Operating System — Türkçe okuma

Hikâye başlıkları şimdilik İngilizce görünüyor; hikâyelerin metni Türkçedir.

Yirminci yüzyılın ortalarında, ilk elektronik bilgisayarlar anıtsal, oda dolduran makinelerdi; mühendisliğin zaferleriydiler ama kritik bir verimsizlikle boğuşuyorlardı. Her hesaplama, her program, yüksek vasıflı operatörler tarafından titiz bir manuel kurulum gerektiriyordu. Bu dönemde parlak zihinler, ham donanımı işlevsel araçlara dönüştürerek karmaşık lojistikle mücadele etti. "IBM yedi yüz dördün sıradaki işi," diye belirtti Kıdemli Operatör Thompson, bir deste delikli karta işaret ederek. "Sadece teyp sürücülerini değiştirmek ve bir sonraki program için yama panelini yeniden yapılandırmak yirmi dakikamızı alacak." "O zaman yirmi dakika boş CPU süresi," diye iç geçirdi Mühendis Davis, bir sistem günlüğünü incelerken. "Çalıştırdığımız her bir iş için neredeyse çeyrek saat. Bu makine bir harika, yine de hesaplama yapmaktan çok bizi bekleyerek zaman geçiriyor." Thompson ciddi bir şekilde başını salladı. "Değerli hesaplama döngülerimiz bu manuel geçişlerde kayıp gidiyor. Bu işlemleri yönetmek için daha hızlı, daha entegre bir yola ihtiyacımız var."

Bir bilgisayarı her yeni göreve hazırlamanın zahmetli süreci, derin bir teknik ve ekonomik yüktü. İster karmaşık bir bilimsel hesaplama ister basit bir veri sıralaması olsun, her program makinenin tamamen manuel olarak yeniden başlatılmasını gerektiriyordu. Bu, doğru derleyicileri yüklemek, giriş/çıkış cihazlarını yapılandırmak ve bellek bölümlerini ayarlamak anlamına geliyordu; tüm bunlar asıl hesaplama başlamadan önce yapılıyordu. Bu "kurulum süresi", inanılmaz derecede pahalı olan bu makinelerin genellikle boşta kalmasına, insan müdahalesini beklemesine ve muazzam işlem güçlerinin geçici olarak atıl kalmasına neden oluyordu. Koyu, geriye çekilmiş saçlı, yirmili yaşlarının sonlarında, odaklanmış bir ifadeye sahip ve pratik gri bir iş elbisesi giyen teknisyen Anya Sharma, makine kullanımını detaylandıran büyük bir çizelge panosunu işaret ederek, "Şuna bakın," dedi. "A İşi bitiyor, sonra yeniden kalibrasyon için on beş dakikalık bir boşluk, sonra B İşi, bir on dakikalık boşluk daha. Sanki montaj hattının her bir ürün arasında tamamen durduğu bir fabrika işletmek gibi." Gözlüğünü ayarlayan mühendis Davis başını salladı. "Kesinlikle. Her gün değerli hesaplama saatleri kaybediyoruz. Süreçler arasındaki bu 'ölü zaman' astronomik. Makine bizi bekliyor ve biz onun darboğazıyız." Thompson yavaşça adımlayarak ekledi: "Böylesine güçlü bir araç için bu kabul edilemez. Bu geçişleri otomatik olarak yönetebilen, işleri sıraya koyabilen ve bu maliyetli boş zamanı azaltabilen bir sisteme ihtiyacımız var."

