سیستم عامل چه وظایفی دارد؟

آیا تابه‌حال به این فکر کرده‌اید که چگونه یک سیستم کامپیوتری راه‌اندازی می‌شود؟ ارتباط سخت افزارسخت افزار چیست - بررسی اجزای اصلی سخت افزار کامپیوتردر این صفحه بررسی شده که سخت افزار چیست و سخت افزار کامپیوتر به زبان ساده معرفی شده است، همچنین به بررسی اجزای اصلی سخت افزار کامپیوتر پرداخته شده است های فیزیکی با واحد نرم افزارمعرفی رشته نرم افزار کامپیوتر در دانشگاه+معرفی ارشد نرم افزاررشته نرم افزار یکی از گرایش های مقطع لیسانس و ارشد کامپیوتر است، در این صفحه رشته نرم افزار کامپیوتر در دانشگاه و ارشد نرم افزار توسط اساتید صنعتی شریف معرفی شده چگونه اتفاق می‌افتد و چه عاملی وظیفه فراهم‌سازی این امکانات شگفت‌انگیز را دارد؟ اینجاست که سیستم عامل به بازی می‌آید. سیستم عامل، مانند مغزی که عملکرد تمامی قسمت‌های بدن را کنترل می‌کند، قدرتمندترین و مهم‌ترین بخش هر سیستم کامپیوتری است.

سیستم عامل نه‌تنها وظایف اساسی مانند مدیریت منابع و فرایندها را برعهده دارد، بلکه برای ایجاد تجربه‌ای کارآمد برای کاربران، ویژگی‌هایی همچون هم‌روندی و پنهان‌سازی پیچیدگی‌های سخت‌افزاری را نیز در خود جای ‌داده است. آیا تعجب کرده‌اید که چگونه یک سیستم عامل این‌همه کار را انجام می‌دهد؟ شما نیز می‌خواهید به عمق این تکنولوژی مهیج و الهام‌بخش بیشتر پرداخته و بیشتر با وظایف سیستم عامل آشنا شوید؟ اگر پاسختان بله است، با ما همراه باشید تا در این مقاله به دنیایی تازه و جذاب از سیستم عامل و وظایفش سفر کنیم.

مدیریت حافظه

یکی از مهم‌ترین وظایفی که هر سیستم عامل برعهده دارد، مدیریت حافظهمدیریت حافظه در برنامه نویسی ⚡️ سه سطح مهم در مدیریت حافظهاین مقاله عالی سه سطح مهم در مدیریت حافظه یعنی مدیریت حافظه در سطح سخت‌افزار، مدیریت حافظه در سطح سیستم عامل و مدیریت حافظه در سطح برنامه را معرفی کرده کامپیوتر است. حافظهحافظه در کامپیوتر، همه چیز در مورد حافظه در معماری کامپیوتردر این مقاله به بررسی کامل حافظه در کامپیوتر، انواع حافظه در کامپیوتر، کش، روش‌های آدرس دهی کش، نگاشت آدرس و موارد دیگر می‌پردازیم اصلی (Main memory) کامپیوتر از خانه‌هایی تشکیل شده است که می‌توانند به‌صورت مستقیم توسط پردازندهپردازنده (CPU) چیست؟ بررسی انواع، وظایف و کاربردهاسی پی یو قلب کامپیوتر و کامپیوتر قلب دنیای کنونی است، بنابراین در این صفحه به معرفی و بررسی سی‌پی‌یو یا همان پردازنده مرکزی (CPU) پرداخته‌ شده، و بطور کامل توضیح داده‌ایم که CPU از چه بخش هایی تشکیل شده و هر بخش چه وظایف و مشخصاتی دارد. (CPU) مورد دسترسی قرار گیرند. زمانی که هر برنامه‌ای اجرا می‌شود، باید در حافظه اصلی قرار داشته باشد. از طرفی زمانی که برنامه‌ای به پایان می‌رسد، فضایی که در حافظه اصلی اشغال کرده را باید آزادسازی کند. برای این تخصیص و آزادسازی حافظه، سیستم عامل وارد عمل می‌شود.

سیستم عامل در زمینه مدیریت حافظه چندوظیفه برعهده دارد. یکی از مهم‌ترین آن‌ها تخصیص و آزادسازی خانه‌های حافظه است. سیستم عامل آدرس خانه‌هایی از حافظه را که قبلاً تخصیص‌داده‌شده‌اند و آدرس خانه‌هایی از حافظه را که آزاد هستند، نگه‌ ‌می‌دارد. هنگامی‌که یک فرایند درخواست حافظه می‌کند، سیستم عامل وظیفه تخصیص این حافظه را بر عهده دارد؛ همچنین درصورتی‌که فرایند مذکور پایان یابد و یا درخواست ورودی خروجی در حال انجام باشد، سیستم عامل می‌تواند فضای اختصاص‌داده‌شده به آن را آزاد نماید. وظیفه دیگری که سیستم عامل به‌منظور مدیریت حافظه ایفا می‌کند، انتخاب ترتیب و زمان تخصیص حافظه به هر یک از فرایندها در چند برنامه‌ای (Multi Programming) است.

