یونیکس چیست؟

یونیکس (Unix) یک سیستم‌عامل چندکاربره و چندوظیفه‌ای است که نخستین‌بار در اواخر دهه ۱۹۶۰ در آزمایشگاه‌های Bell توسط Ken Thompson و Dennis Ritchie توسعه یافت. این سیستم‌عامل بر پایه اصول طراحی ساده، ساختار ماژولار و قابلیت همکاری بالا شکل گرفته است. یونیکس از یک کرنل مرکزی (kernel) بهره می‌برد که مسئول مدیریت منابع سیستم مانند پردازش‌ها، حافظه، فایل‌ها و شبکه است. یکی از ویژگی‌های کلیدی یونیکس، استفاده از فایل‌ها برای دسترسی به بیشتر اجزای سیستم از جمله سخت‌افزار است (everything is a file). یونیکس همچنین پایه‌گذار بسیاری از استانداردهای مدرن سیستم‌عامل‌ها، از جمله POSIX، بوده است و الهام‌بخش سیستم‌هایی مانند Linux و macOS محسوب می‌شود. پایداری، امنیت، و انعطاف‌پذیری بالا، یونیکس را به انتخابی محبوب در سرورها، سیستم‌های تعبیه‌شده و محیط‌های علمی و صنعتی تبدیل کرده است.

فلسفه یونیکس چیست؟

فلسفه یونیکس مجموعه‌ای از اصول طراحی نرم‌افزار است که هدف آن توسعه برنامه‌هایی ساده، کارآمد و قابل ترکیب با یکدیگر است. این دیدگاه برای نخستین بار توسط توسعه‌دهندگان سیستم‌عامل یونیکس در آزمایشگاه‌های Bell، از جمله کن تامپسون و دنیس ریچی، مطرح شد.

بر اساس این فلسفه، هر برنامه باید یک وظیفه مشخص را به‌خوبی انجام دهد (Do one thing and do it well) و در عین حال بتواند با دیگر برنامه‌ها تعامل داشته باشد. این تعامل معمولاً از طریق جریان‌های متنی (text streams) صورت می‌گیرد که ارتباط بین اجزای مختلف سیستم را ساده‌تر و شفاف‌تر می‌کند.

طراحی ماژولار (Modularity)، شفافیت در عملکرد، و جداسازی سیاست از مکانیزم از دیگر اصول کلیدی این فلسفه هستند. به عبارت دیگر، تصمیمات سطح بالا مانند نحوه کنترل رفتار سیستم باید از بخش‌های فنی و اجرایی جدا باشند. یونیکس بر سادگی تأکید دارد و تنها در صورت نیاز، پیچیدگی را به طراحی اضافه می‌کند. این رویکرد باعث شده یونیکس نه‌تنها قابل فهم و نگهداری باشد، بلکه زمینه‌ساز شکل‌گیری بسیاری از سیستم‌عامل‌های مدرن نیز شود.

تاریخچه سیستم‌عامل یونیکس

تاریخچه شکل‌گیری یونیکس به اواخر دهه ۱۹۶۰ بازمی‌گردد؛ زمانی که پروژه‌ای به نام Multics با هدف طراحی یک سیستم‌عامل اشتراک زمانی (Time-Sharing) توسط MIT، شرکت جنرال الکتریک و آزمایشگاه‌های Bell آغاز شد. این پروژه به دلیل پیچیدگی بالا، هزینه زیاد و پیشرفت کند با شکست مواجه شد و Bell Labs در سال ۱۹۶۹ از آن خارج شد.

در پی این موضوع، کن تامپسون و دنیس ریچی تصمیم گرفتند سیستم‌عاملی ساده‌تر و کاراتر طراحی کنند. آن‌ها با ساخت یک بازی رایانه‌ای به نام Space Travel، اولین گام‌ها را برداشتند. همین پروژه تبدیل به پایه‌ای برای توسعه یونیکس شد.

در ابتدا، یونیکس تنها از یک وظیفه پشتیبانی می‌کرد و به زبان اسمبلی نوشته شده بود. اما در سال ۱۹۷۳، این سیستم‌عامل با زبان C بازنویسی شد که یک تحول بزرگ به شمار می‌رفت؛ زیرا امکان اجرای یونیکس روی سخت‌افزارهای مختلف را فراهم کرد.

