بنية نظام التشغيل
Download
Report
Transcript بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
بنية نظام التشغيل
• مكونات نظام التشغيل
• خدمات نظام التشغيل
• استدعاءات النظامSystem Calls
• برامج النظام
• بنية النظام
• اآللة االفتراضيةVirtual Machines
• تصميم وتحقيق النظام
• توليد النظامSystem Generation
2002-2003
3.1
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
مكونات نظام التشغيل
• إدارة اإلجراءات Process Management
• إدارة الذاكرة الرئيسيةMain Memory Management
• إدارة الخزن الثانويSecondary-Storage Management
• إدارة الدخل/الخرجI/O System Management
• إدارة الملفاتFile Management
• التشبيكNetworking
• نظام الحمايةProtection System
• نظام مفسِّر األوامرCommand-Interpreter System
2002-2003
3.2
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
مكونات نظام التشغيل
المستثمرون
تطبيقات إضافية
برامج
النظام
مفسر
األوامر
برامج
وأدوات
محمالت برامج
محررات نصوص
مترجمات
مكتبات النظام
استدعاءات النظام
إدارة الملفات
النواة
إدارة
اإلجراءات
إدارة
الذاكرة
التشبيك
إدارة الخزن الثانوي
إدارة الدخل/الخرج
العتاد :وحدة المعالجة ،الذاكرة ،متحكمات الدخل الخرج
2002-2003
3.3
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
إدارة اإلجراءات
Process Management
• مفهوم اإلجراء
– هو برنامج قيد التنفيذ وهو وحدة العمل في النظام التشغيل
– يحتاج لتنفيذه مجموعة من الموارد :وحدة المعالجة ،ذاكرة رئيسية ،تجهيزات دخل /خرج،
...
ذاكرة حرة
ذاكرة حرة
إجراء
مفسر األوامر
النواة
مفسر األوامر
تنفيذ إجراء فيMS-DOS
2002-2003
ذاكرة حرة
Cإجراء
المفسر
النواة
3.4
Dإجراء
Bإجراء
النواة
تنفيذ إجراء فيUnix
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
إدارة اإلجراءات
Process Management
• مسؤولية نظام التشغيل:
–
–
–
–
–
إنشاء وحذف اإلجراءات
تعليق ،واستئناف اإلجراءات (تبديل السياق)
توفير آليات تزامن اإلجراءات
توفير آليات االتصال بين اإلجراءات
توفير الحماية وآليات كشف ومعالجة المشاكل (اإلقفال المتبادل...)،
2002-2003
3.5
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
إدارة الذاكرة الرئيسية
Main Memory Management
• الذاكرة الرئيسية هي وحدة التخزين الكبيرة الوحيدة التي تستطيع وحدة المعالجة
عنونتها والنفاذ إليها بشكل مباشر.
• تحسين األداء
وجود عدة برامج في الذاكرة
مخططات إدارة الذاكرة
• مسؤولية نظام التشغيل
– متابعة استخدام الذاكرة لمعرفة أية أجزاء مستخدمة ومن يستخدمها
– تحديد اإلجراء الذي يجب تحميله إلى الذاكرة عند توفر مساحة
– تحصيص وإلغاء تحصيص الذاكرة حسب الحاجة
2002-2003
3.6
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
إدارة الخزن الثانوي
Secondary-Storage Management
• أهمية الخزن الثانوي
– خزن ثابت
– سعة تخزين كبيرة
• مسؤولية نظام التشغيل
– إدارة المساحات الحرة
– تحصيص مناطق الخزن
– جدولة العمليات على القرص
2002-2003
3.7
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
إدارة الدخل/الخرج
I/O System Management
• مسؤولية نظام التشغيل
– توفير سواقات خاصة بالتجهيزات العتادية.
– إخفاء خصوصية أجهزة الدخل/الخرج بتوفير واجهات تخاطب عامة لسوَّ اقاتها .
– إدارة الذاكرة المستخدمة في عمليات الدخل/الخرج (الصِ وان ، Bufferالخابية، Cache
اإلنظارSpool).
2002-2003
3.8
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
إدارة الملفات
File Management
• مفهوم الملف:
– شكل منطقي موحد لخزن المعلومات مستقل عن نوع جهاز الخزن المستخدم.