مدیریت فرایند

در چند برنامه‌ای (Multi Programming)، سیستم عامل تعیین می‌کند که در هر زمان کدام یک از فرایندها باید روی پردازنده اجرا شود؛ همچنین تعیین می‌کند که فرایند مذکور برای چه مدت زمانی می‌تواند پردازنده را در اختیار خود داشته باشد. بدین منظور سیستم عامل وضعیت پردازنده و فرایندها را می‌سنجد؛ سپس یک فرایند را مطابق الگوریتمی انتخاب کرده و پردازنده را برای مدت زمان مشخصی به آن تخصیص می‌دهد و سپس پردازنده را از آن فرایند می‌گیرد. به این عمل، زمان بندی پردازنده (CPU Scheduling) هم گفته می‌شود.

زمان‌بندی پردازنده وظیفه‌ای بسیار مهم است چرا که باید به نحوی انجام پذیرد که پردازنده تا حد ممکن مشغول اجرای برنامه‌ها بوده و بهره‌وری آن بالا باشد؛ به‌علاوه باید این توزیع و تخصیص پردازنده به فرایندها، عادلانه انجام پذیرد به‌نحوی‌که همه فرایندها شانس اجراشدن و استفاده از پردازنده را داشته باشند.

مدیریت فایل

یکی دیگر از مهم‌ترین وظایف سیستم عامل مدیریت فایل‌ها و سازماندهی فایل‌ها بر روی دیسک است. سیستم عامل دسترسی به فایل‌ها را کنترل می‌کند. به‌عنوان‌مثال ممکن است یک کاربر دسترسی خواندن یک فایل را داشته باشد؛ اما امکان ویرایش یا حذف آن را نداشته باشد. فراهم‌سازی این امکان و جلوگیری از دسترسی و دست‌کاری غیرمجاز توسط کاربران برعهده سیستم عامل است. به‌طورکلی، وظایف سیستم عامل برای مدیریت فایل‌ها را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد:

• تخصیص و آزادسازی منابع و تصمیم برای اینکه کدام منبع به کدام فایل اختصاص یابد را بر عهده دارد.
• وضعیت و موقعیت هر یک از فایل‌ها را پیگیری می‌کند.
• یک رابط گرافیکی یا خط فرمان را فراهم می‌کند که به کاربران مجاز اجازه می‌دهد یک فایل را ایجاد، ویرایش، به‌روزرسانی و یا حذف نمایند.

مدیریت دستگاه ها و ورودی خروجی (I/O)

سیستم عامل مدیریت دستگاه‌های متصل به رایانه را نیز بر عهده دارد. این دستگاه می‌تواند برای مثال شامل صفحه‌نمایش، صفحه‌کلید، ماوس، چاپگر و سایر دستگاه‌های  (I/O) ورودی و خروجیبررسی و آموزش ورودی و خروجی های کامپیوتردر این صفحه به معرفی ورودی و خروجی کامپیوتر و بررسی انواع دستگاه های ورودی و خروجی کامپیوتر نظیر کارت گرافیک، اسکنر و ... پرداخته شده است باشد. سیستم عامل به‌عنوان واسطی برای استفاده از دستگاه‌های ورودی خروجی عمل می‎‌کند، منابع موردنیازشان را در اختیارشان قرار داده و با حذف جزئیات پیچیده از دید کاربر، استفاده از آن‌ها را برای کاربر آسان می‌کند. سیستم عامل ارتباط با هر یک از دستگاه‌ها را از طریق درایور مربوط به آن مدیریت کرده و به درخواست‌هایشان رسیدگی می‌کند؛ به‌علاوه سیستم عامل تعیین می‌کند هر فرایند به کدام یک از دستگاه‌ها و در چه بازه زمانی دسترسی داشته باشد.

حسابداری میزان استفاده از منابع

یکی دیگر از وظایف سیستم عامل، حسابداری میزان استفاده از هر یک از منابع است. این یک ویژگی قدرتمند است که توسط سیستم عامل فراهم می‌شود و به عیب‌یابی سیستم، شناسایی نرم‌افزارهای غیرمجاز و یا افراد و فرایندهایی که در سیستم کامپیوتری باعث ایجاد مشکل می‌شوند، کمک می‌کند. برای انجام این کار، سیستم عامل منابع مورداستفاده توسط کاربران و فرایندهای مختلف را ردیابی کرده و حسابی از تمام اطلاعات مربوط به حافظه، منابع تخصیص‌یافته و منابع آزاد، خطاها و... را نگه‌داری می‌کند؛ بدین ترتیب، در صورت نیاز می‌توان این اطلاعات را مورداستفاده قرار داد.

