1

מבנה המחשב

CPUפלטזיכרון פנימי קלט

זיכרוןחיצוני

2

מהי מערכת הפעלה ?:מערכות דיגיטליות מורכבות בדר"כ מ

חומרה – רכיבים: אלקטרוניים, מכניים ו/אואופטיים.

תוכנה- קוד: תוכניות, ספריות וכ"דשל תוכניות מקבץ מערכת הפעלה היא

שמשמשות ממשק בין התוכנות במערכת לחומרה.מנהלת את הקצאת המשאבים במערכת

3

מ"ה – ספרים Tanenbaum A. : Modern Operating

Systems, Prentice-Hall, 1992. Silbetschatz A. et. al.: Operating

System Concepts (5th ed.), Addison Wesley, 1997.

עקרונות מערכות הפעלה :האוניברסיטה הפתוחה.בית ספר לטכנולוגיה של האוניברסיטה הפתוחה:

)תרגום מערכות הפעלה, מושגים, עקרונות וגישות. מאנגלית עפ"י ספר של גיימס ר. פינקרט, לארי ל. וור(.

4

מבנה מערכת ההפעלה מערכת ההפעלה

בנויה בשכבות שבה כל שכבה מניחה

נכונות ושלמות של שכבת השירותים

שהיא נשענת עליה ומספקת שירותים

ותמיכה לשכבת .השירותים שמעליה

5

תפקיד מרכזי: הקצאת משאבים

משאבי המערכת )מעבד )יחיד , רביםזכרון, זכרון cache ,זכרון flashדיסקים, דיסקטים( שטחי אחסון ,CD) ,מדפסות, טרמינלים, מערכות תקשורת

מסך, מקלדת )יציאות קלט/פלט(שעונים, רגיסטרים וכ"ד

צרכני המערכת–משתמשים –

אנושייםתהליכים–מעבדים–

מ"ה טובה מספקת לכל ישות צרכנית )תהליך( את האשליה כאילו כל משאבי החישוב עומדים

!לראשותו

6

קצת היסטוריה – דורות:4מערכות מחשוב התפתחו ב

(1945-1955)שפורפרות ריק ולוחות פלאגים (1955-1965)טרנזיסטורים (1965-1980)מעגלים משולבים מעגלים משולבים מורכבים והתפתחות המחשבים

1980)האישיים)

7

הפעלהמטרות מערכת ה:מאפשרת למשתמשים לבצע תכניות באופן

:לספק את השירותים הנדרשים באופן מהיר ויעילאיכותילמקסם את הניצול של משאבי המערכת. יעיל :.למקסם את מספר המשתמשים המקבלים שירות מהמערכת.מתן זמני תגובה מקובלים במערכתמחלקת את משאבי המערכת באופן הוגן.: הוגן חוסכת למשתמש את הצורך לדעת את הפרטים השונים של : נוח

החומרה והאמצעים הנדרשים בעת קבלת שירותי מערכת. תוכניות לא משפיעות על תוכניות אחרות, שהטיפול וקבלת : נכון

השירות ממספר רב של התקני קלט/פלט יהיה נכון, שהמערכת תשמר '. במצב תקין וכו

להגן על משאבי המערכת ולתת שירות רק למשתמשיהמערכת.

8

סוגי שירות שונים נדרשים במערכת

.מערכת לניהול תהליכים.מערכות לניהול קבצים.מערכות לניהול גישות לזיכרונות המשניים.מערכות לניהול משאבים חיצונים

9

תתי - מערכותניהול תהליכים

יצירה/השמדה של תהליכיםהשהייה / חידוש פעילות של תהליך מנגנונים לתקשורת בין תהליכיםטיפול במצבי שגיאה של תהליכים

ניהול מעבד ראשיהקצאה ושחרור של מעבד הרציפות המדומה של תהליךסנכרון תהליכים

10

תתי מערכות )המשך(ניהול זיכרון ראשי / מטמון

הקצאה/שחרור של זיכרוןעקיבה אחר חלקים פנויים בזיכרוןעקיבה אחר חלקי זיכרון תפוסים: כתובות, צרכן, סוג מידע

ניהול קבציםיצירה/השמדה של קבצים מסוגים שוניםניהול מערכת עקיבה לקבצים

ניהול זיכרון משניניהול שטחי אחסון פנויים/פגומים/תפוסים הקצאה/שחרור שטחי אחסון

11

)המשך(תתי מערכות מערכת קלט/פלט

הקצאה, עקיבה, שחרור של מאגרי זיכרון, תוריםוקבצי ביניים

ניהול שלdriversספציפיים לחומרה נתונה

הגנת מערכת הרשאת גישה ואובייקטי המערכת ולשרות רק

לצרכנים מורשיםטיפול במצבי שגיאה וכשל טיפול במצבים של אובדן משאביםטיפול במצבים של עומס על משאבי המערכת

12

)המשך(תתי מערכת תקשורת

טיפול בערוצי תקשורת שונות ניהול הבקשות לגישה למדיה השונהכולל טיפול בניהול מערכות קלט/פלט

ניהול סביבות עבודה לצרכנים השוניםכלים ואמצעיםקונפיגורציית משתמשממשק )גרפי( אדם-מכונה

13

מערכות ריבוי תוכניות ושיתוף זמניםמספר תוכניות לביצוע היושבות בדיסק באותו הזמןקבוצת "תהליכים" המועתקת מהדיסק לזיכרון הראשיבחירה של תהליך לביצועניהול התהליכים לביצוע מושגContext Switching ניצולת משאבים משופרתהתפתחות מערכת שיתוף זמנים

חלוקת הזיכרון הראשי

OS

.

