Survey
* Your assessment is very important for improving the workof artificial intelligence, which forms the content of this project
* Your assessment is very important for improving the workof artificial intelligence, which forms the content of this project
ساختمان سیستم عامل:فصل دوم Operating System Concepts – 8th Edition, Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 فصل دوم :ساختمان سیستم عامل سرویس های سیستم عامل واسط های کاربری سیستم عامل فراخوانی های سیستم ()System Calls انواع فراخوانی های سیستم برنامه های سیستم طراحی و پیاده سازی سیستم عامل ساختمان سیستم عامل ماشین های مجازی ()Virtual Machines Operating System Debugging Operating System Generation System Boot Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 2.2 Operating System Concepts – 8th Edition اهداف توصیف سرویس هایی که یک سیستم عامل برای کاربران ،پردازه ها و سیستم ها مهیا می کند توضیح ساختارهای متفاوت سیستم عامل ها تشریح نحوه نصب ( ،)installشخص ی سازی ( )customizationو چگونگی شروع کار ( )bootسیستم عامل Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 2.3 Operating System Concepts – 8th Edition سرویس های سیستم عامل برای کاربر واسط کاربری -تقریبا همه سیستم عاملها واسط کاربری دارند: به صورت خط فرمان )Command-Line (CLI Batch واسط کاربری گرافیکی )Graphics User Interface (GUI اجرای برنامه -سیستم باید برنامه را در حافظه بارگذاری کند ،اجرا نماید و اجرا را خاتمه دهد (در حالت عادی و غیر عادی) عملیات ورودی/خروجی -یک برنامه در حال اجرا ممکن است به ( I/Oخواندن فایل یا دستگاه ) نیاز داشته باشد تغییرات در سیستم فایل خواندن و نوشتن فایل یا پوشه ،ایجاد ،حذف ،جستجو و گرفتن لیست و در نهایت مدیریت اجازه ها Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 2.4 Operating System Concepts – 8th Edition یک دید ازسرویس های سیستم عامل Operating System Concepts – 8th Edition 2.5 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 سرویس های سیستم عامل برای کاربر (ادامه) ارتباطات ( -)Communicationsپردازه ها نیاز به تبادل اطالعات دارند (بر روی یک کامپیوتر یا مابین چند کامپیوتر بر روی یک شبکه) ارتباطات ممکن است توسط حافظه مشترک ( )shared memoryیا با ردوبدل پیغام ( message )passingکه با ارسال بسته ها ( )packetsبر روی شبکه (توسط سیستم عامل) صورت می گیرد تشخیص خطاها ( -)Error detectionسیستم عامل باید از خطاهای ممکن در سیستم آگاهی داشته باشد ممکن است در ،CPUسخت افزار حافظه ،دستگاههای I/Oو یا برنامه کاربر رخ دهند. برای هر نوع از خطاها OS ،باید فعالیت مناسب را انجام دهد تا یک پردازش درست و سازگار ( correct )and consistent computingداشته باشیم Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 2.6 Operating System Concepts – 8th Edition سرویس های سیستم عامل برای سیستم (ادامه) مجموعه ای از سرویس ها در سیستم عامل برای استفاده بهینه از منابع مورد استفاده قرار می گیرند تخصیص منابع ( - )Resource Allocationزمانی که چندین کاربرو کاردرحال اجرای همروند هستند ،منابع به هریک ازآنها باید تخصیص داده شود آمارگیری ( -)Accountingمدیریت روند و میزان استفاده کاربران از سیستم و منابع موجود در آن حفاظت و امنیت ()Protection and Security حفاظت ( :)Protectionبیمه می کند که تمامی دسترس یها به سیستم تحت کنترل باشد امنیت ( :)Securityسیستم در مقابل عوامل خارجی نیازمند تشخیص هویت ( )Authenticationکاربران می باشد و حتی باید در مقابل دسترس ی های غیرمعتبراز طریق دستگاه های خارجی I/Oنیزاز سیستم دفاع نماید Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 2.7 Operating System Concepts – 8th Edition واسط کاربر و سیستم عامل واسط های خط فرمان ،Command Line Interface (CLI) ،یا مفسر فرمان ( )Command Interpreterاجازه می دهد به طور مستقیم فرمان ها به سیستم داده شود در برخی سیستمها در هسته سیستم عامل پیاده میشود ،در برخی زمانها به عنوان یک برنامه سیستم در بعض ی سیستم عامل ها برای سالیق مختلف موارد مختلف پیاده می شود – پوسته ()Shells هدف :گرفتن دستور کاربر و اجرای آن .به دو صورت معموال پیاده سازی می شود: دستورات به صورت built-inدرون برنامه مفسر فرمان جای گرفته اند دستورات به نام یک فایل اشاره می کنند Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 2.8 Operating System Concepts – 8th Edition Bourne Shell Command Interpreter Operating System Concepts – 8th Edition 2.9 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 واسط کاربر و سیستم عامل User-friendly desktop ( میز کاری واسط کاربری کاربر پسند: )GUI( واسط کاربری گرافیکی )interface mouse, keyboard, and monitor . را نشان می دهند... وactions ،programs ،files هاIcons .)به وجود آمد1970( Xerox PARC برای اولین بار در سیستم . را شامل می شوندGUI وCLI تعداد زیادی از سیستم های امروزی هر دو واسط Microsoft Windows is GUI with CLI “command” shell Mac OS X as “Aqua” GUI interface with UNIX kernel underneath and shells available Apple Solaris Operating System Concepts – 8th Edition is CLI with optional GUI interfaces (Java Desktop, KDE) 2.10 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 The Mac OS X GUI Operating System Concepts – 8th Edition 2.11 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 )System Calls( فراخوانی های سیستم واسط برنامه نویس ی که امکان فراخوانی سرویس های سیستم عامل در برنامه ها را فراهم می آورد . مهیا می گردندC++ یاC ) مانندhigh-level language( معموال برای یک زبان سطح باال ) سطح باال به نامApplication Program Interface( در بیشتر مواقع برنامه ها از طریق یک واسط برنامه نویس ی . استفاده می کنندSystem call به جای استفاده مستقیم ازAPI APIs are Win32 API for Windows POSIX