Verimsiz makine kullanımının acı gerçeği, bilişim öncüleri arasında radikal bir vizyonu tetikledi. Ya makine kendi süreçlerini yönetebilseydi? Fikir, bilgisayarın belleğinde yer alacak, diğer programların yürütülmesini düzenleyecek, kaynak tahsisini yönetecek ve insan müdahalesini en aza indirecek bir 'ana program' yaratmaktı. Bir 'denetleyici' veya 'izleyici' programı kavramı, işletim sisteminin entelektüel öncüsüydü ve kaotik manuel işlemleri düzenli, otomatik bir iş akışına dönüştürmeyi vaat ediyordu. "Makinenin dahili operasyonları için bir denetleyici programa, bir trafik kontrolörüne ihtiyacımız var," diye önerdi otuzlu yaşlarının sonlarında, düzgün taranmış kahverengi saçlı, sofistike bir bin dokuz yüz ellili iş takım elbisesi giyen parlak bilgisayar bilimcisi Dr. Evelyn Reed. Beyaz tahtadaki karmaşık bir şemayı işaret etti. "Görevleri alan, yükleyen, yürüten ve ardından makineyi bir sonraki göreve hazırlayan, görevler arasında tek bir insan dokunuşu bile olmadan çalışan bir yerleşik program düşünün." Yirmili yaşlarının sonlarında, kısa siyah saçlı ve gözlüklü, ütülü beyaz bir gömlek giyen genç, samimi programcı mühendis David Kim düşünceli görünüyordu. "Diğer programları yönetecek bir program. Kulağa makineye kendi işlerini yönetmesi için bir beyin vermek gibi geliyor. Bunun saf karmaşıklığı... bellek koruması, giriş/çıkış yönetimi, hata kurtarma..." Dr. Reed gülümsedi. "Kesinlikle. Leonardo da Vinci'nin bir zamanlar gözlemlediği gibi, 'Sadelik nihai inceliktir.' Bizim zorluğumuz sadece otomatikleştirmek değil, aynı zamanda bu sistemi makinenin doğal karmaşıklığını kaldırabilecek temel bir zarafetle tasarlamaktır. İç işleyişi karmaşık olsa bile, programcıya basit görünmelidir."

Teorik fikirler pratik çözümlere dönüşmeye başladı. Bir monitör sisteminin en eski ve en etkili uygulamalarından biri, bin dokuz yüz elli altı yılında General Motors ve North American Aviation'da Robert Patrick tarafından IBM yedi yüz dört için geliştirilen GM-NAA G/Ç sistemiydi. Bu öncü sistem, manuel kurulumu otomatik iş sıralamasıyla değiştirerek çok önemli bir adım attı. Bu, pahalı ana bilgisayarların çalışmasını elle beslenen bir süreçten daha sürekli, toplu iş odaklı bir iş akışına dönüştüren temel bir sıçramaydı. "GM-NAA G/Ç sistemi, IBM yedi yüz dört üzerindeki operasyonlarımızda gerçekten devrim yarattı," diye açıkladı otuzlu yaşlarının sonlarında, kısa, pratik kahverengi saçlı ve gözlüklü, içine sokulmuş kısa kollu gömlek ve kravat giyen odaklanmış bir mühendis olan Robert Patrick, hareketli bir laboratuvarda ziyaretçi bir meslektaşına. "Amacımız basitti: toplu işler arasındaki manuel müdahaleyi ortadan kaldırmak. Daha önce, her program arasında dakikalar kaybediyorduk." Otuzlu yaşlarının başlarında, kısa siyah saçlı ve sade bir bluz giyen meslektaşı Mühendis Sarah Chen, 'Yerleşik Monitör'ü gösteren bir diyagrama işaret etti. "Yani, bu 'monitör' bellekte kalıyor. İş kontrol kartlarını okuyor, kullanıcı programını yüklüyor ve iş bittiğinde kontrolü geri mi veriyor?" "Kesinlikle," diye onayladı Patrick. "Bu sürekli bir döngü. Monitörün kendisi bir programdır, ancak görevi diğer programların yürütülmesini yönetmektir. Bu, boşta kalma süremizi önemli ölçüde azaltır ve verimi artırır. Her çalıştırma arasında artık bantlarla veya anahtarlarla uğraşmak yok."

