الاستقصاء (Polling)

مقدمة

الاستقصاء، أو المسح الدوري (Polling)، هو أسلوب في علم الحاسوب يُستخدم فيه برنامج أو جهاز للتحقق بشكل متكرر من حالة جهاز خارجي أو واجهة ما. يتم ذلك عادةً بطريقة متزامنة، حيث ينتظر البرنامج استجابة من الجهاز أو الواجهة قبل المتابعة. يُعتبر الاستقصاء بديلاً لأساليب أخرى مثل المقاطعات (Interrupts) أو الإدخال/الإخراج الموجه بالحدث (Event-Driven I/O)، حيث يتم إعلام البرنامج بحدوث تغيير في الحالة بدلاً من التحقق منه بشكل مستمر.

آلية عمل الاستقصاء

تعتمد آلية عمل الاستقصاء على قيام البرنامج “العميل” (Client) بإرسال طلب إلى الجهاز “الخادم” (Server) أو الواجهة الخارجية للاستعلام عن حالتها. يقوم الخادم بمعالجة الطلب وإرجاع استجابة تشير إلى الحالة الحالية. يقوم العميل بعد ذلك بتحليل الاستجابة واتخاذ الإجراءات المناسبة بناءً على الحالة التي تم استرجاعها. يتكرر هذا العملية بشكل دوري، مما يسمح للعميل بمراقبة حالة الجهاز الخارجي باستمرار.

بشكل أكثر تفصيلاً، يمكن تقسيم عملية الاستقصاء إلى الخطوات التالية:

  1. تهيئة الاستقصاء: يقوم البرنامج بتهيئة المتغيرات والموارد اللازمة لعملية الاستقصاء، مثل عنوان الذاكرة الخاص بالجهاز الخارجي أو المنفذ المستخدم للاتصال.
  2. إرسال طلب الاستقصاء: يقوم البرنامج بإرسال طلب إلى الجهاز الخارجي للاستعلام عن حالته. يمكن أن يكون هذا الطلب بسيطًا مثل قراءة قيمة من سجل معين في الجهاز، أو أكثر تعقيدًا مثل طلب معلومات مفصلة حول حالة الجهاز.
  3. انتظار الاستجابة: ينتظر البرنامج استجابة من الجهاز الخارجي. قد يتضمن ذلك فترة انتظار محددة زمنيًا لمنع البرنامج من التعليق في حالة عدم استجابة الجهاز.
  4. معالجة الاستجابة: بمجرد استلام الاستجابة، يقوم البرنامج بمعالجتها لتحديد حالة الجهاز الخارجي. يمكن أن تتضمن هذه المعالجة فحص قيم معينة في الاستجابة، أو مقارنة الاستجابة بقيم متوقعة.
  5. اتخاذ الإجراءات المناسبة: بناءً على حالة الجهاز الخارجي، يتخذ البرنامج الإجراءات المناسبة. قد يتضمن ذلك تحديث البيانات المعروضة للمستخدم، أو إرسال أوامر إلى الجهاز الخارجي، أو تسجيل الأحداث.
  6. تكرار العملية: تتكرر العملية من الخطوة 2 بشكل دوري، مما يسمح للبرنامج بمراقبة حالة الجهاز الخارجي باستمرار.

مزايا وعيوب الاستقصاء

على الرغم من بساطة مفهوم الاستقصاء، إلا أنه يحمل في طياته مجموعة من المزايا والعيوب التي يجب أخذها في الاعتبار عند اختيار استخدامه في تصميم نظام معين:

المزايا:

  • البساطة: يعتبر الاستقصاء بسيطًا نسبيًا من حيث التنفيذ والفهم، مما يجعله خيارًا جذابًا للتطبيقات البسيطة.
  • التحكم: يوفر الاستقصاء تحكمًا كاملاً للبرنامج في عملية مراقبة الأجهزة الخارجية، حيث يمكن للبرنامج تحديد وتيرة الاستقصاء والإجراءات التي يتم اتخاذها بناءً على الحالة التي تم استرجاعها.
  • التوافق: يمكن استخدام الاستقصاء مع مجموعة واسعة من الأجهزة والواجهات الخارجية، بغض النظر عن قدرتها على دعم المقاطعات أو الإدخال/الإخراج الموجه بالحدث.

العيوب:

  • استهلاك الموارد: يتطلب الاستقصاء استهلاكًا مستمرًا لموارد المعالج، حيث يجب على البرنامج التحقق من حالة الجهاز الخارجي بشكل دوري، حتى لو لم يكن هناك أي تغيير في الحالة.
  • التأخير: قد يتسبب الاستقصاء في تأخير في الاستجابة للتغييرات في حالة الجهاز الخارجي، حيث يجب على البرنامج انتظار دورة الاستقصاء التالية قبل اكتشاف التغيير.
  • عدم الكفاءة: يعتبر الاستقصاء غير فعال في الحالات التي تتغير فيها حالة الجهاز الخارجي بشكل غير متوقع، حيث يجب على البرنامج الاستقصاء بشكل متكرر لضمان اكتشاف التغيير في الوقت المناسب.