API for POSIX-based systems (including virtually all versions of UNIX, Linux, and Mac OS X) Java API for the Java virtual machine (JVM) Operating System Concepts – 8th Edition 2.12 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 System Calls مثال ها برای کپی محتوای یک فایل به یک فایل دیگرSystem call روند فراخوانی Operating System Concepts – 8th Edition 2.13 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Example of Standard API ReadFile() Win32 API — a function for reading from a file A description of the parameters passed to ReadFile() HANDLE file—the file to be read LPVOID buffer—a buffer where the data will be read into and written from DWORD bytesToRead—the number of bytes to be read into the buffer LPDWORD bytesRead—the number of bytes read during the last read LPOVERLAPPED ovl—indicates if overlapped I/O is being used Operating System Concepts – 8th Edition 2.14 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 System Call Implementation معموال به هر system callیک عدد نسبت داده می شود واسط system callشامل یک جدول می شود که بر اساس این عدد شاخص گذاری شده است. فواید استفاده از APIبجای استفاده از :system call برنامه نویس هیچ نیازی به دانستن جزییات استفاده از system callندارد قابلیت حمل برنامه :نویسنده برنامه با استفاده از APIها ،هر جایی که از بر پایه همان APIبنا شده باشد ،می تواند برنامه خود را کامپایل و اجرا کند Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 2.15 Operating System Concepts – 8th Edition API – System Call – OS Relationship Operating System Concepts – 8th Edition 2.16 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Standard C Library Example C program invoking printf() library call, which calls write() system call Operating System Concepts – 8th Edition 2.17 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 System Call Parameter Passing معموال عالوه بر نام system callاطالعات بیشتری برای اجرای آن مورد نیاز است .نوع پارامتر ها و تعداد آن برای system callهای مختلف و سیستم عامل های مختلف ،متفاوت است سه راه عمده برای فرستادن پارامتر ها به system callوجود دارد: ساده ترین :پارامتر ها را درون ثبات ها قرار داده شود ممکن است بیش از تعداد ثبات ها پارمتر وجود داشته باشد!!! پارامتر ها در یک بالک یا جدول در جافظه نگه داری شوند و آدرس آنها درون ثبات ها قرار داده شود این روش در Linuxو Solarisاستفاده می شود پارامتر ها در یک پشته قرار بگیرند و system callآنها را از پشته بازیابی ( )popکند روش بالک و پشته نسبت به تعداد و طول پارامترهایی که قرار است فرستاده شوند حساس نیستند Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 2.18 Operating System Concepts – 8th Edition Parameter Passing via Table Operating System Concepts – 8th Edition 2.19 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 System Calls انواع )Process control( کنترل فرآیند )File management( مدیریت فایل )Device management( مدیریت وسیله )Information maintenance( نگهداری و تغییراطالعات )Communications( ارتباطات )Protection( محافظت Operating System Concepts – 8th Edition 2.20 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Examples of Windows and Unix System Calls Operating System Concepts – 8th Edition 2.21 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 MS-DOS execution (a) At system startup (b) running a program Operating System Concepts – 8th Edition 2.22 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 FreeBSD Running Multiple Programs Operating System Concepts – 8th Edition 2.23 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 )System Programs( برنامه های سیستم این برنامه ها را می توان به دسته. برنامه های سیستم یک محیط راحت را برای توسعه و اجرا فراهم می کنند های زیر تقسیم بندی کرد File manipulation Status information File modification Programming language support Program loading and execution Communications Application programs هایsystem call بوسیله برنامه های سیستمی فراهم می شود نه، بیشترین نگاه کاربر به سیستم عامل واقعی Operating System Concepts – 8th Edition 2.24 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 )System Programs( برنامه های سیستم File management - Create, delete, copy, rename, print, dump, list, and generally manipulate files and directories Status information Some ask the system for info - date, time, amount of available memory, disk space, number of users Others provide detailed performance, logging, and debugging information Typically, these programs format and print the output to the terminal or other output devices Some systems implement a registry - used to store and retrieve configuration information Operating System Concepts – 8th Edition 2.25 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 )System Programs( برنامه های سیستم File modification Text editors to create and modify files Special commands to search contents of files or perform transformations of the text Programming-language support - Compilers, assemblers, debuggers and interpreters sometimes provided Program loading and execution- Absolute loaders, relocatable loaders, linkage editors, and overlay-loaders, debugging systems for higher-level and machine language Communications - Provide the mechanism for creating virtual connections among processes, users, and computer systems Allow users to send messages to one another’s screens, browse