آموزش سیستم های عامل - بخش یکم

عاملآموزش سیستم های

faradars.org/fvsft103

:مدرسفرشید شیرافکن

دانشجوی دکتری دانشگاه تهران (بیو انفورماتیک: دکتری( )کامپیوتر نرم افزار: کارشناسی و کارشناسی ارشد )

سیستم های عامل

1

فرادرس

FaraDars.org



سرفصلمفاهیم اولیه-1

نخ –فرایند -2

زمانبندی پردازنده-3

بن بست-4

همروندی-5

مدیریت حافظه -6

مدیریت دیسک-7

2

شیرافکن-4تننباوم-3سیلبرشاتس-2استالینگ-1:منابع

فرادرس

FaraDars.org



اولیهمفاهیم : اولفصل

3

فرادرس

FaraDars.org



(Operating System)سیستم عامل

م افزارنرکهمی سازدفراهمرابستریوگرفتهعهدهبهراکامپیوترمنابعمدیریتکهاستنرم افزاری

.شوداجراکاربردی

سیستم عامل از طریق. بخشی از سیستم عامل که در حافظه اصلی قرار دارد: کرنل سیستم عامل

.کرنل ، با منابع سخت افزاری و نرم افزاری ارتباط برقرار می کند

4

فرادرس

FaraDars.org



:کاربرهچندسیستم های

.باشندداشتهدسترسیکامپیوتریسیستمیکبههمزمانبصورتمتعددکاربرانتامی دهنداجازه

.زمانیاشتراکسیستم هایمانند

5

:سیستم عاملانواع

شبکه ای-5بی درنگ -4شده توزیع -3کاربره چند -2تک پردازنده -1

فرادرس

FaraDars.org



توزیعیهایسیستمساختدالیل

(.کنداستفادهدیگرسایتدرچاپگریازمی تواندسایتدریککاربری):منابعاشتراک-1

(سایتچندبیندرمحاسبهیکتوزیع):محاسباتسرعتافزایش-2

6

(Distributed)شدهعامل توزیع سیستم های

(جزامفیزیکینظراز)مختلفارتباطیراه هایباومختلفشبکه هایدرموجودسیستم هایکردنمجتمع

.داردراخودبهمخصوصساعتوحافظهپردازنده،هر

فرادرس.دارندفرقیکدیگرباعملکردواندازهنظرازپردازنده ها

FaraDars.org



(Real time)سیستم عامل بی درنگ

نتایج،مشخصزمانیمحدودیتدرکهمی کندکاردرستوقتیبی درنگسیستمیک.استمنظورههمهعاملسیستمنوعی

.کندتولیدراانتظارمورد

.گیردانجامزمانازخاصیلحظاتدرکارهابایدیعنیشود؛برآوردهدقیقبه طور(deadline)زمانیفرجهبایداوقاتخیلی

خودرودهد،جوشدیرخیلییاوزودخیلیجوشکاریرباتوباشدحرکتحالدرمونتاژخطدرخودرویکاگرمثالبرای

.شدخواهدخراب

.می شوداستفادهROMازآنجایبهونداردوجودثانویهذخیره سازیوسایلمعموالً

7

:درنگبیهایسیستمازهایینمونهنظامیهایسیستم-4خانگیلوازمکننده هایکنترل-3اتومبیلسوختتزریق-2پزشکیتصویربرداری-1

فرادرس

FaraDars.org



:درنگبیهایسیستمانواعنرم-1

سخت-2

کهاییسیستم هوسختبی درنگراشوددادهپاسخبایدزمانیمهلتآندرکهسیستم هایی

.می نامندنرمبی درنگنمی کنندپشتیبانیرازمانیمهلت

بایدهیپاسخ دسرعتاینکهبا)فروشگاهپایانهدربارکداسکن:نرمبی درنگسیستم هایکاربرد

(نمی باشدسختسیستم هایحادّیبهاماباشدسریع

داشتههمراهبهرافاجعه بارینتایجمی تواندتأخیرباپاسخ)خودرویکموتورکنترل:سختبی درنگسیستم هایکاربرد

(باشد8

فرادرس

FaraDars.org



: مولفه های سیستم عامل . کوچکتری تقسیم کرد( components)سیستم بزرگی چون سیستم عامل را باید به مولفه های

. (ندهابرخورد با بن بست ، ایجاد و حذف فرایندها، تعویق و از سرگیری فرایندها ، هماهنگی فرای)مدیریت فرایند -1

. (..تعیین بخشهای پر حافظه ، تخصیص حافظه و آزاد سازی حافظه و )مدیریت حافظه اصلی -2

