المشاركة الزمنية

كانت الحواسيب الأولى أجهزة باهظة الثمن للغاية وبطيئة جدًا. وكانت تُخصص عادةً لمجموعة محددة من المهام وتُشغل بواسطة لوحات تحكم، حيث يُدخل المشغل البرامج الصغيرة يدويًا عبر المفاتيح واحدًا تلو الآخر. وقد تستغرق هذه البرامج ساعات لتشغيلها. ومع ازدياد سرعة الحواسيب، انخفضت أوقات التشغيل ، وسرعان ما أصبح الوقت المستغرق لبدء تشغيل البرنامج التالي مصدر قلق. وقد قللت برامج ومنهجيات المعالجة الدفعية الأحدث ، بما في ذلك أنظمة التشغيل الدفعية مثل IBSYS (1960)، من فترات التوقف هذه عن طريق وضع البرامج الجاهزة للتشغيل في قائمة انتظار. ^{[ 4 ]}

استخدم المبرمجون أجهزة تثقيب البطاقات أو أجهزة تسجيل الأشرطة الورقية ، وهي أجهزة رخيصة نسبيًا ، لكتابة برامجهم "دون اتصال بالإنترنت". كانت البرامج تُرسل إلى فريق العمليات الذي يُحدد مواعيد تشغيلها. ثم تُعاد المخرجات (المطبوعة عادةً) إلى المبرمج. قد تستغرق العملية برمتها أيامًا، وخلالها قد لا يرى المبرمج جهاز الكمبيوتر أبدًا. أنتج طلاب جامعة ستانفورد فيلمًا قصيرًا ينتقد هذا الوضع بأسلوب فكاهي. ^{[ 5 ]}

كان خيار السماح للمستخدم بتشغيل الحاسوب مباشرةً مكلفًا للغاية في الغالب. ويعود ذلك إلى احتمال قضاء المستخدمين فترات طويلة في إدخال التعليمات البرمجية بينما يبقى الحاسوب في وضع الخمول. وقد حدّ هذا الوضع من إمكانية تطوير البرامج التفاعلية، واقتصر على المؤسسات القادرة على تحمل إهدار موارد الحوسبة، كالجامعات الكبيرة في أغلب الأحيان.

استُخدم مصطلح "المشاركة الزمنية" استخدامين رئيسيين، أحدهما قبل عام 1960 والآخر بعده. في الاستخدامات الأولى، كان المصطلح (بدون واصلة) يُشير إلى ما يُعرف اليوم بالبرمجة المتعددة . ^{[ 6 ]} ادّعى روبرت دودز أنه أول من وصف هذا النوع من المشاركة الزمنية في رسالة كتبها إلى بوب بيمر عام 1949. وفي وقت لاحق، وصف جون باكوس المفهوم في الدورة الصيفية لعام 1954 في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا . ^{[ 7 ]} في مقال نُشر عام 1957 بعنوان "كيفية التفكير في الحاسوب" في مجلة التحكم الآلي ، أوضح بوب بيمر الأسباب الاقتصادية لاستخدام حاسوب واحد كبير مُشترك بين عدة مستخدمين، حيث تتداخل برامجهم. كما اقترح خدمة حاسوبية تُوفر قوة الحوسبة لعدة مستخدمين، على غرار كيفية توفير شركات الكهرباء للكهرباء. ^{[ 6 ] [ 8 ] [ 9 ]} في ورقة بحثية نُشرت في ديسمبر 1958، وصف دبليو إف باور كيف أن "النظام المتوازي" مثل LARC أو Gamma 60 يسمح "بتقاسم الوقت بين المكونات الكبيرة للجهاز"، واقترح أيضًا أن توفر الحواسيب الإقليمية الكبيرة قوة حاسوبية للمؤسسات في منطقتها. ^{[ 10 ]}

قدّم كريستوفر ستراشي ، الذي أصبح أول أستاذ للحوسبة في جامعة أكسفورد ، طلب براءة اختراع في المملكة المتحدة لتقنية "المشاركة الزمنية" في فبراير 1959. ^{[ 11 ] [ 12 ]} وفي يونيو من العام نفسه، قدّم ورقة بحثية بعنوان "المشاركة الزمنية في الحواسيب الكبيرة السريعة" ^{[ 13 ]} في مؤتمر اليونسكو الأول لمعالجة المعلومات في باريس، حيث وصف حلولًا لمختلف المشكلات التقنية التي أثارتها فكرة المشاركة الزمنية. وفي المؤتمر نفسه، نقل المفهوم إلى جيه سي آر ليكليدر من شركة بولت بيرانيك ونيومان (BBN). ^{[ 14 ]} وقد نسب مركز الحوسبة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا هذه الورقة البحثية في عام 1963 باعتبارها "أول ورقة بحثية حول الحواسيب التي تعمل بتقنية المشاركة الزمنية". ^{[ 15 ]}