.

.

Job n

Job 1

14

התהליך של המדומה רציפות במערכת מרובת תהליכים יכול תהליך לבקש

מספר פעמים פעולות קלט/פלט -< לרצות  שירות עבוד מספר פעמים

תפקיד מערכת ההפעלה הוא לחסוך מהתהליךאינפורמציה לא רלוונטית לריצתו והנוגעת לאופן

ניהול המשאבים במערכת. כלומר יש לתת לתהליך את "האשלייה" כאילו רק הוא

נמצא במערכת" מצב צילוםהמערכת עושה זאת באמצעות "

התהליך מיד לפני צאתו את המעבד המרכזי מצב זה עם כניסתו מחדש למעבד.ושחזור

15

ריבוי תהליכים

16

מצבי תהליך

Running -תהליך אקטיביReady -תהליך המוכן לקבל את המעבדBlocked - תהליך הממתין לאירוע חיצוני

, שיעוררו אותו וכ"ד(.IO)סיום פעולת

17

תאור שינויי מצב

תהליך "חסום" ממתין לקלט1.

מתזמן בוחר תהליך אחר מתוך 2.התהליכים המוכנים לריצה

התהליך החסום חוזר לתור 3.המוכנים הריצה

CSמתבצע תהליך של 4.

14

3

Running

Blocked

Ready

2

18

תזמון המעבדכיצד כל תהליך מקבל את המעבדקריטריונים קיימים להקצאות מעבד: אחיד, עדיפות, מחיר

עדיפות- מ"ה מאפשרות להצמיד לכל תהליך- תהליך להעדיףמנגנון העדיפויות מאפשר למערכת ההפעלה

אחד על פני אחר למשל, אם שני תהליכים ממתינים למעבד המרכזי, תכניס -

מערכת ההפעלה את התהליך בעל העדיפות הגבוהה יותר

לאילו תהליכים כדאי לתת עדיפות גבוהה במיוחד?

19

Process Process SynchronizationSynchronization

. . . . . .prog1 prog2 prog3

Process A

Process B

4 5 6 7

Out = 4 In=7

20

Race Conditions...Race Conditions... Process A reads “in” and is switched.. Process B reads “in”, changes its contents

to his job and moves “in” by one Process A gets the control and changes

the contents of “his in” to his job… and moves the value of “in” by one

Result:Result: “in” has a correct value but the printing job of B is lost….

Comment: common data structures to A, B

21

Critical Sections -Critical Sections -ConditionsConditions

No two processes in critical sections simultaneously.

Process outside its critical section may not block another process.

There is a limit on the number of times a process can enter the CS while another waits )i.e. no “starving”(

No assumptions about speeds, no. of cpu’s, etc.

22

מערכת קבצים מערכת קבצים

23

Implementing FilesImplementing Files

Contiguous AllocationContiguous Allocation Linked List AllocationLinked List Allocation Table in MemoryTable in Memory

FATFAT I-nodeI-node

24

חסרון – גישה איטית אל הקבציםחסרון – גישה איטית אל הקבציםיתרון – אין פרגמנטציהיתרון – אין פרגמנטציה

Linked List AllocationLinked List Allocation

Contiguous AllocationContiguous Allocation

יתרון – גישה מהירה וקריאה נוחהיתרון – גישה מהירה וקריאה נוחהחסרון – פרגמנטציהחסרון – פרגמנטציה

25

FATFAT

File Allocation TableFile Allocation Table:שאלה:שאלה

KBKB,, 11, גדול הבלוק , גדול הבלוק GBGB 2020דיסק בגודל דיסק בגודל

, מהו גודל, מהו גודלbytesbytes 44גודלה של כתובת גודלה של כתובת

??FATFATהזיכרון הדרוש עבור ה- הזיכרון הדרוש עבור ה- :תשובה:תשובה

20*GB / 1KB * 4byes = 80MB20*GB / 1KB * 4byes = 80MB

26

I-NodeI-Node

. ישירה .הצבעה ישירה הצבעה. כפולה .הצבעה כפולה הצבעה. משולשת .הצבעה משולשת הצבעה

27

Keeping track of Free Keeping track of Free BlocksBlocks

BitMapBitMap Free ListFree List