بدائل الاستقصاء

نظرًا لعيوب الاستقصاء، تم تطوير بدائل أكثر كفاءة وفعالية لمراقبة الأجهزة الخارجية، مثل:

  • المقاطعات (Interrupts): هي إشارات يتم إرسالها من الجهاز الخارجي إلى المعالج لإعلامه بحدوث حدث معين. تسمح المقاطعات للمعالج بتعليق تنفيذ البرنامج الحالي والتعامل مع الحدث على الفور، مما يقلل من التأخير واستهلاك الموارد.
  • الإدخال/الإخراج الموجه بالحدث (Event-Driven I/O): هو نموذج برمجي يعتمد على استقبال الأحداث من الأجهزة الخارجية والتعامل معها بشكل غير متزامن. يسمح الإدخال/الإخراج الموجه بالحدث للبرنامج بالتركيز على معالجة الأحداث الهامة فقط، مما يحسن الكفاءة والاستجابة.

متى يتم استخدام الاستقصاء؟

على الرغم من وجود بدائل أكثر كفاءة، لا يزال الاستقصاء يستخدم في بعض الحالات التي تكون فيها مزاياه تفوق عيوبه. تشمل هذه الحالات:

  • التطبيقات البسيطة: في التطبيقات البسيطة التي لا تتطلب استجابة سريعة أو كفاءة عالية، قد يكون الاستقصاء هو الخيار الأسهل والأكثر فعالية من حيث التكلفة.
  • الأجهزة القديمة: قد لا تدعم بعض الأجهزة القديمة المقاطعات أو الإدخال/الإخراج الموجه بالحدث، مما يجعل الاستقصاء هو الخيار الوحيد المتاح لمراقبة حالتها.
  • التطبيقات ذات الوقت الحقيقي: في بعض التطبيقات ذات الوقت الحقيقي التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في عملية المراقبة، قد يكون الاستقصاء هو الخيار الأفضل لضمان اكتشاف التغييرات في الحالة في الوقت المناسب.
  • الأنظمة المدمجة: في بعض الأنظمة المدمجة ذات الموارد المحدودة، قد يكون الاستقصاء هو الخيار الأكثر عملية نظرًا لبساطته ومتطلباته المنخفضة من الذاكرة والمعالج.

أمثلة على استخدام الاستقصاء

فيما يلي بعض الأمثلة على كيفية استخدام الاستقصاء في تطبيقات مختلفة:

  • قراءة بيانات من جهاز استشعار: يمكن استخدام الاستقصاء لقراءة البيانات من جهاز استشعار بشكل دوري، مثل قراءة درجة الحرارة أو الرطوبة من جهاز استشعار بيئي.
  • مراقبة حالة منفذ تسلسلي: يمكن استخدام الاستقصاء لمراقبة حالة منفذ تسلسلي، مثل التحقق من وجود بيانات جديدة واردة أو التحقق من حالة إشارة التحكم.
  • التحقق من حالة جهاز شبكة: يمكن استخدام الاستقصاء للتحقق من حالة جهاز شبكة، مثل التحقق من وجود اتصال بالشبكة أو التحقق من حالة جهاز التوجيه.
  • التحكم في جهاز خارجي: يمكن استخدام الاستقصاء للتحكم في جهاز خارجي، مثل إرسال أوامر إلى محرك أو تشغيل مصباح.

اعتبارات التصميم عند استخدام الاستقصاء

عند تصميم نظام يعتمد على الاستقصاء، يجب مراعاة بعض الاعتبارات الهامة لضمان الأداء الأمثل والكفاءة. تشمل هذه الاعتبارات:

  • وتيرة الاستقصاء: يجب تحديد وتيرة الاستقصاء بعناية لتحقيق التوازن بين الاستجابة للتغييرات في الحالة واستهلاك الموارد. يجب أن تكون وتيرة الاستقصاء عالية بما يكفي لاكتشاف التغييرات الهامة في الوقت المناسب، ولكن ليست عالية جدًا بحيث تستهلك الكثير من موارد المعالج.
  • فترة الانتظار: يجب تحديد فترة انتظار مناسبة عند انتظار استجابة من الجهاز الخارجي. يجب أن تكون فترة الانتظار طويلة بما يكفي للسماح للجهاز الخارجي بالاستجابة، ولكن ليست طويلة جدًا بحيث تتسبب في تأخير غير ضروري.
  • معالجة الأخطاء: يجب تضمين آليات لمعالجة الأخطاء في حالة عدم استجابة الجهاز الخارجي أو إرجاع استجابة غير صحيحة. يمكن أن تتضمن هذه الآليات إعادة محاولة الاستقصاء أو تسجيل خطأ أو اتخاذ إجراءات أخرى مناسبة.
  • تحسين الأداء: يمكن تحسين أداء الاستقصاء عن طريق استخدام تقنيات مثل التخزين المؤقت للبيانات أو استخدام الاستقصاء الانتقائي لمراقبة التغييرات في الحالة فقط.

خاتمة

الاستقصاء هو أسلوب بسيط ولكنه فعال لمراقبة الأجهزة الخارجية في علم الحاسوب. على الرغم من وجود بدائل أكثر كفاءة، إلا أن الاستقصاء لا يزال يستخدم في بعض الحالات التي تكون فيها مزاياه تفوق عيوبه. عند تصميم نظام يعتمد على الاستقصاء، يجب مراعاة اعتبارات التصميم الهامة لضمان الأداء الأمثل والكفاءة.

المراجع