سیستم عامل چیست؟ انواع سیستم عامل

 در دنیای پرشتاب فناوری اطلاعات، جایی که کامپیوترها و دستگاه‌های هوشمند نقش محوری ایفا می‌کنند، مفهوم سیستم عامل از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. سیستم عامل، نرم‌افزاری است که به عنوان واسط بین سخت‌افزار و نرم‌افزارهای کاربردی عمل می‌کند و به تعبیری، مغز متفکر دستگاه شما است.

 تصور کنید کامپیوتری بدون سیستم عامل مانند بدنی بدون مغز است. سخت‌افزار بدون سیستم عامل، قادر به انجام هیچ کاری نیست. سیستم عامل است که به سخت‌افزار جان بخشیده و به آن اجازه می‌دهد تا وظایف مختلفی را انجام دهد.

سیستم عامل چیست؟

 سیستم عامل (Operating System یا به اختصار OS) را می‌توان به عنوان مغز متفکر یک کامپیوتر تصور کرد. این نرم‌افزار، ارتباط بین سخت‌افزار کامپیوتر (مانند پردازنده، حافظه، دیسک سخت و …) و نرم‌افزارهای کاربردی (مانند مرورگر، ویرایشگر متن، بازی‌ها و …) را برقرار می‌کند و مدیریت کلیه منابع سخت‌افزاری و نرم‌افزاری سیستم را بر عهده دارد.

در واقع سیستم عامل، نرم‌افزاری است که به عنوان پل ارتباطی بین سخت‌افزار کامپیوتر و کاربر عمل می‌کند. تصور کنید کامپیوتر شما یک ماشین بسیار پیچیده است و سیستم عامل راننده‌ای است که این ماشین را هدایت می‌کند و به شما اجازه می‌دهد تا با آن کار کنید.

سیستم عامل شبکه  (Network Operating System) NOS

 سیستم عامل شبکه نرم‌افزاری است که برای مدیریت و کنترل شبکه‌های کامپیوتری طراحی شده است. این سیستم عامل به دستگاه‌های مختلف در یک شبکه اجازه می‌دهد تا با هم ارتباط برقرار کنند، منابع را به اشتراک بگذارند و به طور کلی به عنوان یک واحد کار کنند. سخت افزارهای رایجی که از سیستم عامل شبکه استفاده می‌کنند شامل تعدادی کامپیوتر شخصی، پرینتر، سرور و فایل سرور به همراه شبکه‌ای محلی است که آن‌ها را به هم متصل می‌کند.

 آشنایی با انواع سیستم عامل

 روش‌های مختلفی برای دسته‌بندی انواع سیستم عامل می‌تواند وجود داشته باشد و از رویکردها و جنبه‌های مختلفی می‌توان انواع سیستم عامل را دسته‌بندی کرد. مثلاً بر اساس نوع کاربرد، پلتفرم مورد استفاده، نوع رابط کاربری و سایر موارد می‌توان انواع سیستم عامل را در گروه‌های مختلف طبقه‌بندی کرد.

در این قسمت به طور کلی و‌ مختصر اکثر این انواع شرح داده شده اند.

1. سیستم عامل های تک پردازنده (Single-Processor Operating System)

 این نوع سیستم عامل ها تنها قادر به مدیریت و کنترل وظایف و منابع سیستم در یک پردازنده هستند. تمام منابع سیستم به یک فرآیند در حال اجرا اختصاص داده می شود.

مزایا: سادگی و کارایی در سیستم های با یک پردازنده

معایب: محدودیت در پردازش همزمان وظایف متعدد

2. سیستم عامل های چند پردازنده (Multiprocessing Operating System)

  این سیستم عامل ها قادر به مدیریت چندین پردازنده به صورت همزمان هستند و می توانند وظایف را بین پردازنده ها توزیع کنند.

مزایا: افزایش کارایی سیستم، توانایی اجرای همزمان چندین برنامه سنگین

معایب: پیچیدگی بیشتر در مدیریت منابع

3. سیستم عامل های توزیع شده (Distributed Operating System)

 این سیستم عامل ها بر روی چندین کامپیوتر مستقل که از طریق شبکه به هم متصل هستند، اجرا می شوند و به عنوان یک سیستم واحد عمل می کنند.

