ما هي أنظمة التشغيل المتوازية؟

أنظمة التشغيل المتوازية هي نوع من أنظمة معالجة الكمبيوتر التي تقسم المهام الكبيرة إلى أجزاء أصغر تتم في نفس الوقت في أماكن مختلفة وبآليات مختلفة. توصف أحيانًا أيضًا بأنها معالجات “متعددة النواة”. عادةً ما يكون هذا النوع من الأنظمة فعالاً للغاية في التعامل مع الملفات الكبيرة جدًا والأكواد الرقمية المعقدة. يُنظر إليه بشكل شائع في إعدادات البحث حيث تتعامل أنظمة الخادم المركزية مع الكثير من الوظائف المختلفة في وقت واحد ، ولكن يمكن أن تكون مفيدة في أي وقت تقوم فيه أجهزة كمبيوتر متعددة بوظائف مماثلة وتتصل بالبنى التحتية المشتركة في وقت واحد. قد يكون من الصعب إعدادها في البداية ويمكن أن تتطلب القليل من الخبرة ، لكن معظم خبراء التكنولوجيا يتفقون على أنها ، على المدى الطويل ، أكثر فعالية من حيث التكلفة وفعالية من نظرائهم الذين يستخدمون الكمبيوتر الفردي.

أساسيات الحوسبة المتوازية

يعمل نظام التشغيل المتوازي عن طريق تقسيم مجموعات الحسابات إلى أجزاء أصغر وتوزيعها بين الأجهزة الموجودة على الشبكة. لتسهيل الاتصال بين نوى المعالج وصفيفات الذاكرة ، يتعين على برنامج التوجيه إما مشاركة ذاكرته عن طريق تخصيص مساحة العنوان نفسها لجميع أجهزة الكمبيوتر المتصلة بالشبكة ، أو توزيع ذاكرته عن طريق تخصيص مساحة عنوان مختلفة لكل مركز معالجة. تسمح مشاركة الذاكرة لنظام التشغيل بالعمل بسرعة كبيرة ، ولكنها عادة لا تكون بنفس القوة. عند استخدام الذاكرة المشتركة الموزعة ، تتمتع المعالجات بإمكانية الوصول إلى كل من ذاكرتها المحلية وذاكرة المعالجات الأخرى ؛ قد يؤدي هذا التوزيع إلى إبطاء نظام التشغيل ، ولكنه غالبًا ما يكون أكثر مرونة وكفاءة.

عادةً ما يتم إنشاء بنية البرنامج حول نظام أساسي قائم على UNIX ، مما يسمح له بتنسيق الأحمال الموزعة بين أجهزة كمبيوتر متعددة في الشبكة. الأنظمة الموازية قادرة على استخدام البرامج لإدارة جميع الموارد المختلفة لأجهزة الكمبيوتر التي تعمل بالتوازي ، مثل الذاكرة وذاكرة التخزين المؤقت ومساحة التخزين وقوة المعالجة. تسمح هذه الأنظمة أيضًا للمستخدم بالتفاعل المباشر مع جميع أجهزة الكمبيوتر في الشبكة.

الأصول والاستخدامات الأولى

في عام 1967 ، تصور جين أمدال ، عالم الكمبيوتر الأمريكي الذي يعمل في شركة IBM ، فكرة استخدام البرامج لتنسيق الحوسبة المتوازية. أصدر النتائج التي توصل إليها في ورقة بعنوان قانون أمدال ، والتي أوجزت الزيادة النظرية في قوة المعالجة التي يمكن للمرء أن يتوقعها من تشغيل شبكة بنظام تشغيل موازٍ. أدى بحثه إلى تطوير تبديل الحزم ، وبالتالي إلى نظام التشغيل الموازي الحديث. يعتبر هذا التطور في تبديل الحزم على نطاق واسع بمثابة الاختراق الذي أطلق فيما بعد “مشروع أربانيت” ، وهو المسؤول عن الأساس الأساسي للإنترنت ، أكبر شبكة كمبيوتر موازية في العالم.
التطبيقات الحديثة
تستخدم معظم مجالات العلوم هذا النوع من أنظمة التشغيل ، بما في ذلك التكنولوجيا الحيوية وعلم الكونيات والفيزياء النظرية والفيزياء الفلكية وعلوم الكمبيوتر. يمكن أن يساعد تعقيد وسعة هذه الأنظمة أيضًا في خلق الكفاءة في صناعات مثل الاستشارات والتمويل والدفاع والاتصالات والتنبؤ بالطقس. في الواقع ، أصبحت الحوسبة المتوازية قوية جدًا لدرجة أنها استخدمتها من قبل العديد من علماء الكونيات الرائدين للإجابة على أسئلة حول أصل الكون. تمكن العلماء من إجراء عمليات محاكاة لأجزاء كبيرة من الفضاء دفعة واحدة. استغرق الأمر شهرًا واحدًا فقط حتى يتمكن العلماء من تجميع محاكاة لتشكيل مجرة ​​درب التبانة باستخدام هذا النوع من أنظمة التشغيل ، على سبيل المثال ، وهو إنجاز كان يعتقد سابقًا أنه مستحيل بسبب مدى تعقيده وتعقيده.
اعتبارات التكلفة
غالبًا ما يختار العلماء والأبحاث وقادة الصناعة استخدام هذه الأنواع من أنظمة التشغيل في المقام الأول بسبب كفاءتها ، ولكن التكلفة عادة ما تكون عاملاً أيضًا. بشكل عام ، فإن تجميع شبكة كمبيوتر موازية يكلف أقل بكثير من تكلفة تطوير وبناء كمبيوتر فائق للبحث – أو الاستثمار في العديد من أجهزة الكمبيوتر الأصغر وتقسيم العمل. الأنظمة الموازية هي أيضًا معيارية تمامًا ، والتي تسمح في معظم الحالات بإجراء إصلاحات وترقيات غير مكلفة.