מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה © 1 מערכות הפעלה קורס מס '

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה © 2 מבוא  אדמיניסטרציה.  מהי מערכת הפעלה.  ארגון מערכות הפעלה.

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©3 אדמיניסטרטריוויה א  מרצה אסף שוסטר  מתרגל ראשילאוניד רסקין  אתר הקורס  מכיל הסילבוס ושקפים יפורסמו באתר הקורס מוקדם - ככל האפשר שקפי ההרצאות מאורגנים לפי נושאים – במידת האפשר

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©4 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

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©5 אדמיניסטרטריוויה ג  ציונים סופיים מבוססים על : תרגילי בית ( רטובים + יבשים ) 35% בחינה סופית 65% ייתכן שינוי ביחסי המשקל 5±.  ציון התרגילים תקף ולא מגן.  כל תנאי - הקדם יאכפו, ולא תהינה הנחות !

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©6 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.

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©7 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 וכמובן, גם תרגילים יבשים...

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©8 מהי מערכת הפעלה ?  שכבת תוכנה לניהול והסתרת פרטים של חומרת המחשב.  מספקת לאפליקציה אבסטרקציה של מכונה וירטואלית ייעוּדית וחזקה ( זיכרון עצום, מעבד ייעודי חזק מאוד...)  מנהלת את משאבי המערכת ומשתפת אותם בין תהליכים, תוכניות, ומשתמשים.

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©9 תפקיד מערכת ההפעלה מאפשרת להריץ אפליקציות  מבטיחה נכונות. גבולות זיכרון עדיפויות מצב יציב  מספקת נוחיות. הסתרת פרטים תיאום קריאות מערכת - הפעלה מערכת קבצים מערכת הפעלה אפליקציות CPU memory device

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©10 שיתוף משאבים אפליקציה רוצה את כל המשאבים : זמן מעבד זיכרון קבצים אמצעי קלט / פלט שעון מערכת ההפעלה נותנת לכל אפליקציה אשליה של מערכת שלמה משל עצמו.

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©11 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

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©12 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 הרשת היא אמצעי אחסון : SAN, Web storage

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©13 מבנה המחשב התנהגות מערכת ההפעלה מוכתבת ( חלקית ) על - ידי החומרה שעליה היא רצה סט פקודות, רכיבים מיוחדים החומרה יכולה לפשט / לסבך משימות מערכת ההפעלה מחשבים ישנים לא סיפקו תמיכה לזיכרון וירטואלי

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©14 מנגנוני חומרה לתמיכה במערכת ההפעלה  שעון חומרה  פעולות סנכרון אטומיות  פסיקות  קריאות מערכת - הפעלה  פעולות בקרת קלט / פלט  הגנת זיכרון  אופן עבודה מוּגן ( protected )  פעולות מוּגנות

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©15 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.

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©16 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.

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©17 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

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©18 דוגמא : Linux על 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 המטפל ב -system calls אישורים עבור קוד עם עדיפות 3 ליזום קריאה לפסיקה זו.  בביצוע system call, תהליך המשתמש : מציב ברגיסטר eax את מספר ה -system call המבוקש. מכין פרמטרים נוספים לפי השרות המבוקש מבצע פקודת “ int 0x80 ” ( פסיקה יזומה ע " י תוכנה ).

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©19 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

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©20 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 )

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©21 רכיבי מערכת ההפעלה זאת ועוד...  אתחול  גיבוי ...  דפדפן ?  תהליכים  זיכרון  קלט / פלט  זיכרון משני  מערכות קבצים  הגנה  ניהול חשבונות משתמשים  ממשק משתמש (shell)

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©22 תפירה של הרכיבים ניהול זיכרון קלט / פלט ניהול זיכרון משני מערכת קבצים הגנה ממשק משתמש שירותי מידע טיפול בשגיאות ניהול תהליכים ניהול חשבונות

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©23 תפירה של הרכיבים ב Windows NT גרסה פשוטה

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©24 ארגון מערכת ההפעלה תקשורת זולה בין מודולים  קשה להבין  קשה לשנות או להוסיף רכיבים מה האלטרנטיבה ? בראשית... מונוליתית תוכניות משתמש חומרה גרעין מערכת ההפעלה

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©25 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

מערכות הפעלה ( אביב 2004) חגית עטיה ©26 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