با ورود به دهه ۱۹۸۰، یونیکس در جامعه دانشگاهی محبوب شد و شرکت‌هایی مانند Solaris و Sequent آن را به‌عنوان سیستم‌عامل تجاری پذیرفتند. در همین دوران، نسخه‌ای دیگر از یونیکس به نام BSD (مخفف Berkeley Software Distribution) توسط پژوهشگران توسعه یافت.

در سال ۱۹۹۱، لینوس توروالدز نسخه‌ای از یونیکس به نام Linux برای رایانه‌های شخصی معرفی کرد و این نقطه آغازی بود برای گسترش یونیکس در مقیاسی جهانی. امروزه بسیاری از سیستم‌عامل‌های مدرن، از جمله macOS و Android، بر پایه معماری یونیکس طراحی شده‌اند و اصول آن همچنان در قلب زیرساخت‌های نرم‌افزاری مدرن جای دارند.

معماری سیستم‌عامل یونیکس

سیستم‌عامل یونیکس دارای معماری‌ای لایه‌ای است که از چهار بخش اصلی تشکیل شده و این لایه‌ها با همکاری یکدیگر، عملکردی قدرتمند و کارآمد ارائه می‌دهند. این ساختار لایه‌لایه، انعطاف‌پذیری و سادگی در توسعه و نگهداری سیستم را فراهم می‌سازد.

۱. لایه سخت‌افزار (Hardware Layer)

پایه‌ای‌ترین لایه در این معماری، سخت‌افزار است. این لایه شامل تمامی اجزای فیزیکی مانند پردازنده، حافظه، دیسک‌ها و سایر تجهیزات متصل به دستگاه می‌شود. سایر لایه‌ها برای اجرا و تعامل با محیط واقعی، به این لایه متکی هستند.

۲. لایه هسته (Kernel Layer)

هسته (Kernel) مهم‌ترین و مرکزی‌ترین بخش سیستم‌عامل است که وظیفه ارتباط با سخت‌افزار و مدیریت منابع سیستم را برعهده دارد. وظایف کلیدی آن عبارت‌اند از:

• مدیریت پردازش‌ها: اختصاص منابع، زمان‌بندی پردازش‌ها و هماهنگی بین آن‌ها

• مدیریت فایل‌ها: اطمینان از دسترسی ایمن و صحیح به داده‌ها در سیستم فایل

این بخش از طریق درایورها با سخت‌افزار تعامل می‌کند و نقشی اساسی در پایداری سیستم ایفا می‌نماید.

۳. لایه شل (Shell Layer)

شل رابط میان کاربر و هسته است. هرگاه کاربر دستوری را وارد کند، این دستور ابتدا توسط شل تفسیر شده و سپس برای اجرا به هسته منتقل می‌شود. پس از اتمام عملیات، شل نتایج را مجدداً به کاربر نمایش می‌دهد.

از شل‌های رایج در یونیکس می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• Bourne Shell (sh): شل پیش‌فرض و اولیه در یونیکس

• C Shell (csh): دارای بهبودهایی در دستورنویسی

• Korn Shell (ksh): نسخه‌ای پیشرفته‌تر با امکانات بیشتر

۴. لایه برنامه‌های کاربردی (Application Layer)

آخرین لایه، لایه‌ای است که کاربران به‌طور مستقیم با آن سر و کار دارند. برنامه‌هایی مانند ویرایشگرهای متن، نرم‌افزارهای مدیریتی و ابزارهای مختلف در این بخش قرار دارند. این لایه با استفاده از شل و در نهایت هسته، درخواست‌های خود را به سخت‌افزار منتقل می‌کند.

آشنایی با انواع سیستم‌عامل‌های یونیکس

سیستم‌عامل‌های یونیکس به دو دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شوند: «سیستم‌های مبتنی بر یونیکس» و «سیستم‌های شبه یونیکس». این دو گروه در نگاه اول شباهت زیادی دارند، اما از نظر فنی تفاوت‌هایی میان آن‌ها وجود دارد.

سیستم‌های مبتنی بر یونیکس، به‌طور مستقیم از نسخه‌ی اصلی یونیکس توسعه یافته‌اند. این سیستم‌ها از همان ابتدا با ساختار و اصول یونیکس طراحی شده‌اند و معمولاً در محیط‌های سازمانی، سرورها و مراکز داده استفاده می‌شوند. سیستم‌عامل‌هایی مانند macOS، Solaris و AIX در این گروه قرار می‌گیرند. بیشتر این سیستم‌ها به‌صورت اختصاصی منتشر می‌شوند و کد منبع آن‌ها در دسترس عموم نیست.