مزایا: افزایش قابلیت اطمینان، مقیاس پذیری، و توانایی استفاده از منابع مختلف در شبکه

معایب: پیچیدگی بیشتر در مدیریت و هماهنگی بین کامپیوترهای مختلف

4. سیستم عامل های تعبیه شده (Embedded Operating System)

 این سیستم عامل ها برای دستگاه های الکترونیکی کوچک و تخصصی مانند روترها، دستگاه های IoT، کنسول های بازی و دستگاه های پزشکی طراحی شده اند. این سیستم عامل ها معمولاً دارای منابع محدودی هستند و برای اجرای وظایف خاصی بهینه شده اند.

مزایا: کارایی بالا، مصرف انرژی کم، اندازه کوچک

معایب: قابلیت شخصی سازی محدود، منابع محدود

5. سیستم عامل های بلادرنگ (Real-Time Operating System)

 این سیستم عامل ها برای سیستم هایی طراحی شده اند که به پاسخ دهی سریع و دقیق به رویدادها نیاز دارند، مانند سیستم های کنترل صنعتی، روبات ها و سیستم های هواپیما.

مزایا: پاسخ دهی بسیار سریع و دقیق به رویدادها

معایب: پیچیدگی بالا و هزینه زیاد

6. سیستم عامل های ابری (Cloud Operating System)

 این سیستم عامل ها برای مدیریت منابع محاسباتی در ابر طراحی شده اند و به کاربران اجازه می دهند تا از طریق اینترنت به منابع محاسباتی دسترسی داشته باشند.

مزایا: مقیاس پذیری بالا، دسترسی از هر نقطه، کاهش هزینه های سخت افزاری

معایب: وابستگی به اتصال به اینترنت، مسائل امنیتی

7. سیستم عامل‌های سرور (Server Operating Systems)

 این سیستم عامل‌ها برای مدیریت سرورها استفاده می‌شن. سرورها کامپیوترهای قدرتمندی هستن که خدمات مختلفی رو به کاربران ارائه میدن، مثل وب‌سایت‌ها، ایمیل و پایگاه داده. لینوکس محبوب‌ترین سیستم عامل برای سرورهاست.

8. سیستم عامل‌های موبایل (Mobile Operating Systems)

 این سیستم عامل‌ها مخصوص گوشی‌ها و تبلت‌ها هستن. مثل اندروید و iOS. این سیستم عامل‌ها رابط کاربری لمسی دارن و برای تماس، پیام‌رسانی، بازی و استفاده از اپلیکیشن‌ها و انواع آن طراحی شدن.

9. سیستم عامل‌های دسکتاپ (Desktop Operating Systems)

 این‌ها همون سیستم عامل‌هایی هستن که روی کامپیوترهای شخصی و لپ‌تاپ‌ها نصب می‌کنیم. مثل ویندوز، مک و لینوکس. این سیستم‌عامل‌ها رابط کاربری گرافیکی دارن و برای کارهای روزمره مثل وب‌گردی، کار با نرم‌افزارهای اداری و بازی کردن استفاده می‌شن.

 وظایف و ویژگی های سیستم عامل

 سیستم عامل بسته به نوع کاربرد و سخت‌افزار مورد استفاده ممکن است وظایف مختلفی از اجرای برنامه ها و پردازش اطلاعات گرفته تا مدیریت حافظه، مدیریت سیستم و ارتباط با سخت افزار ها را بر عهده داشته باشد؛ اما به طور معمول یک سیستم عامل وظایف زیر را بر عهده دارد:

      ۱. مدیریت منابع :

 مدیریت حافظه: سیستم عامل مسئول تقسیم حافظه بین برنامه‌های مختلف و اطمینان از اینکه هر برنامه به اندازه کافی حافظه برای اجرا داشته باشد.

 مدیریت پردازنده: سیستم عامل تصمیم می‌گیرد که کدام برنامه در هر لحظه از پردازنده استفاده کند و به چه میزان.

 مدیریت دستگاه‌های ورودی و خروجی: سیستم عامل مدیریت ارتباط بین کامپیوتر و دستگاه‌های جانبی مثل کیبورد، ماوس، چاپگر و … را بر عهده دارد. 

 

     ۲. اجرای برنامه ها:

 بارگذاری برنامه‌ها: سیستم عامل برنامه‌ها را از حافظه ثانویه (هارد دیسک) به حافظه اصلی (رم) بارگذاری می‌کند.

 تخصیص منابع به برنامه‌ها: سیستم عامل منابع مورد نیاز هر برنامه مثل حافظه و زمان پردازنده را تخصیص می‌دهد.