– هو كتلة من المعلومات المترابطة والمعرفة من ِق َبل منشئ الملف .
– يمكن أن يحتوي على سلسلة من الخانات ،أو الثمانيات ،أو األسطر ،أو التسجيالت.
• مسؤولية نظام التشغيل
– إنشاء ومحو الملفات ،والمجلدات
– توفير اإلجرائيات األولية للتعامل مع الملفات والمجلدات (قراءة ،كتابة ،نقل ،حذف...)،
– توفير مخطط إسناد الملفات والمجلدات على تجهيزات الخزن الثانوي (إدارة نظام
الملفات)
2002-2003
3.9
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
التشبيك
Networking
• نظام التشغيل الشبكي:
– يدعم البرتوكوالت والخدمات الشبكية
– يوفر مجموعة من األدوات الستثمار موارد الشبكة
َّ
الموزع :
• النظام
– مجموعة من الحواسيب تتصل مع بعضها عن طريق شبكة اتصال ،وتعمل عليها مجموعة
من األنظمة تشكل مجموعها نظاما ً واحداً متكامالً يسمح بالنفاذ إلى الموارد واستخدامها.
– الهدف :زيادة سرعة المعالجة وزيادة الموثوقية.
• مسؤولية نظام التشغيل
– توفير إجرائيات إنشاء وإنهاء االتصاالت
– توفير إجرائيات ارسال واستقبال المعلومات عبر الشبكة
– ضمان أمن المعلومات والنظام من النفاذ غير المشروع عبر الشبكة
2002-2003
3.10
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
نظام الحماية
Protection System
• المقصود بنظام الحماية:
– مجموعة آليات التحكم في نفاذ البرامج أو اإلجراءات أو المستخدمين إلى موارد النظام.
• مسؤولية نظام التشغيل
– التمييز بين االستخدام المسموح به من االستخدام غير المسموح به
– تحديد القواعد المفروضة على استخدام الموارد
– توفير الوسائل لتطبيق القواعد السابقة
2002-2003
3.11
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
1 نظم تشغيل
سر األوامر
ِّ نظام مف
Command-Interpreter System
• مفسر األوامر هو واجهة التخاطب بين المستخدم ونظام التشغيل
:• الطريقة
: control-card interpreter– بطاقات تحكم
Command-line:– سطر األوامر
Command.com: DOS
bash, sh, ksh: Unix
Graphical Interface:– واجهة بيانية
Explorer: MS Windows
CDE: AIX, Solaris
Gnome, KDE: Linux Redhat
بنية نظام التشغيل: الفصل الثالث
3.12
2002-2003
نظم تشغيل 1
خدمات نظام التشغيل
يوفر نظام التشغيل بيئة عمل لتنفيذ البرامج ويقدم الوسائل واألدوات الالزمة لـ :
–
–
–
–
–
–
–
–
تحميل وتشغيل البرامج
إجراء عمليات الدخل/الخرج
التعامل مع نظام الملفات (إنشاء ،حذف ،قراءة ،تعديل الملفات...) ،
االتصال بين اإلجراءات (المحلية أو البعيدة)
اكتشاف األخطاء ومنع انتشارها ،وإصالحها (أخطاء التجهيزات ،أو البرامج)
تحصيص الموارد لإلجراءات والمستخدمين
ضمان حماية الموارد الخاصة بالمستخدمين
إجراء عمليات المحاسبة لتحديد ما هي الموارد التي يستخدمها كل إجراء أو مستخدم
وكمية االستخدام (بغرض إصدار فواتير أو إحصاءات).
2002-2003
3.13
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
استدعاءات النظام
System Calls
• واجهة تخاطب بين اإلجراء ونظام التشغيل
• يمكن طلب استدعاء النظام بواسطة تعليمة بلغة المجمِّع أو بلغة عالية المستوى
• مثال نسخ ملف
–
–
–
–
–
قراءة اسم الملف األول ثم قراءة اسم الملف الثاني
فتح الملف األول للقراءة وفتح الملف الثاني للكتابة(مع معالجة األخطاء)
قراءة محتويات الملف األول وكتابتها إلى الثاني
إغالق الملفين
إنهاء البرنامج
2002-2003
3.14
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
استدعاءات النظام
System Calls
• نقل الموسطات ) (Parametersباستخدام
– السجالت،
– المكدس، Stack
– كتلة في الذاكرة مع تمرير عنوانها عبر سجل أو عبر المكدس.