GM-NAA G/Ç sistemi basit ama derin bir prensiple çalışıyordu: yığın işleme. Operatörler, her seferinde bir program yüklemek yerine, her biri özel kontrol kartlarıyla başlayan birden fazla işi tek bir 'yığın' halinde bir araya getiriyordu. Yerleşik monitör programı daha sonra bu kontrol kartlarını sırayla okuyacak, doğru kullanıcı programını otomatik olarak yükleyecek, çalıştıracak ve ardından yığındaki bir sonraki işe geçmeden önce temizlik yapacaktı. Bu otomatik sıralama, CPU'yu sürekli meşgul tutarak, erken dönem bilgisayarları rahatsız eden maliyetli bekleme sürelerini en aza indirdiği için anıtsal bir adımdı. "İşte böyle çalışıyor," diye açıkladı Patrick, bir kontrol konsolunda göstererek. "Her biri bu özel kontrol kartlarıyla açıkça belirtilmiş bir program yığını hazırlıyoruz. Monitör programının kendisi küçük ama güçlü. Makinenin belleğinin küçük bir bölümünde her zaman çalışıyor." Chen, bir deste delikli kartın bir okuyucuya beslendiğini izledi. "Yani, monitör bir kartı okuyor, programı tanımlıyor, kaynakları tahsis ediyor ve sonra kontrolü kullanıcı programına mı devrediyor?" "Kesinlikle," diye onayladı Patrick. "Kullanıcı programı görevini tamamladığında, kontrolü monitörümüze geri veren belirli bir talimatı yürütür. Monitör daha sonra bir sonraki iş kartını kontrol eder, bir sonraki programı yükler ve döngü devam eder. Bu otomatik devir, boşta kalma süresini en aza indirmenin anahtarıdır. Bir dizi manuel durmayı, akıcı, sürekli bir hesaplama akışına dönüştürdük."

Toplu işlem, verimliliği önemli ölçüde artırsa da, bilgisayar hala aynı anda yalnızca bir program çalıştırıyordu. Bir sonraki mantıksal sıçrama çoklu programlamaydı: birden fazla programın aynı anda bellekte bulunmasına izin vermek ve CPU'nun bunlar arasında hızla geçiş yapmasını sağlamak. Bu, çoklu programlamayı birden fazla kullanıcının bilgisayarla eş zamanlı olarak etkileşim kurmasına izin verecek şekilde genişleten zaman paylaşımıyla birleştiğinde, bilgisayar kullanımını tekil, toplu işlem odaklı bir görevden güçlü, etkileşimli bir araca dönüştürdü. Bin dokuz yüz altmış bir yılında MIT'nin CTSS (Uyumlu Zaman Paylaşım Sistemi) gibi erken çabalar, tek bir makinenin birçok kullanıcıya etkili bir şekilde hizmet edebileceğini göstererek çok önemliydi. Kısa, kıvırcık gri saçlı ve keskin, zeki gözlü, kırklı yaşlarında vizyoner bir bilgisayar bilimcisi olan Doktor Alice Sterling, tüvit bir ceket giymiş olarak MIT'deki ekibine, "Asıl zorluk, CPU kullanımını basit toplu işlemenin ötesine taşımaktı," diye açıkladı. "Bir program için bir giriş/çıkış işleminin tamamlanmasını beklerken CPU neden boşta otursun ki, başka bir program üzerinde çalışabilirken?" Yirmili yaşlarının başında, düzgün saç kesimli ve hevesli ifadeli, üniversite kazağı giyen genç Programcı Michael Chen öne doğru eğildi. "Yani, aynı anda birden fazla programı belleğe yüklüyoruz ve işletim sistemi CPU'yu bunlar arasında hızla değiştiriyor? Ama bellek çakışmaları ne olacak? Ve programlar arasında adaleti nasıl sağlarız?" Doktor Sterling başını salladı. "Mükemmel sorular. Bu, gelişmiş bellek yönetimi ve CPU zamanlaması gerektirir. İşletim sistemi bir hakem haline gelir, kaynakları tahsis eder, her programa işlemci zamanından adil payını verir. Bu, çekirdeğin temel sorumluluğudur; programları birbirinden ve donanım karmaşıklıklarından koruyan kritik bir soyutlama katmanı."

