گرداننده استفاده می‌کنند و برنامه‌هایی برای ورود به سیستم‌های راه دور و دسترسی به فایل از راه دور در آنها به کار گرفته می‌شود.

سیستم عامل توزیع شده

این سیستم عامل‌ها خود را مانند سیستم عامل‌های تک پردازنده به کاربر معرفی می‌کنند، اما در عمل از چندین پردازنده استفاده می‌کنند. این نوع سیستم عامل در یک محیط شبکه‌ای اجرا می‌شود در این نوع سیستم یک برنامه پس از اجرا در کامپوترهای مختلف جواب نهایی به سیستم اصلی کاربر بر می‌گردد سرعت پردازش در این نوع سیستم بسیار بالاست.

سیستم عامل بی‌درنگ

از این نوع سیستم‌های عامل برای کنترل ماشین آلات صنعتی، تجهیزات علمی و سیستم‌های صنعتی استفاده می‌گردد. یک سیستم عامل بی‌درنگ دارای امکانات محدود در رابطه با بخش رابط کاربر و برنامه‌های کاربردی مختص کاربران هستند. یکی از بخش‌های مهم این نوع سیستم‌های عامل، مدیریت منابع موجود کامپیوتری بگونه‌ای است که یک عملیات خاص در زمانی که می‌بایست، اجراء خواهند شد , مهم‌تر اینکه مدیریت منابع بگونه ایست که این عمل در هر بار وقوع, مقدار زمان یکسانی بگیرد.

دسته‌بندی وقفه‌ها

* برنامه وقفه‌هایی که به دلیل بعضی شرایظ حاصل از یک دستورالعمل بروز می‌کند. شامل سریز شدن محاسباتی، تقسیم بر صفر، تلاش برای اجرای یک دستورالعمل ماشین غیر مجاز و مراجعه به آدرسی خارج از فضای مجاز کاربر.
* زمان‌سنج وقفه‌ای که توسط زمان‌سنج داخلی تولید می‌شود. این وقفه به سیستم‌عامل اجازه می‌دهد، بعضی اعمال را به طور مرتب انجام دهد.
* ورودی/خروجیوقفه‌هایی که به وسیله کنترل کننده ورودی/خروجی تولید می‌شود، تا کامل شدن طبیعی یک عمل یا شرایط خطا را اعلام نماید.
* نقص سخت‌افزار وقفه‌هایی که با نقص سخت‌افزاری تولید می‌شود، مثل نقص برق یا خطای توازن حافظه.