در مقابل، سیستم‌های شبه یونیکس از نظر عملکرد شبیه یونیکس هستند، اما مستقیماً از یونیکس مشتق نشده‌اند. آن‌ها با هدف سازگاری با استانداردهای یونیکس طراحی شده‌اند، اما مسیر توسعه‌ی مستقلی را طی کرده‌اند. لینوکس، FreeBSD و حتی سیستم‌عامل Android در این دسته قرار دارند. این سیستم‌ها اغلب متن‌باز هستند، امکان شخصی‌سازی بالایی دارند و کاربران زیادی در سراسر جهان از آن‌ها استفاده می‌کنند.

ویژگی‌های مهم سیستم‌عامل یونیکس چیست؟

یکی از ویژگی‌های مهم یونیکس این است که چند کاربر می‌توانند همزمان از منابع سیستم استفاده کنند. همچنین یونیکس از مولتی تسکینگ پشتیبانی می‌کند؛ یعنی هر کاربر می‌تواند چند برنامه را به‌طور هم‌زمان اجرا کند.

یونیکس با زبان C نوشته شده است. این ویژگی باعث شده بتوان آن را با تغییرات اندک روی انواع مختلفی از سخت‌افزار اجرا کرد. فایل‌ها در یونیکس به‌صورت سلسله‌مراتبی سازمان‌دهی می‌شوند و ساختار منظمی دارند. این موضوع دسترسی به داده‌ها را ساده‌تر می‌کند.

یونیکس به‌صورت داخلی از شبکه پشتیبانی می‌کند. کاربران می‌توانند از طریق شبکه با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و داده‌ها را به اشتراک بگذارند. همچنین یونیکس به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد تا برنامه‌های سفارشی خود را با استفاده از رابط‌های استاندارد به سیستم اضافه کنند.

رابط اصلی تعامل با یونیکس از طریق خط فرمان یا همان Shell است. یونیکس همچنین دارای ویژگی‌های امنیتی قدرتمندی مانند احراز هویت، تعیین سطح دسترسی و رمزگذاری فایل‌هاست. علاوه بر این‌ها، یونیکس ابزارهای توسعه نرم‌افزار قدرتمندی دارد که آن را به گزینه‌ای مناسب برای برنامه‌نویسان و توسعه‌دهندگان تبدیل کرده است.

ساختار سیستم فایل در یونیکس

در سیستم‌عامل یونیکس، فایل‌ها به‌صورت سازمان‌یافته و سلسله‌مراتبی ذخیره می‌شوند. این ساختار به شکل درختی است و در بالاترین سطح آن، دایرکتوری «ریشه» (که با نماد / شناخته می‌شود) قرار دارد. همه‌ی فایل‌ها و پوشه‌ها از این ریشه منشعب می‌شوند.

در این سیستم، هر «فایل» کوچک‌ترین واحد اطلاعاتی است و دایرکتوری‌ها وظیفه‌ی نگهداری و سازمان‌دهی فایل‌ها را دارند. این ساختار باعث می‌شود پیدا کردن، مدیریت و دسترسی به داده‌ها بسیار راحت‌تر و منظم‌تر باشد.

انواع فایل‌ها در یونیکس

در سیستم فایل یونیکس، فایل‌ها به چند نوع مختلف تقسیم می‌شوند که هر کدام کاربرد و ویژگی خاصی دارند.

۱. فایل‌های معمولی: این فایل‌ها حاوی داده، متن یا کدهای برنامه هستند و رایج‌ترین نوع فایل در یونیکس محسوب می‌شوند. در خروجی دستور ls -l با نماد - نشان داده می‌شوند.

۲. دایرکتوری‌ها: این فایل‌ها در واقع پوشه‌هایی هستند که فایل‌ها و دایرکتوری‌های دیگر را در خود نگه می‌دارند. ساختار سلسله‌مراتبی سیستم فایل را همین دایرکتوری‌ها شکل می‌دهند. در فهرست فایل‌ها با نماد d مشخص می‌شوند.

۳. فایل‌های ویژه: این فایل‌ها برای دسترسی به سخت‌افزارها مانند چاپگر یا دیسک استفاده می‌شوند. دو نوع دارند:

• فایل‌های کاراکتری (با نماد c): داده‌ها را به‌صورت کاراکتر به کاراکتر منتقل می‌کنند.