...(فضای آزاد، تخصیص حافظه، زمانبندی دیسک ومدیریت )ثانویه مدیریت حافظه -3

...(ایجاد و حذف فایلها و دایرکتوری ها ، تهیه پشتیبان و )فایل مدیریت -4

(و دستگاهها به فرایندها I/Oبافرها، تخصیص کانالهای مدیریت ) I/Oسیستممدیریت -5

9

فرادرس

FaraDars.org



اجزای سخت افزاری تشکیل دهنده کامپیوتر

.اتصاالت داخلی سیستم-4مولفه های ورودی و خروجی -3حافظه اصلی -2پردازنده -1

10

ابراینبن.کندمیاستفادهکاربرانبهخدماتارائهبرایپردازندهافزاریسختمنابعازعاملسیستم

.استضروریعاملسیستمبررسیبرایکامپیوتر،افزارسختباآشنایی

فرادرس

FaraDars.org



پردازنده:پردازنده از قسمت های زیر تشکیل شده است

( ثبات ها)رجیسترها -3واحد کنترل -2(ALU)واحد محاسبه و منطق-1

11

.دهدمیانجاممداومطوربهرا"اجراوگشاییرمزواکشی،"گامسهپردازنده

)برنامهوضعیتکلمه PSW تهاثباازایمجموعهیایکشاملهاپردازندهتمام:(

.هستندوضعیتاطالعاتحاویکهوضعیتکلمهنامبههستند

Program status word (PSW)

فرادرس

FaraDars.org



حالت های اجرای پردازنده(Supervisor mode)مد کاربر -1

هایی در مورد دستورالعمل هایی که می توانند اجرا شود و مناطقی از حافظه که می محدودیت

.توانند مورد دسترسی قرار بگیرند در اختیار دارد

)(kernel mode( هسته)مد کرنل -2

. کنترل کامل پردازنده ، دستورالعملها ، ثباتها و حافظه در اختیار سیستم عامل است

12

.در هنگام روشن شدن در مد کرنل قرار می گیردکامپیوتر

...ناتوان ساختن وقفه ها و -تغییر اولویت فرایندها -تنظیم زمان سیستم : عملیات قابل انجام در مد کرنل

فرادرس

FaraDars.org



(interrupt)وقفه

شدهمتوقفCPUکارمی شود،ارسالCPUبهوقفه ایوقتی.دهدمیتغییررااجراعادیروندکهاستسیگنالیوقفه

ادامهراکارقبلی اشCPUروتین،ایناجرایپایانازبعد.می شوداجرا)routine)interruptوقفهبهپاسخگوروالو

.می دهد

13

.دباشدیگرالعملهایدستوراجرایمشغولاست،درجریانخروجی/ورودیعملکههنگامیدرمی تواندپردازندهوقفه ها،وجودبا

فرادرس

FaraDars.org



پایانازبعد.شودمیذخیرهپشتهدرشدهصادروقفهآناجرایهنگامکهدستوریآدرس

اجرایکهمحاسباتیوگیردمیقرار(PC)برنامهشمارندهدربرگشتآدرسوقفه،بهپاسخگویی

.شودمیگرفتهسرازافتادهتعویقبهآنها

14

.کندمیصادرراوقفه ای،CPUبهسیگنالیارسالباافزارسخت

System)سیستمفراخوانیباافزارنرم call)،کندصادرراوقفه ایمی تواند.

فرادرس

FaraDars.org



وقفه تو در تو

15

فرادرس

FaraDars.org



وقفه هاانواع

:وقفه ها بر چهار نوع می باشند

وقفه برنامه-1

: کننددلیل بعضی شرایط حاصل از اجرای یک دستورالعمل بروز می به

شدن محاسباتیسرریز

بر صفرتقسیم

برای اجرای یک دستورالعمل ماشین غیرمجاز تالش

به آدرس خارج از فضای مجاز کاربرمراجعه

16

فرادرس

FaraDars.org



سنجوقفه زمان -2

. زمان سنج داخلی پردازنده تولید می شودتوسط

. به طور مرتب انجام دهدرا سیستم عامل اجازه می دهد، بعضی اعمال به

(زمانیاشتراک تعیین زمان اجرای پردازنده درهر برش در سیستم ، مانند تست حافظه، چک کردن سخت افزار )