ایفای نقش رابط کاربری

نقش دیگری که سیستم عامل بر عهده دارد، ایجاد یک رابط کاربریرابط کاربری یا ui چیست؟ – تفاوت ui و ux + مراحل طراحی uiاین مقاله عالی بررسی کرده که رابط کاربری ui چیست، همچنین تفاوت های UI و UX و مراحل طراحی UI و همچنین اصول طراحی رابط کاربری و سبک های طراحی UI را بررسی کرده (UI) است. این رابط کمک می‌کند تا تجربه کاربری کارآمدتر و آسان‌تری برای کاربران ایجاد شود. انواع مختلفی از رابط کاربری وجود دارد. ساده‌ترین نوع رابط، رابط خط فرمان (CLI) است که در آن از دستورات متنی و تایپ دستورات در یک فرمت خاص استفاده می‌شود. روش دیگر، استفاده از واسط دسته‌ای (Batch Interface) است. در این نوع رابط، دستورات در یک فایل وارد شده و آن فایل‌ها اجرا می‌شوند.

رایج‌ترین نوع رابط کاربری نیز رابط کاربری گرافیکیرابط کاربری گرافیکی چیست؟این صفحه عالی به معرفی رابط کاربری گرافیکی پرداخته و نحوه عملکرد رابط کاربری گرافیکی و بهترین زبان های برنامه نویسی برای رابط کاربری گرافیکی را معرفی کرده (GUI) است. در این نوع رابط یک پنجره و یک اشاره‌گر وجود دارد که به وسیله‌ آن می‌توان از منوها گزینه‌ی موردنظر را انتخاب کرد یا با استفاده از یک صفحه‌کلید، متن موردنظر را وارد کرد.

راه اندازی کامپیوتر

به فرایند راه‌اندازی یا راه‌اندازی مجدد کامپیوتر، در اصطلاح بوت کردن گفته می‌شود. دو نوع بوت کردن وجود دارد. بوت سرد (Cold Booting) زمانی رخ می‌دهد که کامپیوتر پس از اینکه به طور کامل خاموش شد، مجدداً راه‌اندازی ‌شود. درحالی‌که بوت گرم (Warm Booting) به زمانی گفته می‌شود که کامپیوتر بدون خاموش‌شدن کامل راه‌اندازی مجدد شود. در سیستم‌های کامپیوتری، وظیفه بوت کردن بر عهده‌ سیستم عامل است.

کنترل کارایی عملکرد سیستم

از دیگر نقش های مهم سیستم عامل در سیستم‌های کامپیوتری، کنترل بر کارایی عملکرد سیستم و بهینه‌سازی آن است. بدین منظور یکی از وظایف مهم سیستم عامل این است که منابع شامل پردازنده، حافظه، دستگاه‌های ورودی خروجی و... را به طور منصفانه و بهینه به فرایندها تخصیص دهد. سیستم عامل، آمار مصرف منابع گوناگون را جمع‌آوری کرده و شاخص‌هایی را به‌عنوان شاخص عملکرد در نظر گرفته و می‌سنجد. برای درک بهتر توجه کنید که یکی از این شاخص‌های اندازه‌گیری شده توسط سیستم‌‌ها، بازه زمانی بین درخواست یک سرویس و دریافت پاسخ از سیستم است.

جمع‌بندی

باتوجه‌به مطالب ارائه شده در این مقاله، می‌توان نتیجه گرفت که سیستم عاملسیستم عامل چیست به زبان ساده، چرا باید از OS استفاده کنیم؟این مقاله عالی به معرفی سیستم عامل (Operating System|OS) به زبان ساده پرداخته، همچنین بررسی کرده که چرا باید از سیستم عامل استفاده کنیم نقشی حیاتی در عملکرد و بهره‌وری سیستم‌های کامپیوتری دارد. سیستم عامل، علاوه بر این که وظایف مختلفی از جمله مدیریت منابع، فرایندها، فایل‌ها، حافظه و دستگاه‌های ورودی خروجی را بر عهده دارد، از طریق رابط کاربری برای کاربران امکان ارتباط با سیستم را فراهم می‌کند؛ همچنین، با کنترل کارایی عملکرد سیستم و بهینه‌سازی استفاده‌ منابع، به افزایش کارایی و بهره‌وری سیستم‌ها کمک می‌کند. این نکات نشان می‌دهد که برای درک بهتر عملکرد سیستم‌های کامپیوتری، آشنایی با وظایف و نقش سیستم عامل بسیار حائز اهمیت است.

مطالب مرتبط

همه مقالات

سرفصل درس برنامه سازی پیشرفته

دانلود جزوه ریاضیات گسسته مهندسی کامپیوتر

سرفصل درس سیستم های نهفته

پیش‌ نیازهای یادگیری درس سیگنال‌ ها و سیستم‌ ها