• فایل‌های بلوکی (با نماد b): داده‌ها را در بلوک‌های بزرگ منتقل می‌کنند.

۴.Pipes: این نوع فایل‌ها برای اتصال خروجی یک دستور به ورودی دستور دیگر استفاده می‌شوند. مثلاً در دستور who | wc -l، خروجی دستور اول وارد دستور دوم می‌شود. نماد آن‌ها p است.

۵. سوکت‌ها: سوکت‌ها امکان ارتباط بین برنامه‌ها را در داخل یک سیستم فراهم می‌کنند. این نوع فایل‌ها در برنامه‌های کلاینت-سرور بسیار کاربرد دارند و با نماد s نشان داده می‌شوند.

۶. لینک‌های نمادین: این فایل‌ها مانند «میانبر» عمل می‌کنند و به فایل دیگری اشاره دارند. اگر فایل اصلی حذف شود، لینک بی‌اثر می‌شود. در لیست فایل‌ها با نماد l دیده می‌شوند.

کاربردهای سیستم‌عامل یونیکس چیست؟

یونیکس به‌عنوان یکی از قدیمی‌ترین و پایدارترین سیستم‌عامل‌ها، در صنایع مختلف نقشی کلیدی ایفا می‌کند. پایداری، امنیت، و قدرت پردازشی بالا از جمله دلایلی هستند که باعث شده این سیستم‌عامل همچنان در حوزه‌های حیاتی مورد استفاده قرار گیرد.

یکی از مهم‌ترین کاربردهای یونیکس در برنامه‌های حیاتی سازمانی است؛ به‌ویژه در صنعت بانکداری و امور مالی. سیستم‌هایی مانند پلتفرم‌های معاملاتی و سامانه‌های مدیریت ریسک، برای تضمین «دسترس‌پذیری بالا» و «عملکرد بدون وقفه»، به یونیکس متکی هستند.

در بخش مخابرات نیز، یونیکس نقش محوری دارد. بسیاری از تجهیزات مخابراتی، شامل سوئیچ‌ها و سامانه‌های انتقال داده، از ابزارهای مدیریتی مبتنی بر یونیکس استفاده می‌کنند. توانایی یونیکس در پردازش عملیات بلادرنگ (Real-time Operations)، آن را به انتخابی مناسب برای مدیریت سیستم‌های پیچیده مخابراتی تبدیل کرده است.

در رایانش علمی و تحقیقاتی، سیستم‌عامل‌های مبتنی بر یونیکس به‌خاطر پشتیبانی از «رایانش با عملکرد بالا» (High-Performance Computing)، به‌ویژه در اجرای شبیه‌سازی‌های پیچیده و پردازش‌های سنگین، بسیار محبوب هستند.

نگاهی به آینده یونیکس

یونیکس برای دهه‌ها پایه‌گذار زیرساخت برنامه‌های حیاتی در سراسر جهان بوده است. با این حال، تحولات فناورانه و ورود سیستم‌عامل‌های متن‌باز، آینده‌ی یونیکس را با چالش‌هایی مواجه کرده است.

بسیاری از نسخه‌های یونیکس بر اساس سخت‌افزارهای خاص و اختصاصی طراحی شده‌اند. اما با گسترش استفاده از لینوکس، که ابتدا به‌عنوان یک سیستم «شبه‌یونیکس» شناخته می‌شد، سهم قابل توجهی از بازار یونیکس به لینوکس منتقل شده است.

حتی شرکت‌های پیشرفته‌ای که سخت‌افزارهای ویژه تولید می‌کنند، از یونیکس فاصله گرفته‌اند. به‌عنوان نمونه، شرکت SGI سیستم‌عامل IRIX را کنار گذاشت و لینوکس را جایگزین آن کرد، و شرکت Cray نیز ترجیح داد به‌جای UNICOS از لینوکس استفاده کند.

در حوزه‌ی کاربران عمومی نیز، یونیکس همچنان حضور دارد؛ سیستم‌عامل‌های پرکاربردی مانند Android (بر پایه لینوکس) و macOS (بر پایه BSD) میراث‌دار فلسفه‌ی یونیکس هستند.

با این وجود، در دنیای سازمانی، متخصصان ویندوز بسیار بیشتر از متخصصان یونیکس هستند. دلیل این اختلاف، نیاز بالای یونیکس به دانش فنی عمیق و تخصص‌محور است؛ مهارتی که آموزش آن زمان‌بر بوده و هزینه‌ی بالایی دارد.