 سوئیچینگ بین برنامه‌ها: سیستم عامل به طور مداوم بین برنامه‌های در حال اجرا جابجا می‌شود تا به هر برنامه فرصت اجرایی بدهد.

 

     ۳. مدیریت فایل ها و داده ها:

 سازماندهی داده‌ها: سیستم عامل داده‌ها را در هارد دیسک به صورت فایل‌ها و پوشه‌ها سازماندهی می‌کند.

 دسترسی به فایل‌ها: سیستم عامل امکان دسترسی به فایل‌ها را برای برنامه‌ها و کاربران فراهم می‌کند.

 حفاظت از داده‌ها: سیستم عامل از داده‌ها در برابر دسترسی‌های غیرمجاز محافظت می‌کند.

 

     ۴. رابط کاربری: 

 تسهیل تعامل کاربر: سیستم عامل یک رابط کاربری فراهم می‌کند تا کاربران بتوانند با کامپیوتر تعامل داشته باشند.

 پنهان کردن پیچیدگی‌های سخت‌افزار: سیستم عامل پیچیدگی‌های سخت‌افزار را از کاربر پنهان می‌کند و یک رابط ساده و کاربرپسند ارائه می‌دهد.

    ۵. امنیت:

 حفاظت از سیستم: سیستم عامل از سیستم در برابر تهدیدات امنیتی مثل ویروس‌ها و هکرها محافظت می‌کند.

 کنترل دسترسی: سیستم عامل تعیین می‌کند که چه کاربری به چه منابعی دسترسی داشته باشد.

 

    ۶. شبکه:

 ارتباط با شبکه: سیستم عامل امکان برقراری ارتباط با سایر کامپیوترها و دستگاه‌ها از طریق شبکه را فراهم می‌کند.

 اشتراک‌گذاری منابع: سیستم عامل امکان اشتراک‌گذاری فایل‌ها، پرینترها و سایر منابع بین کامپیوترهای مختلف را فراهم می‌کند.

 

 اجزای تشکیل دهنده سیستم عامل

 هر سیستم عامل صرف نظر از نوع کاربردی ک‌دارند از دو بخش اصلی هسته یا کرنل و پوسته تشکیل شده اند.

هسته سیستم عامل (kernel)

 هسته قلب تپنده‌ی سیستم عامل است و وظیفه مدیریت مستقیم سخت‌افزار و ارائه خدمات پایه به سایر اجزای سیستم عامل را بر عهده دارد. هسته به عنوان رابط بین نرم‌افزارهای کاربردی و سخت‌افزار عمل می‌کند و وظایفی مانند مدیریت حافظه، پردازش‌ها، دستگاه‌های ورودی و خروجی و ارتباطات شبکه را انجام می‌دهد.

 پوسته (Shell)

 پوسته رابط کاربری سیستم عامل است که به کاربران اجازه می‌دهد با سیستم تعامل داشته باشند. پوسته‌ها می‌توانند گرافیکی (مانند ویندوز اکسپلورر) یا خط فرمان (مانند bash در لینوکس) باشند. پوسته وظیفه تفسیر دستورات کاربر و ارسال آن‌ها به هسته برای اجرا را بر عهده دارد.

 

انواع هسته سیستم عامل

 هسته‌ها بر اساس معماری و عملکردشان به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. انتخاب نوع هسته به عوامل مختلفی مانند نیازهای سیستم، اولویت‌ها و محدودیت‌های سخت‌افزاری بستگی دارد. برای سیستم‌های تعبیه شده و سیستم‌های با نیازهای امنیتی بالا، هسته میکرو مناسب‌تر است. برای سیستم‌های عمومی و سرورها، هسته یکپارچه یا هیبرید مناسب‌تر است.

وقت آن رسیده با انواع هسته ها اشنا شوید:

1. هسته یکپارچه (Monolithic Kernel)

 در این نوع هسته، تمامی اجزای سیستم عامل مانند مدیریت حافظه، مدیریت پردازش، مدیریت فایل و … در یک فضای آدرس واحد اجرا می‌شوند.

 مزایا: کارایی بالا به دلیل کاهش سربار تماس‌های بین اجزای مختلف.

معایب: پیچیدگی بالا، سختی در توسعه و نگهداری، در صورت بروز مشکل در یک بخش، کل سیستم ممکن است دچار اختلال شود.