خروجی/وقفه ورودی-3

تولید می شود، تا کامل شدن طبیعی یک عمل یا I/Oوقفه هایی که به وسیله کنترل کننده

.شرایط خطا را اعمال کند

سخت افزاروقفه نقص -4

وقفه هایی که با نقص سخت افزاری تولید می شود، مثل نقص برق یا خطای توازن حافظه17

فرادرس

FaraDars.org



(Context Switch)تعویض متن

تواندبپردازشآناجرایکهطوریبهمی شود،گفتهپردازشیکوضعیتبازیابیوذخیرهفرایندبه

.یابدادامهنقطههمانازبعداً

خصوص هنگامی که وقفه ای رخ می دهد، قبل از اینکه سیستم عامل کنترل را به یک روال وقفه گیر ب

ه طرف رد کند، وضعیت پردازش جاری را در محلی حفظ می کند، تا بتواند بعدا آنرا ادامه دهد و سپس ب

.روال وقفه گیر می رود

.به صورت اشتراکی استفاده کنند CPUاین کار به چند پردازش اجازه می دهد تا از یک

.استبرنامگی چنداین قابلیت یکی از ارکان اساسی

18

فرادرس

FaraDars.org



(System Call)سیستم فراخوانی

تمی به برنامه ای اجرا می شود از فراخوانی های سیسوقتی . کندبین فرایند و سیستم عامل فراهم می واسطی

. وفور استفاده می کند و کاربر جزئیات آن را نمی بیند

19

فرادرس

FaraDars.org



1-Programed I/O

شدنکاملتافرایندسپس.کندمیصادرI/OمولفهبهفرایندجانبازراI/Oفرمانیکپردازنده

I/O،مولفهوضعیتپردازندهزمانایندر.گذراندمیمشغولیانتظاربهI/Oتاکردهبررسیمتناوبارا

(POlling).شودمطلععملآنشدنتماماز

یانخواندفرایندکهمدتیتمامدرمیکند،استفادهشدهریزیبرنامهخروجی/ورودیازcpuکهزمانی

فوظایروینمیتواندنتیجه،درواست،مشغولکاملطوربهپردازشگراست،انجامحالدرنوشتن

.کندکاردیگری

20

خروجی/ورودیروش های انتقال :طریق قابل انجام است3ورودی یا خروجی یک فرایند از عمل

فرادرس

FaraDars.org



2-Interrupt I/O

اجرایبهسپسکند،میصادرفرایندجانبازراI/Oفرمانیکپردازنده

همولفشد،تمامخروجی/ورودیعملیاتوقتی.دهدمیادامهبعدیدستورالعملهای

I/Oاستقبلیروشازکارآمدترروشاین.کندمیصادروقفه.

21

فرادرس

FaraDars.org



3-DMA I/O

وترکامپیسخت افزاریزیرساخت هایازبعضیبهکهاستمدرنکامپیوترهایویژگییک

.می دهدCPUازمستقلبصورتراسیستمحافظهبهدسترسیاجازه

.کندمیکنترلراI/OمولفهواصلیحافظهبینهادادهتبادلDMAمولفه

ولمشغاستجریاندرانتقالکههنگامیدرکرده،آغازراانتقالفرایندتنهاپردازشگر

گرکنترلازایوقفهبرسد،اتمامبهفرایندکلکهزمانیانتها،در.میشوددیگرکارهای

DMAکندمیدریافت.

22

فرادرس

FaraDars.org



حفاظت

:حفاظت از سه دیدگاه مورد بررسی استمسئله

I/Oحفاظت از -1

تورات در نظر گرفت تا کاربران فقط از طریق سیستم عامل بتوانند آن دسدستورات ممتاز به عنوان را I/Oدستورات تمام

.را اجرا کنند

CPUحفاظت از -2

.(فاده می کنیماستتایمریک از ). گیر نکند و کنترل را به سیستم عامل برگرداندحلقهباید کاری کرد که برنامه کاربر در

حفاظت از حافظه-3

ی در واقع می خواهیم سیستم عامل را از دستیاب.حفاظت حافظه را حداقل برای بردار وقفه و روال وقفه باید فراهم کرد

(حد وپایه استفاده از ثباتهای ) . برنامه کاربر و همچنین برنامه های کاربر را از یکدیگر محافظت کنیم

23

فرادرس

FaraDars.org



پایان فصل اول

24

فرادرس

FaraDars.org



25

این اسالید ها بر مبنای نکات مطرح شده در فرادرس« آموزش سیستم های عامل»

.تهیه شده است

.برای کسب اطالعات بیشتر در مورد این آموزش به لینک زیر مراجعه نمایید

فرادرس

FaraDars.org

Education

آموزش سیستم های عامل - بخش یکم