بعد عام 1960، تغير معنى مصطلح " المشاركة الزمنية" عن استخدامه الأصلي، وأصبح يعني مشاركة جهاز كمبيوتر بشكل تفاعلي بين عدة مستخدمين. ^{[ 6 ]} وفي عام 1984، كتب كريستوفر ستراشي أنه يعتبر هذا التغيير في معنى مصطلح " المشاركة الزمنية" مصدرًا للالتباس، وليس ما قصده عندما كتب بحثه عام 1959. ^{[ 6 ]}

بدأ جون مكارثي في ​​معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) العمل على أول نظام تفاعلي متعدد الأغراض لتقاسم الوقت، وهو نظام تقاسم الوقت المتوافق ، والذي يُستخدم في تطوير البرمجيات، وذلك من خلال مذكرة كتبها عام 1959. ^{[ 16 ]} قاد فرناندو ج. كورباتو تطوير النظام، حيث تم إنتاج نموذج أولي منه واختباره بحلول نوفمبر 1961. ^{[ 17 ]} رتب فيليب م. مورس مع شركة IBM لتزويد المعهد بسلسلة من حواسيبها المركزية، بدءًا من IBM 704 ، ثم خط إنتاج IBM 709، و IBM 7090 ، و IBM 7094. ^{[ 17 ]} أعارت IBM هذه الحواسيب المركزية مجانًا لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، بالإضافة إلى الموظفين اللازمين لتشغيلها، كما قدمت تعديلات على الأجهزة، معظمها على شكل وحدات معالجة طلبية (RPQs)، نظرًا لأن عملاء سابقين كانوا قد طلبوا هذه التعديلات مسبقًا. ^{[ 18 ] [ 17 ]} وُضعت شروط معينة تحكم استخدام معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لأجهزة IBM المُعارة. لم يكن بإمكان معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا فرض رسوم على استخدام نظام CTSS. ^{[ 19 ]} كان بإمكان المعهد استخدام حواسيب IBM لمدة ثماني ساعات فقط يوميًا؛ بينما كانت ثماني ساعات أخرى متاحة للكليات والجامعات الأخرى؛ وكان بإمكان IBM استخدام حواسيبها خلال الساعات الثماني المتبقية، مع وجود بعض الاستثناءات. في عام 1963، تم تثبيت نسخة ثانية من نظام CTSS على حاسوب IBM 7094 اشتراه معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتمويل من وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة (ARPA) . استُخدم هذا النظام لدعم تطوير برنامج Multics في مشروع MAC . ^{[ 17 ]}

وخلال نفس الفترة، قاد ليكليدر تطوير نظام المشاركة الزمنية لشبكة بي بي إن ، والذي بدأ تشغيله وتم عرضه علنًا في عام 1962.

بدأ نظام JOSS خدمة المشاركة الزمنية في يناير 1964. ^{[ 20 ]} بدأ نظام دارتموث للمشاركة الزمنية (DTSS) الخدمة في مارس 1964. ^{[ 21 ]}

خلال أواخر الستينيات والسبعينيات، تم ربط محطات الحاسوب الطرفية بأجهزة حاسوب مركزية ضخمة ( أنظمة حوسبة مركزية )، والتي كانت في كثير من التطبيقات تستطلع المحطات الطرفية بشكل متسلسل لمعرفة ما إذا كانت هناك بيانات إضافية متاحة أو طلب من مستخدم الحاسوب إجراءً ما. لاحقًا، اعتمدت تقنيات الربط البيني على المقاطعات ، واستخدم بعضها تقنيات نقل البيانات المتوازية مثل معيار IEEE 488. عمومًا، استُخدمت محطات الحاسوب الطرفية في الجامعات في أماكن مشابهة لتلك التي تُستخدم فيها أجهزة الحاسوب المكتبية أو الشخصية اليوم. في بدايات الحواسيب الشخصية، استُخدم العديد منها كمحطات طرفية ذكية لأنظمة المشاركة الزمنية.

