מערכות הפעלה קורס מס '

מבוא  אדמיניסטרציה.  מהי מערכת הפעלה.  ארגון מערכות הפעלה.

February 03 חגית עטיה © אדמיניסטרטריוויה א  מרצים פרופ / ח אסף שוסטר ( אחראי ) מר ארז חדד  מתרגלים ראשיים ???  אתר הקורס מכיל את הסילבוס

February 03 חגית עטיה © אדמיניסטרטריוויה ב  ספר הקורס ( ראשי ) Silberschatz and Galvin, Operating Systems Concepts (5 th ed.) Wiley  ספר הקורס ( משני ) Bovet and Cesati, Understanding the Linux Kernel (2 nd ed.) O ’ Reilly

February 03 חגית עטיה © אדמיניסטרטריוויה ג  ציונים סופיים מבוססים על : תרגילי בית (4 רטובים + 1 יבש אופצ ') (??? אחוזים ). בחינה סופית (???-100 אחוזים ). ייתכן שינוי ביחסי המשקל.  ציון התרגילים תקף ולא מגן.  כל תנאי - הקדם יאכפו, ולא תהינה הנחות !  אין העברת ציוני תרגילים.

February 03 חגית עטיה © מטרות הקורס  הבנה של עקרונות התכנון והשימוש במערכות הפעלה.  יסודות של ניתוח ביצועים של מערכות הפעלה.  הבנה של מערכת הפעלה אחת : Linux.  יסודות של תכנות מערכת הפעלה.  עקרונות של תכנון מערכות תוכנה גדולות.

February 03 חגית עטיה © מבנה הקורס  הרצאות : עקרונות בסיסיים מעט דוגמאות מ “ Unix ” ומערכות אחרות  תרגולים : קוד מערכת הפעלה Linux  תרגילי - בית : תכנות בעזרת קריאוֹת מערכת - הפעלה תכנות בתוך גרעין מערכת ההפעלה

February 03 חגית עטיה © מה נשתנה ? הקורס החדש ממזג את החלקים המרכזיים של הקורסים מבוא למערכות הפעלה מבנה מערכות הפעלה  ביטול כפילויות.  הגדלת מספר הנקודות. ☺  ויתור על נושאים מתקדמים. מערכות קבצים חדשניות. תכנות מקבילי ומבוזר. מערכות מבוזרות. הקורסים הקודמים לא יינתנו יותר !

February 03 חגית עטיה © מהי מערכת הפעלה ?  שכבת תוכנה לניהול והסתרת פרטים של חומרת המחשב.  מספקת למשתמש אבסטרקציה של מכונה וירטואלית פשוטה וחזקה ( זיכרון עצום, מעבד ייעודי חזק מאוד...)  מנהלת את משאבי המערכת ומשתפת אותם בין תהליכים, תוכניות, ומשתמשים.

February 03 חגית עטיה © תפקיד מערכת ההפעלה מאפשרת להריץ תוכניות  מבטיחה נכונות. גבולות זיכרון עדיפויות מצב יציב  מספקת נוחיות. הסתרת פרטים תיאום קריאות מערכת - הפעלה מערכת קבצים מערכת הפעלה אפליקציות CPU memory device

February 03 חגית עטיה © שיתוף משאבים משתמש רוצה את כל המשאבים : זמן מעבד זיכרון קבצים אמצעי קלט / פלט שעון מערכת ההפעלה נותנת לכל משתמש אשליה של מערכת שלמה משל עצמו.

February 03 חגית עטיה © התפתחות מערכות הפעלה  חומרה יקרה ואיטית, כוח - אדם זול Batch jobs, ניצול החומרה 24x7: IBM S/360  חומרה יקרה ומהירה, כוח - אדם זול Interactive time-sharing: Unix  חומרה זולה ואיטית, כוח - אדם יקר מחשב אישי לכל משתמש : MS-DOS

February 03 חגית עטיה © הווה ועתיד  חומרה זולה מאוד, כוח חישוב רב. ריבוי משימות : Windows NT, OS/2, שיתוף משאבים בסיסי : דיסקים, מדפסות,...  בחזרה לעבר...  רשתות מהירות. הרשת היא המחשב : Grid Computing

February 03 חגית עטיה © מבנה המחשב התנהגות מערכת ההפעלה מוכתבת ( חלקית ) על - ידי החומרה שעליה היא רצה סט פקודות, רכיבים מיוחדים החומרה יכולה לפשט / לסבך משימות מערכת ההפעלה PC ישנים לא סיפקו תמיכה לזיכרון וירטואלי