Her işletim sisteminin kalbinde, temel bileşeni olan çekirdek (kernel) bulunur. Çekirdek, bilgisayarın en kritik kaynaklarını yönetir: CPU, bellek ve giriş/çıkış aygıtları. Karmaşık donanım ayrıntılarını uygulama programlarından soyutlayan, tutarlı ve güvenli bir ortam sağlayan bir aracı katman görevi görür. Temel mekanizmalar arasında, hangi programın işlemciyi ne kadar süreyle kullanacağını belirleyen CPU zamanlaması; her program için bellek segmentlerini tahsis eden ve koruyan bellek yönetimi; ve klavye, ekran ve depolama gibi çevre birimleriyle iletişimi kontrol eden giriş/çıkış yönetimi yer alır. "Çekirdek, operasyonun beynidir, belleğe yüklenen ilk program ve bellekten ayrılan son programdır," diye açıkladı kırklı yaşlarının sonlarında, tuz-biber saçlarını arkaya toplamış, profesyonel, biraz sert bir takım elbise giyen Baş Mimar Doktor Lena Petrova, yeni bir mühendislik çalışanına. "İşlem zamanlamasından – CPU'da kimin sırası olduğuna karar vermekten – belleğin her baytını ve her çevre birimini yönetmeye kadar her şeyi halleder." Yirmili yaşlarının başında, hevesli ve dikkatli, kalın bir kılavuz tutan yeni mühendis Alex Johnson, "Yani, bir program bir dosya istediğinde, bu isteği gerçek disk işlemlerine çeviren çekirdek, değil mi? Ve ayrıca bir programın başka bir programın belleğini üzerine yazmasını da engelliyor?" diye yanıtladı. "Kesinlikle, Alex," diye onayladı Doktor Petrova, iç içe halkaları gösteren bir diyagramı işaret ederek. "Çekirdek, 'halka sıfır' adı verilen ayrıcalıklı bir halkada çalışarak mutlak kontrol sağlarken, uygulamalar 'halka üç'te çalışır. Bu koruma mekanizması temeldir. Bu, hatalı bir uygulamanın tüm sistemi çökertemeyeceği anlamına gelir. Bu soyutlama katmanı, modern bilişimi istikrarlı ve verimli kılan şeydir."

Bin dokuz yüz altmışların sonlarına doğru, işletim sistemlerinin evrimi, Bell Labs'ta Unix'in yaratılmasıyla çok önemli bir ana ulaştı. Başta Ken Thompson ve Dennis Ritchie tarafından geliştirilen Unix, kendinden önceki işletim sistemlerine göre daha basit, daha zarif ve en önemlisi daha taşınabilir bir işletim sistemi olarak tasarlandı. Yenilikçi tasarımı, özellikle komut satırı arayüzüne, hiyerarşik bir dosya sistemine ve süreçler arası iletişim için güçlü boru (pipe) kavramına odaklanması, onu inanılmaz derecede esnek ve uyarlanabilir hale getirdi. Unix'in verimliliği ve net mimarisi, önceki bilişimde tespit edilen 'boş zaman' ve verimsizlik sorunlarını doğrudan ele aldı ve çözdü, böylece benzeri görülmemiş bir kaynak kullanımına olanak sağladı. "Basit, zarif ve taşınabilir bir şey istedik," diye açıkladı Ken Thompson, yirmili yaşlarının sonlarında, koyu, dağınık saçlı ve gözlüklü, rahat bir düğmeli gömlek giymiş, odaklanmış bir mühendis olarak Dennis Ritchie'ye. Bir teletip terminalinin üzerine eğilmişlerdi, kağıt çıktısı kodlarla akıyordu. "Multics çok iddialı, çok karmaşıktı. İşletim sisteminin kendisinin küçük, odaklanmış araçlardan oluşan bir koleksiyon olduğu bir sisteme ihtiyacımız vardı." Dennis Ritchie, kendine özgü sakalı ve düşünceli ifadesiyle, yirmili yaşlarının sonlarında, basit bir gömlek giymiş, bir komut yazdı. "Ve işte burada dosya sistemi ve borular gerçekten parlıyor. Programları tesisat gibi bağlamak; birinin çıktısı diğerinin girdisi oluyor. Bu, basitlikten muazzam bir güç yaratıyor." "Kesinlikle," diye onayladı Thompson, gözleri ekrana sabitlenmişti. "Sağlam bir çekirdek ve kolayca birleştirilebilecek bir dizi yardımcı program tasarlayarak, yeni bir üretkenlik seviyesinin kilidini açtık. Karmaşık kurulumlar nedeniyle artık boşa harcanan döngüler yok; Unix, makinenin zamanını etkili bir şekilde optimize ediyor, süreçleri sorunsuz bir şekilde yönetiyor ve geliştiricilerin basit bileşenlerden karmaşık sistemler oluşturmasına olanak tanıyor."