web pages, send electronic-mail messages, log in remotely, transfer files from one machine to another Operating System Concepts – 8th Edition 2.26 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 طراحی و پیاده سازی سیستم عامل Design and Implementation of OS not “solvable”, but some approaches have proven successful Internal structure of different Operating Systems can vary widely Start by defining goals and specifications Affected by choice of hardware, type of system User goals and System goals User goals – operating system should be convenient to use, easy to learn, reliable, safe, and fast System goals – operating system should be easy to design, implement, and maintain, as well as flexible, reliable, error-free, and efficient Operating System Concepts – 8th Edition 2.27 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 طراحی و پیاده سازی سیستم عامل Important principle to separate Policy: What will be done? Mechanism: How to do it? Mechanisms determine how to do something, policies decide what will be done The separation of policy from mechanism is a very important principle, it allows maximum flexibility if policy decisions are to be changed later Operating System Concepts – 8th Edition 2.28 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 ساختمان ساده MS-DOS – written to provide the most functionality in the least space Not divided into modules Although MS-DOS has some structure, its interfaces and levels of functionality are not well separated Operating System Concepts – 8th Edition 2.29 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 MS-DOS )Layer Structure( ساختمان الیه ای Operating System Concepts – 8th Edition 2.30 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 UNIX UNIX – limited by hardware functionality, the original UNIX operating system had limited structuring. The UNIX OS consists of two separable parts Systems programs The kernel Consists of everything below the system-call interface and above the physical hardware Provides the file system, CPU scheduling, memory management, and other operating-system functions; a large number of functions for one level Operating System Concepts – 8th Edition 2.31 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Traditional UNIX System Structure Operating System Concepts – 8th Edition 2.32 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 رویکرد الیه ای ()Layered Approach سیستم عامل به تعدادی الیه ( )layerیا سطح ( )levelتقسیم بندی می شود .هر الیه بر روی الیه پایین تر ساخته می شود .پایین ترین الیه (الیه )0سخت افزار است و باالترین الیه (الیه )Nواسط کاربر است. با توجه به پیاده سازی مبتنی بر پیمانه ها ( ،)modularityهر الیه از توابع یا عملیات و سرویس های الیه های پایین تر استفاده می کند. Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 2.33 Operating System Concepts – 8th Edition Layered Operating System Operating System Concepts – 8th Edition 2.34 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Microkernel System Structure Moves as much from the kernel into “user” space Communication takes place between user modules using message passing Benefits: Easier to extend a microkernel Easier to port the operating system to new architectures More reliable (less code is running in kernel mode) More secure Detriments: Performance overhead of user space to kernel space communication Operating System Concepts – 8th Edition 2.35 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Mac OS X Structure Operating System Concepts – 8th Edition 2.36 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Modules Most modern operating systems implement kernel modules Uses object-oriented approach Each core component is separate Each talks to the others over known interfaces Each is loadable as needed within the kernel Overall, similar to layers but with more flexible Operating System Concepts – 8th Edition 2.37 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Solaris Modular Approach Operating System Concepts – 8th Edition 2.38 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 Operating System Generation Operating systems are designed to run on any of a class of machines; the system must be configured for each specific computer site SYSGEN program obtains information concerning the specific configuration of the hardware system Booting – starting a computer by loading the kernel Bootstrap program – code stored in ROM that is able to locate the kernel, load it into memory, and start its execution Operating System Concepts – 8th Edition 2.39 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 System Boot Operating system must be made available to hardware so hardware can start it Small piece of code – bootstrap loader, locates the kernel, loads it into memory, and starts it Sometimes two-step process where boot block at fixed location loads bootstrap loader When power initialized on system, execution starts at a fixed memory location Firmware Operating System Concepts – 8th Edition used to hold initial boot code 2.40 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009 پایان فصل دوم Operating System Concepts – 8th Edition, Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009