February 03 חגית עטיה © מנגנוני חומרה לתמיכה במערכת ההפעלה  שעון חומרה  פעולות סנכרון אטומיות  הגנת זיכרון  פעולות בקרת קלט / פלט  פסיקות  אופן עבודה מוּגן ( protected )  פעולות מוּגנות  קריאות מערכת - הפעלה

February 03 חגית עטיה © פקודות מוגנות  חלק מפקודות המכונה מותרות רק למערכת - ההפעלה גישה לרכיבי קלט / פלט ( דיסקים, כרטיסי תקשורת ). שינוי של מבני הנתונים לגישה לזיכרון ( טבלת דפים, TLB). עדכון של סיביות מוד ( מצב ) מיוחדות ( לקביעת עדיפות טיפול בפסיקות ). פקודת halt.

February 03 חגית עטיה © עבודה במצב מוגן  הארכיטקטורה תומכת בשני מצבים לפחות : kernel mode user mode ( במעבדי IA32 יש ארבעה מצבים...)  המצב נשמר באמצעות status bit ברגיסטר מוגן. תכניות משתמש רצות ב -user mode. מערכת ההפעלה רצה ב -kernel mode.  המעבד מבצע פקודות מוגנות רק ב - kernel mode.

February 03 חגית עטיה © 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

February 03 חגית עטיה © דוגמא : מעבדי Intel  אתחול : טבלת מזהי פסיקה ( Interrupt Descriptor Table ) עם מטפלים לכל אחד מסוגי הפסיקות. ווקטור 128 (= 0x80) מתאים ל -system calls. לקוד גרעין יש עדיפות 0, לקוד משתמש עדיפות 3.  כניסה ב IDT, המתאימה לווקטור 128, מכילה : מצביע לקטע קוד גרעין, ו -offset עבור הקריאה הזו. אישורים עבור קוד עם עדיפות 3 ליזום קריאה לפסיקה זו.  בביצוע system call, תהליך המשתמש : מציב ברגיסטר eax את מספר ה -system call המבוקש. מבצע פקודת “ int 0x80 ” ( פסיקה יזומה ע " י תוכנה ).

February 03 חגית עטיה © 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 פשוטה : base register, limit register לכל אחת מהתוכניות. מוגנים בעצמם.  זיכרון וירטואלי. Prog C Prog B Prog A Base register Limit register

February 03 חגית עטיה © יום בחיים של מערכת ההפעלה  מלבד אתחול המערכת, נכנסים לגרעין רק בגלל מאורע.  הגרעין מגדיר אופן טיפול בכל מאורע. חלק נקבע על ידי ארכיטקטורת המעבד. מנגנון כפי שראינו.  פסיקות ו - exceptions: פסיקות נגרמות על - ידי רכיבי חומרה ( שעונים, סיום ק / פ ) Exceptions מגיעות מהתוכנה ( פקודה מפורשת, page fault )

February 03 חגית עטיה © רכיבי מערכת ההפעלה זאת ועוד...  אתחול  גיבוי ...  דפדפן ?  תהליכים  זיכרון  קלט / פלט  זיכרון משני  מערכות קבצים  הגנה  ניהול חשבונות משתמשים  ממשק משתמש (shell)

February 03 חגית עטיה © תפירה של הרכיבים ניהול זיכרון קלט / פלט ניהול זיכרון משני מערכת קבצים הגנה ממשק משתמש שירותי מידע טיפול בשגיאות ניהול תהליכים ניהול חשבונות

February 03 חגית עטיה © תפירה של הרכיבים  Windows NT ( גרסה מופשטת )

February 03 חגית עטיה © ארגון מערכת ההפעלה תקשורת זולה בין מודולים  קשה להבין  קשה לשנות או להוסיף רכיבים מה האלטרנטיבה ? בראשית... מונוליתית תוכניות משתמש חומרה גרעין מערכת ההפעלה

February 03 חגית עטיה © ארגון מערכת ההפעלה היום... גרעין קטןבראשית... מונוליתית תוכניות משתמש חומרה גרעין מערכת ההפעלה Micro- kernel חומרה תוכניות משתמש System processes User mode file system scheduling networking הגנה ניהול המעבד זיכרון וירטואלי

February 03 חגית עטיה © ארגון מערכת ההפעלה היום... גרעין קטן  שכבה דקה מספקת שירותי גרעין אמינות גבוהה יותר קל להרחיב ולשנות  ביצועים גרועים ( מעבר בין user-mode לבין kernel- mode ) דוגמאות : Mach, OS X, ~Windows NT Micro- kernel חומרה תוכניות משתמש System processes User mode file system scheduling networking הגנה ניהול המעבד זיכרון וירטואלי