אביב 2004 1 מערכות הפעלה 234120

מערכות הפעלה234120קורס מס'

אביב 2004 2 מערכות הפעלה 234120

מבוא אדמיניסטרציה.

מהי מערכת הפעלה. ארגון מערכות הפעלה.

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 3 שקף

אדמיניסטרטריוויה א מרצים

פרופ/ח חגית עטיה )אחראי(מר ארז חדד

מתרגל ראשימר ויסאם איברהים

אתר הקורסhttp://webcourse.cs.technion.ac.il/234120מכיל הסילבוס ושקפים

.יפורסמו באתר הקורס לכל היותר בבוקר יום א' של השבוע המתאים.שקפי ההרצאות מאורגנים לפי נושאים

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 4 שקף

אדמיניסטרטריוויה ב)ספר הקורס )ראשי

Silberschatz and Galvin,Operating Systems Concepts )5th ed.(Wiley

)ספר הקורס )משניBovet and Cesati,Understanding the Linux Kernel )2nd ed.(O’Reilly

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 5 שקף

אדמיניסטרטריוויה ג:ציונים סופיים מבוססים על

)35%תרגילי בית )רטובים + יבשים65%בחינה סופית 5±ייתכן שינוי ביחסי המשקל.

.ציון התרגילים תקף ולא מגן

הנחותכל תנאי-הקדם יאכפו, ולא תהינה!

העברת ציוני תרגילים.אין

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 6 שקף

מטרות הקורס במערכות עקרונות התכנון והשימושהבנה של

הפעלה.

של מערכות הפעלה.ניתוח ביצועיםיסודות של

:הבנה של מערכת הפעלה אחתLinux.

מערכת הפעלה.יסודות של תכנות

תכנון מערכות תוכנה גדולותעקרונות של.

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 7 שקף

מבנה הקורס:הרצאות

עקרונות בסיסיים

ומערכות אחרות”Unix“מעט דוגמאות מ :תרגולים

Linuxקוד מערכת הפעלה :תרגילי-בית

תכנות בעזרת קריאֹות מערכת-הפעלה

תכנות בתוך גרעין מערכת ההפעלה

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 9 שקף

מהי מערכת הפעלה? שכבת תוכנה לניהול והסתרת פרטים של חומרת

המחשב.

מספקת למשתמש אבסטרקציה של מכונה וירטואליתפשוטה וחזקה )זיכרון עצום, מעבד ייעודי חזק מאוד...(

מנהלת את משאבי המערכת ומשתפת אותם ביןתהליכים, תוכניות, ומשתמשים.

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 10 שקף

תפקיד מערכת ההפעלהמאפשרת להריץ תוכניות

.מבטיחה נכונותגבולות זיכרוןעדיפויותמצב יציב

.מספקת נוחיותהסתרת פרטיםתיאוםקריאות מערכת-הפעלהמערכת קבצים

מערכת הפעלה

אפליקציות

CPU

memory

device device device

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 11 שקף

שיתוף משאביםמשתמש רוצה את כל המשאבים:

זמן מעבדזיכרוןקבציםאמצעי קלט / פלטשעון

של אשליהמערכת ההפעלה נותנת לכל משתמש מערכת שלמה משל עצמו.

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 12 שקף

התפתחות מערכות הפעלהחומרה יקרה ואיטית, כוח-אדם זול

Batch jobs 24, ניצול החומרהx7: IBM S/360

חומרה יקרה ומהירה, כוח-אדם זולInteractive time-sharing: Unix

חומרה זולה ואיטית, כוח-אדם יקר :מחשב אישי לכל משתמשMS-DOS

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 13 שקף

הווה ועתיד.חומרה זולה מאוד, כוח חישוב רב

:ריבוי משימותWindows NT, OS/2, ... ,שיתוף משאבים בסיסי: דיסקים, מדפסות

...בחזרה לעבר

.רשתות מהירות :הרשת היא המחשבSETI@home, Grid Computing

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 14 שקף

מבנה המחשבהתנהגות מערכת ההפעלה מוכתבת )חלקית( על-ידי

החומרה שעליה היא רצהסט פקודות, רכיבים מיוחדים

החומרה יכולה לפשט / לסבך משימות מערכת ההפעלהPCישנים לא סיפקו תמיכה לזיכרון וירטואלי

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 15 שקף

מנגנוני חומרה לתמיכה במערכת ההפעלה

שעון חומרהפעולות סנכרון אטומיותהגנת זיכרוןפעולות בקרת קלט / פלטפסיקות( אופן עבודה מּוגןprotected)פעולות מּוגנותקריאות מערכת-הפעלה

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 16 שקף

פקודות מוגנות חלק מפקודות המכונה מותרות רק

למערכת-ההפעלה

.)גישה לרכיבי קלט / פלט )דיסקים, כרטיסי תקשורת ,טבלת דפים( שינוי של מבני הנתונים לגישה לזיכרוןTLB.)מצב( מיוחדות )לקביעת עדיפות מוד עדכון של סיביות(

טיפול בפסיקות(. פקודתhalt.