العنوانX:
معامالت
لالستدعاء
تحميل العنوانX
استدعاء النظام 13
برنامج المستثمر
2002-2003
3.15
X
سجل
استخدم المعامالت
من الجدولX
ترميز استدعاء النظام 13
نظام التشغيل
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
1 نظم تشغيل
استدعاءات النظام
System Calls
• Process control
–
–
–
–
–
–
End, abort
Load, execute
Create process, terminate process
Get process attributes, set process attributes
Wait for a time
Wait event, signal event
• File manipulation
–
–
–
–
Create file, delete file
Open, close
Read, write, reposition
Get file attributes, set file attributes
بنية نظام التشغيل: الفصل الثالث
3.16
2002-2003
1 نظم تشغيل
استدعاءات النظام
System Calls
• Device manipulation
–
–
–
–
Request device, release device
Read, write, reposition
Get device attributes, set device attributes
Logically attach or detach device
• Information maintenance
–
–
–
–
Get time or date, set time or date
Get system data, set system data
Get process, file, or device attributes
set process, file, or device attributes
بنية نظام التشغيل: الفصل الثالث
3.17
2002-2003
1 نظم تشغيل
استدعاءات النظام
System Calls
• Communications
–
–
–
–
Create, delete communication connection
Send, receive messages
Transfer status information
Attach or detach remote device
بنية نظام التشغيل: الفصل الثالث
Cإجراء
Cإجراء
Bإجراء
Bإجراء
النواة
النواة
تمرير رسائل
ذاكرة مشتركة
3.18
2002-2003
نظم تشغيل 1
برامج النظام
• مفسر األوامر:
– أوامر داخلية
– أوامر خارجية (برامج)
• البرامج
–
–
–
–
–
–
معالجة الملفات :إنشاء ،محو ،نسخ ،إعادة تسمية ،فهرسة.
معلومات الحالة :التاريخ ،الوقت ،الذاكرة الحرة ،عدد المستثمرين...،
تعديل الملفات :محررات نصوص ،برامج رسم...،
دعم لغات برمجة :المترجمات والمجمّعات والمفسرات .كانت تقدم عادة هذه البرمجيات
مع نظام التشغيل ،أما حاليا ً فهي تباع مستقلة.
تحميل البرامج وتنفيذها :محمالت) ، (loadersومحرّ رات ترابط)، (linkage loaders
محررات خاصة بلغات البرمجة )(C, Pascal, Basic
االتصاالت :التراسل ونقل الملفات من آلة إلى أخرى والولوج عن بعد)(remote login
2002-2003
3.19
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
برامج النظام
• برامج مفيدة :مستعرضات الشبكة ،معالجات الكلمات ،عارضات الشرائح،
نظم قواعد البيانات ،حزم التحليل اإلحصائي ،األلعاب .تسمى هذه البرامج
نافعات النظام ) (system utilitiesأو برامج تطبيقية.
2002-2003
3.20
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
بنية النظام
• بنية بسيطة
– مثال :1نظام MSDOS:غير مقسم وظيفيا ً على نحو جيد
برامج تطبيقية
برامج نظام قاطنة
MS-DOSسواقات تجهيزات
ROM BIOSسواقات تجهيزات
بنية نظامMS-DOS
2002-2003
3.21
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
بنية النظام
– مثال : 2نظام Unix:مقسم إلى عدد قيل من الطبقات
المستثمرون
برامج النظام ،مفسرات األوامر،
مكتبات النظام الخاصة بالمترجمات ومفسرات األوامر
واجهة تخاطب استدعاءات النظام للنواة
جدولةCPU
نظام الملفات
استبدال الصفحة
نظام تبديل كتل الدخل/الخرج
نقل صفحة عند الطلب
سواقات األقراص واألشرطة
االفتراضية الذاكرة
معالج إشارات الطرفيات
نظام محارف الدخل/الخرج
سواقات الطرفيات
واجهة تخاطب النواة مع العتاد
العتاد :متحكمات الدخل/الخرج
2002-2003
3.22
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
بنية النظام
• بنية طبقية
–
–
–
–
–
–
تقسيم نظام التشغيل إلى طبقات ،كل طبقة مبنية فوق الطبقة األدنى منها
الطبقة الدنيا هي العتاد ،والعليا هي واجهة التخاطب مع المستثمر
مثال ،Venus ،: THEالنسخة األولى منWindows NT
حسنات :بنية منهجية منتظمة ،سهولة التطوير ،سهولة متابعة األخطاء
سيئات :صعوبة التقسيم الوظيفي إلى طبقات ،فعالية أقل (تمرير المعامالت عبر الطبقات)
حاليا :التقليل من عدد الطبقات ،وزيادة وظائف الطبقة الواحدة.