Unix gibi öncü işletim sistemlerinin belirlediği ilkeler, yeni nesil bilişimi derinden etkiledi. Mikroişlemcilerin ortaya çıkmasıyla daha küçük, daha uygun fiyatlı bilgisayarlar mümkün hale geldikçe, sağlam ve kullanıcı dostu işletim sistemlerine olan ihtiyaç büyük önem kazandı. CP/M, MS-DOS ve daha sonra Apple DOS ile Macintosh İşletim Sistemi gibi sistemler, kişisel bilgisayara gelişmiş kaynak yönetimi ve kullanıcı etkileşimi getirdi. Bu değişim, bilişim gücüne erişimi demokratikleştirerek, onu uzmanlaşmış laboratuvarlardan ve kurumsal veri merkezlerinden dünya çapındaki evlere, ofislere ve üniversitelere taşıdı. "Bu inanılmaz! Doğrudan komut yazabiliyor ve anında sonuçları görebiliyorum," diye haykırdı yirmili yaşlarının başlarında, kıvırcık siyah saçlı, seksenli yılların gündelik bir kazağını giymiş genç bir öğrenci olan Maria Rodriguez, bir üniversite laboratuvarında erken dönem bir Apple İki bilgisayarının başında otururken. "Profesörlerimizin anlattığı toplu işler gibi değil. Sanki bilgisayarla konuşuyormuşum gibi hissediyorum." Düz siyah saçlı ve düşünceli bir ifadeye sahip, kot ceket giymiş, yirmili yaşlarının başlarındaki sınıf arkadaşı David Lee öne eğildi. "İşletim sisteminin gücü bu, Maria. Alttaki her şeyi yönetiyor, böylece biz sadece programlarımıza odaklanıyoruz. IBM PC'deki MS-DOS veya Macintosh'taki grafik arayüzü bunu daha da kolaylaştırıyor. Bilişimi sadece uzmanlara değil, herkese erişilebilir kılıyor." "Kesinlikle," diye belirtti ellili yaşlarında, zarif gri saçlı ve bilgece gülümseyen, blazer ceket giymiş profesörleri Doktor Eleanor Vance. "İşletim sistemi, bizimle donanım arasında sezgisel bir katman sağlıyor. Uzmanlara yönelik bir aracı, kitleler için bir araca dönüştürdü. Bu sadece daha hızlı hesaplamalarla ilgili değil; bireyleri güçlendirmekle ilgili."

Bugün, işletim sistemleri dijital dünyamızın görünmez mimarlarıdır; etkileşimde bulunduğumuz hemen her teknoloji parçasının altında yatan vazgeçilmez bir katmandır. Küresel ağları çalıştıran güçlü sunuculardan cebimizdeki akıllı telefonlara, arabalardaki ve tıbbi cihazlardaki gömülü sistemlerden bulut bilişimin karmaşık altyapısına kadar, işletim sistemleri geniş bir hesaplama kaynakları dizisini yönetir, tahsis eder ve korur. Onlar, kaotik donanımı düzenli, akıllı sistemlere dönüştürmeyi amaçlayan vizyoner mühendislerin mirası olarak, verimliliği, istikrarı ve güvenliği sağlayan sessiz, sürekli orkestratörlerdir. "Anlatı öncelikle görseldir ve montaj sahnelerinde kısa, entegre etiketler bulunur."