2. هسته میکرو (Microkernel)

 در هسته میکرو، تنها وظایف بسیار ضروری سیستم عامل در هسته قرار می‌گیرند و سایر سرویس‌ها به صورت فرآیندهای جداگانه در فضای کاربر اجرا می‌شوند.

مزایا: امنیت بالاتر، انعطاف‌پذیری بیشتر، قابلیت اطمینان بالاتر.

معایب: کارایی پایین‌تر به دلیل سربار تماس‌های بین هسته و فرآیندهای کاربر.

3. هسته هیبرید (Hybrid Kernel)

 هسته هیبرید ترکیبی از هسته یکپارچه و میکرو است. برخی از اجزای حیاتی در هسته و برخی دیگر در فضای کاربر اجرا می‌شوند.

مزایا: ترکیب مزایای هر دو نوع هسته، کارایی بالا و انعطاف‌پذیری.

معایب: پیچیدگی طراحی.

4. هسته ماژولار (Modular Kernel)

 هسته به صورت ماژول‌های جداگانه طراحی شده است که در صورت نیاز می‌توان آن‌ها را به هسته اضافه یا از آن جدا کرد.

مزایا: انعطاف‌پذیری بالا، قابلیت شخصی‌سازی، به روزرسانی آسان.

معایب: پیچیدگی مدیریت ماژول‌ها.

 تفاوت Firmware و OS 

 فریمور (Firmware)و سیستم عامل (OS)هر دو نرم‌افزارهایی هستند که برای کنترل سخت‌افزار استفاده می‌شوند، اما تفاوت‌های از چند نظر وجود دارد که در زیر به آن ها اشاره شده.

 Firmware  برنامه‌ای است که توسط شرکت سازنده روی چیپ و IC ها تعبیه می‌شود و نسبت به نوع قطعات، قابل تغییر یا غیر قابل تغییر است؛ در حالی که OS برنامه‌ای است که توسط کاربر بر روی سخت‌افزار قابل‌نصب بوده و قابل‌‍تغییر است.

 Firmware نوعی برنامه است که روی چیپ‌ها پیاده‌سازی می‌شود و بخش مشخصی از سیستم‌ها را مدیریت می‌کند؛ در حالی که OS وظیفه‌ای فراتر از Firmware دارد؛ به عبارت دیگر، OS یک محیط برنامه‌ریزی شده برای اجرای وظایف مختلفی است که یکی از آن‌ها، کنترل سخت‌افزار و نرم‌افزار است.

 Firmware روی حافظه ROM ذخیره می‌شود در حالی که OS روی هارد درایو ذخیره می‌گردد. 

 به طور خلاصه، فریمور یک نرم‌افزار پایه و ضروری است که برای راه‌اندازی اولیه سخت‌افزار استفاده می‌شود، در حالی که سیستم عامل یک نرم‌افزار پیچیده‌تر است که بر روی فریمور اجرا می‌شود و وظیفه مدیریت منابع سیستم و فراهم کردن رابط کاربری برای کاربران را بر عهده دارد.

 انواع سیستم عامل کامپیوتر

 ویندوز (Windows):

 محبوب ترین سیستم عامل دسکتاپ در جهان است. 

 رابط کاربری گرافیکی جذاب و کاربرپسند دارد.

 نرم افزارهای کاربردی بسیار زیادی برای آن توسعه یافته است.

 نسخه های مختلفی دارد (مانند ویندوز ۱۱، ۱۰، ۸، ۷) که هر کدام ویژگی های خاص خود را دارند.

 

 macOS:

 سیستم عامل اختصاصی کامپیوترهای اپل (Mac) است.

 رابط کاربری زیبا و روان دارد.

 با نرم افزارهای حرفه ای مانند Final Cut Pro و Adobe Creative Suite به خوبی سازگار است.

 امنیت بالایی دارد.

 

 لینوکس (Linux):

 سیستم عامل متن باز و رایگان است.

 توزیع های مختلفی دارد (مانند Ubuntu، Fedora، Debian) که هر کدام ویژگی های خاص خود را دارند.

 امنیت بالا، پایداری و قابلیت شخصی سازی از ویژگی های بارز آن است.

 در سرورها، سیستم های تعبیه شده و ابر رایانه ها نیز استفاده می شود.

 

 کروم اواس (Chrome OS):

 سیستم عاملی مبتنی بر مرورگر کروم است.