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 17 שקף

עבודה במצב מוגן:הארכיטקטורה תומכת בשני מצבים לפחות

kernel modeuser mode

יש ארבעה מצבים...(IA32)במעבדי

המצב נשמר באמצעותstatus bit .ברגיסטר מוגן-תכניות משתמש רצות בuser mode.-מערכת ההפעלה רצה בkernel mode.

-המעבד מבצע פקודות מוגנות רק בkernel mode.

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 18 שקף

אז איך משתמש ניגש לדיסק?קריאה לפרוצדורת מערכת-הפעלה

(system call)גורמת לפסיקה פרמטר מזהה את קריאת

המערכת שומרת את מצב התוכנית

הקוראת ,מוודאת את הפרמטרים )למשל

מצביעי זבל( דרך לחזור לתוכנית הקוראת

כאשר מסיימים

User mode

Kernel mode

Explorer: read)(

טיפול בפסיקה

read)( kernel routine

חזרה

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 19 שקף

Intelדוגמא: מעבדי :אתחול

( טבלת מזהי פסיקהInterrupt Descriptor Table עם מטפלים לכל )אחד מסוגי הפסיקות.

128ווקטור =( 0x80-מתאים ל )system calls. 3, לקוד משתמש עדיפות 0לקוד גרעין יש עדיפות.

כניסה בIDT מכילה:128, המתאימה לווקטור ,-מצביע לקטע קוד גרעין, וoffset.עבור הקריאה הזו ליזום קריאה לפסיקה זו.3אישורים עבור קוד עם עדיפות

בביצועsystem call:תהליך המשתמש , מציב ברגיסטרeax-את מספר ה system call.המבוקש מבצע פקודת“int 0x80”.)פסיקה יזומה ע"י תוכנה(

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 20 שקף

הגנה על הזיכרון מערכת ההפעלה צריכה להגן על תוכניות

המשתמשים, זו מפני זו )עם או בלי כוונה רעה(. מערכת ההפעלה צריכה להגן על עצמה מפני תוכניות

המשתמשים.?ועל תוכניות המשתמשים מפניה

:שיטה פשוטהbase register, limit register לכל אחת מהתוכניות.

.מוגנים בעצמם

.זיכרון וירטואליProg C

Prog B

Prog A

Base registerLimit register

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 21 שקף

יום בחיים של מערכת ההפעלה מאורעמלבד אתחול המערכת, נכנסים לגרעין רק בגלל.

.הגרעין מגדיר אופן טיפול בכל מאורע.חלק נקבע על ידי ארכיטקטורת המעבד.מנגנון כפי שראינו

-פסיקות וexceptions:נגרמות על-ידי רכיבי חומרה )שעונים, סיום ק/פ(פסיקות Exceptions ,פקודה מפורשת( מגיעות מהתוכנהpage fault)

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 22 שקף

רכיבי מערכת ההפעלה

זאת ועוד...אתחולגיבוי...?דפדפן

תהליכיםזיכרוןקלט / פלטזיכרון משנימערכות קבציםהגנהניהול חשבונות משתמשים( ממשק משתמשshell)

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 23 שקף

תפירה של הרכיבים

ניהול זיכרון

קלט / פלט

ניהול זיכרון משני

מערכת קבצים

הגנה

ממשק משתמש

שירותי מידע

טיפול בשגיאות

ניהול תהליכים

ניהול חשבונות

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 24 שקף

Windows NTב תפירה של הרכיבים

גרסה פשוטה

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 25 שקף

ארגון מערכת ההפעלהתקשורת זולה בין מודולים

קשה להבין קשה לשנות או להוסיף

רכיבים

מה האלטרנטיבה?

בראשית... מונוליתית

תוכניות

משתמש

חומרה

גרעין מערכת ההפעלה

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 26 שקף

ארגון מערכת ההפעלההיום... גרעין קטן בראשית... מונוליתית

תוכניות

משתמש

חומרה

גרעין מערכת -Microההפעלה

kernel

חומרה

תוכניות

משתמש

System processes

Use

r mode

file system scheduling

networking

הגנה ניהול המעבד

זיכרון וירטואלי

(2004מערכות הפעלה )אביב © חגית עטיה 27 שקף

ארגון מערכת ההפעלההיום... גרעין קטן שכבה דקה מספקת שירותי

גרעין

אמינות גבוהה יותרקל להרחיב ולשנות ביצועים גרועים )מעבר בין

user-mode לבין kernel-mode)

,Mach, OS Xדוגמאות: ~Windows NT

Micro-kernel

חומרה

תוכניות

משתמש

System processes

Use

r mode

file system scheduling

networking

הגנה ניהול המעבד

זיכרון וירטואלי