الطبقةM
عمليات جديدة
عمليات مخفية
M-1الطبقة
بناء طبقة برمجية
فوق طبقة أدنى منها
عمليات موجودة
2002-2003
3.23
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
اآلالت االفتراضية
Virtual Machines
• نظام تشغيل يسمح بالحصول على واجهة تماثل العتاد السفلي
– العتاد والنواة هما العتاد االفتراضي لآللة االفتراضية
– يعطي اإليحاء بوجود عدة معالجات تعمل في وقت واحد
– يمكن تحقيق عدة آالت افتراضية في آن واحد فوق عتاد واحد.
إجراءات
نواة
العتاد الصلب
آلة عادية
2002-2003
3.24
إجراءات
إجراءات
نواة
نواة
إجراءات
نواة
آلة افتراضية
آلة افتراضية
العتاد الصلب
العتاد الصلب
آلة افتراضية
إجراءات
نواة
آلة افتراضية
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
اآلالت االفتراضية
Virtual Machines
• إيجابيات
– حماية كاملة لموارد النظام
كل آلة معزولة تماما ً عن اآلالت األخرى
نواة اآللة االفتراضية تتحكم كليا ً بالوصول إلى الموارد
– تمثل منصة عمل جيدة من أجل تطوير األنظمة
– يمكن تحقيق عتاد بمواصفات بحسب الحاجة
• سلبيات
– صعوبة التحقيق (محاكاة نمطي المستخدم والمراقب...) ،
– فعالية أقل من اآللة العادية (محاكاة لتعليمات اآللة)
• أمثلة:
– آلة جافا االفتراضيةJava Virtual Machine
– محاكاة معالج Intelعلى حواسيب ، DECو ،SUNوMacintosh
2002-2003
3.25
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
تحقيق النظام
• كتابة النظام بلغة المجمِّع
– نظام صغير الحجم
– سرعة تنفيذ عالية
• كتابة النظام بلغة عالية المستوى (لغة Cكما في ، Unixو)NT
–
–
–
–
–
نظام كبير الحجم
سرعة تنفيذ أقل
سهل التطوير
سهل الفهم والتصحيح
يمكن نقله إلى آالت جديدة بسهولة أكبر
• يمكن كتابة األجزاء الحساسة فقط بلغة المجمِّع والباقي بلغة عالية المستوى
2002-2003
3.26
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل
نظم تشغيل 1
توليد النظام
• يصمم كل نظام تشغيل ليعمل فوق صنف معين من اآلالت
– البنية العامة متماثلة (متوافقة)
– اختالف في بعض األجزاء العتادية
• لتنصيب نظام تشغيل على آلة معينة يجري تحديد جميع أجزاء العتاد الموجود،
ثم يجري توليد نظام تشغيل متوافق مع العتاد وفق أحد الطرق التالية:
– أما بإعادة إعداد برامج المصدر للنواة بحسب العتاد الموجود وإعادة ترجمة هذه البرامج.
– أو تجهيز سواقات وبرمجيات خاصة بكل أنواع العتاد مسبقا ً وانتقاء ما هو متوافق منها
مع العتاد الموجود فعليا ً.
– أو استخدام نظام تشغيل مقاد بالجداول (يجري تحديد نوع العتاد وتحميل السوَّ اقات
الخاصة به عند التنفيذ).
2002-2003
3.27
الفصل الثالث :بنية نظام التشغيل