كتب مبتكرو نظام DTSS عام 1968 أن "أي متوسط ​​زمن استجابة يزيد عن 10 ثوانٍ يُفقد المستخدم إحساسه بامتلاك حاسوبه الخاص". ^{[ 22 ]} في المقابل، كان مستخدمو نظام المشاركة الزمنية يعتقدون أن جهازهم الطرفي هو الحاسوب نفسه، ^{[ 23 ]} ونادرًا ما كانوا يفكرون في كيفية مشاركة الآخرين لموارد الحاسوب، إلا إذا تلقوا فاتورة مقابل استخدام الخدمة، كما هو الحال عند تسبب تطبيق JOSS كبير في ترحيل البيانات لجميع المستخدمين. وكثيرًا ما كانت نشرة JOSS الإخبارية تطلب من المستخدمين تقليل استخدام مساحة التخزين. ^{[ 24 ]} ومع ذلك، كانت المشاركة الزمنية وسيلة فعالة لمشاركة حاسوب كبير. اعتبارًا من عام 1972دعم نظام DTSS أكثر من 100 مستخدم متزامن. ورغم أن أكثر من 1000 مهمة من أصل 19503 مهمة أنجزها النظام في "يوم حافل" تطلبت عشر ثوانٍ أو أكثر من وقت الحاسوب، إلا أن DTSS تمكن من إنجازها لأن 78% منها احتاجت ثانية واحدة أو أقل. استخدم حوالي 75% من 3197 مستخدمًا أجهزتهم لمدة 30 دقيقة أو أقل، استهلكوا خلالها أقل من أربع ثوانٍ من وقت الحاسوب. إحدى ألعاب محاكاة كرة القدم، وهي من أوائل ألعاب الحواسيب المركزية المصممة لنظام DTSS، استهلكت أقل من ثانيتين من وقت الحاسوب خلال 15 دقيقة من وقت اللعب الفعلي. ^{[ 25 ]} مع ظهور الحوسبة المصغرة في أوائل الثمانينيات، تراجعت أهمية تقاسم الوقت، لأن المعالجات الدقيقة الفردية أصبحت رخيصة بما يكفي ليتمكن شخص واحد من تخصيص كامل وقت وحدة المعالجة المركزية لاحتياجاته فقط، حتى في حالة عدم الاستخدام.

مع ذلك، أعاد الإنترنت مفهوم المشاركة الزمنية إلى الواجهة. فبإمكان مزارع الخوادم الضخمة للشركات، التي تُكلّف ملايين الدولارات، استضافة آلاف العملاء الذين يتشاركون جميعًا نفس الموارد. وكما هو الحال مع أجهزة الاتصال التسلسلي القديمة، تعمل مواقع الويب بشكل أساسي على شكل فترات نشاط مكثف تليها فترات خمول. وتتيح هذه الطبيعة المكثفة استخدام الخدمة من قِبل العديد من العملاء في وقت واحد، عادةً دون أي تأخير ملحوظ في الاتصال، إلا إذا بدأت الخوادم تشهد ضغطًا كبيرًا.

بدأ تصميم نظام التشغيل Multics ^{[ 42 ]} في عام 1964 كأداة حاسوبية ، على غرار خدمات الكهرباء أو الهاتف. وفي سبعينيات القرن العشرين، تم تصور مستودع النصوص التشعبية الأصلي " Xanadu " الذي ابتكره تيد نيلسون كخدمة مماثلة.

كانت تقنية المشاركة الزمنية أول تجربة لتشغيل عمليات متعددة ، مملوكة لمستخدمين مختلفين، على جهاز واحد، وقد تتداخل هذه العمليات مع بعضها البعض. ^{[ 43 ]} على سبيل المثال، قد تُعدّل إحدى العمليات موارد مشتركة تعتمد عليها عملية أخرى، مثل متغير مُخزّن في الذاكرة. عندما يستخدم النظام مستخدم واحد فقط، قد ينتج عن ذلك مخرجات خاطئة. أما مع وجود عدة مستخدمين، فقد يعني ذلك أن مستخدمين آخرين قد اطلعوا على معلومات لم يكن من المفترض أن يروها.

ولمنع حدوث ذلك، كان على نظام التشغيل تطبيق مجموعة من السياسات التي تحدد الصلاحيات الممنوحة لكل عملية. على سبيل المثال، قد يمنع نظام التشغيل عملية معينة من الوصول إلى متغير معين.

كان المؤتمر الدولي الأول حول أمن الحاسوب في لندن عام 1971 مدفوعًا بشكل أساسي بصناعة المشاركة الزمنية وعملائها. ^{[ 44 ]}

يُعتبر نظام المشاركة الزمنية في شكل حسابات وهمية بمثابة خطر. ^{[ 45 ]}