 برای استفاده از برنامه های وب طراحی شده است.

بیشتر برای لپ تاپ ها و کروم بوک ها استفاده می شود.

سهم بازار سیستم عامل های کامپیوتر

 طبق داده های StatCounter تا پایان نوامبر ۲۰۲۴، ویندوز با سهم ۷۲٫۹۶ درصدی پیشتاز بازار است و macOS با سهم ۱۵٫۳۹ درصدی در جایگاه دوم قرار دارد. لینوکس با عملکرد خوبی که داشته توانسته با سهم ۴/۰۳ درصدی در جایگاه سوم و همچنین با افزایش محبوبیت کروم‌بوک‌ها در حوزه‌ی آموزش، سیستم‌عامل ChromeOS با سهم ۲٫۲۶ درصدی جایگاه چهارم فهرست مذکور را به‌خود اختصاص داد.

انواع سیستم عامل عامل موبایل

 اندروید (Android):

 سیستم‌عامل اندروید محبوب‌ترین سیستم عامل امروزی برای موبایل‌هاست. این سیستم عامل تلفن همراه مبتنی بر هسته لینوکس بوده و متن‌باز است.

 

 IOS:

 سیستم عامل iOS توسط شرکت اپل برای استفاده در دستگاه‌های توسعه یافته در این شرکت ارائه شده است. این سیستم عامل از نظر امنیت بسیار پیشرفته است و بر روی هیچ سخت‌افزار دیگری غیر از دستگاه‌های ارائه شده شرکت اپل، قابل‌استفاده نیست. همچنین هیچ سیستم عامل دیگری بر روی این دستگاه‌های اختصاصی قابل‌نصب نیست.

 

 Bada (Samsung Electronic);

 سیستم عامل Bada در اوایل دهه ۲۰۱۰ توسط سامسونگ برای رقابت با اندروید و iOS معرفی شد. Bada بر پایه هسته لینوکس ساخته شده بود و در برخی از گوشی‌های سری Wave سامسونگ مورد استفاده قرار گرفت. با این حال، Bada نتوانست در بازار رقابت کند و سامسونگ تولید آن را متوقف کرد.

 Tizen (Samsung Electronic): 

 این سیستم عامل متن‌باز است و بر پایه هسته لینوکس ساخته شده است. سامسونگ به همراه اینتل این سیستم عامل را توسعه داده و از آن در دستگاه‌های پوشیدنی مانند ساعت‌های هوشمند استفاده کرده است. Tizen هنوز هم در برخی از محصولات سامسونگ مانند ساعت‌های هوشمند و تلویزیون‌های هوشمند استفاده می‌شود.

 One UI (Samsung Electronic):

  این رابط کاربری اختصاصی سامسونگ بر روی سیستم عامل اندروید اجرا می‌شود و ظاهر و عملکرد اندروید را در دستگاه‌های سامسونگ شخصی‌سازی می‌کند. One UI با هر نسخه جدید اندروید به‌روزرسانی می‌شود و ویژگی‌های جدید و بهبود یافته‌ای را به کاربران ارائه می‌دهد.

 

BlackBerry:

 سیستم عامل BlackBerry یک سیستم عامل تلفن همراه است که توسط شرکت Research In Motion (RIM) ارائه شد. این OS به صورت اختصاصی برای دستگاه‌های بلک بری طراحی شده است. ویژگی‌های چند کاربری و امکانات استفاده از Microsoft Exchang، ایمیل Novell GroupWise و نرم‌افزارهای تجاری، بر روی سرور اختصاصی بلک بری، در این OS در نظر گرفته شده است.

 

سهم بازار سیستم عامل های موبایل

 طبق داده های StatCounter تا پایان نوامبر ۲۰۲۴ ٫ سیستم عامل Android با توجه به کاهش چند درصدی خود در سال های اخیر در حال حاضر  با سهم ۷۱.۷۷ درصد ار سهم بازار در جایگاه اول همچنان حضور دارد  و سیستم عامل IOS  با افزایش چند درصدی خود در طی سال های اخیر با ۲۷.۷۷ درصد از سهم بازار در جایگاه دوم باقی مانده است. سامسونگ هم با پوسته ی نرم افزاری اش به نام  Samsung One UI و سیستم عامل های دیگرش توانسته با سهم ۳۱/. درصدی خود در رتبه سوم قرار بگیرد.

»جمع بندی