مفاهیم و اصول طراحی سیستمهای عامل
اسلاید 1: مفاهیم و اصول طراحی سیستمهای عاملخلاصه فصل اول
اسلاید 2: مقدمه سیستم عامل برنامه ای است که: سخت افزار کامپیوتر را مدیریت میکند.واسط بین کاربرو سخت افزار کامپیوتر محسوب می شود. بعضی سیستم عامل ها آسایش را فراهم می کنندبعضی دیگر فراهم شدند تا کارایی را افزایش دهند.
اسلاید 3: سیستم عامل چیست؟هر سیستم کامپیوتری به 4 قسمت تقسیم می گردد:سخت افزار : مانند CPU، حافظه، دستگاه های I/O و ...سیستم عامل :بکارگیری سخت افزار را بین برنامه های مختلف کاربران ، کنترل وتنظیم می کند.سیستم عامل مانند دولت ، خودش کار خاصی انجام نمی دهدبلکه محیط را برای بهتر اجرا شدن برنامه های دیگر فراهم می کند.برنامه های کاربردی: مانند کامپایلرها، سیستمهای بانک اطلاعاتی، بازیها و برنامه های تجاریکاربران
اسلاید 4: از دیدگاه کاربر دیدگاه کاربر بر حسب واسط ها فرق میکنداغلب کاربران از PC استفاده میکننددر PC سیستم عامل برای سهولت استفاده می شوداما به بهروری منابع پرداخته نمیشود.دستگاههای خانگی و اتومبیلهاصفحه کلید عددی دارند که خاموش یا روشن بودن آنها وضعیت آنها را نشان میدهد.
اسلاید 5: از دیدگاه سیستمبرنامه ای وابسته به سخت افزار است و تخصیص منابع را انجام می دهدبرای حل مسائل، از منابع سخت افزاری و نرم افزاری استفاده می کند از قبیل :زمان CPU ،فضای حافظه ،فضای ذخیره سازی فایل ،دستگاههای I/O و ... سیستم عامل مدیر این منابع استآنها را در اختیار برنامه های کاربردی قرار می دهد تا نیاز های خودشان را برطرف کنند و عملکرد سیستم بهینه باشد.برنامه های کاربران را کنترل کرده تا از کامپیوتر به درستی استفاده کنند. هدف اصلی: اجرای برنامه های کاربران و حل آسانتر مسئله های کاربران استفاده از سخت افزار محض آسان نیست برنامه های کاربردی ای بوجود آمدند که عملیات مشترک کنترل وتخصیص منابع سایر برنامه ها را ، بصورت نرم افزار جداگانه ای به نام سیستم عامل انجام دهند.
اسلاید 6: اهداف سیستم اولین هدف: فراهم کردن محیط آسان برای کاربر میباشد.این هدف برای کامپیوترهای کوچک کاربردی تر است. دومین هدف: بهره برداری بهینه از سخت افزار استبرای سیستمهای کامپیوتری بزرگ و چند کاربره مورد نظر است. این دو هدف کمی با هم تضاد دارند.در گذشته کارایی مهمتر از سهولت بوده است.پیشرفت تکنولوژی موجب کارایی توام با سهولت گردید.طراحان سیستم عامل با برقراری توازن بین طراحی و پیاده سازی مواجه اندموفقیت سیستم عامل به برآورده کردن نیازهای کاربران بستگی دارد. سیستم های عامل و پیشرفت های سخت افزاری بریکدیگر موثراند.
اسلاید 7: سیستم های بزرگ سیستم های کامپیوتری بزرگ،اولین کامپیوتر هایی بودند که در بسیاری از امور اقتصادی بکار گرفته شدند.در این جلسه رشد سیستمهای بزرگ را از سیستم های دسته ای تا سیستم های اشتراک زمانی بررسی میکنیم.
اسلاید 8: انواع سیستم های بزرگ سیستمهای دسته ای سیستمهای چند برنامه ای سیستمهای اشتراک زمانی سیستمهای رومیزی سیستمهای چند پردازنده سیستمهای توزیعی - سیستمهای مشتری_کارگزار - سیستمهای نظیر به نظیر سیستمهای خوشه ای سیستمهای بی درنگ سیستمهای دستی
اسلاید 9: سیستم های دسته ای یا Batch کامپیوتر های اولیه از نظر فیزیکی بزرگ بودنداز طریق کنسول کار میکردند.دستگاه های ورودی: کارت خوان و گرداننده های نوار بودنددستگاه های خروجی: چاپگر خطی، گرداننده های نوار ودستگاه منگنه کارتکاربران این سیستم ها مستقیما با سیستمهای کامپیوتری تعامل نداشتند.کاری که شامل برنامه، داده ها و اطلاعات کنترلی روی کارت های منگنه شده بود به اپراتور کامپیوتر تحویل داده می شد. مدتی بعد از تحویل کار ،خروجی تولید می شد.خروجی، نتیجه اجرای برنامه بودچنانچه برنامه با خطا مواجه می شد،محتویات حافظه و ثباتها چاپ می شد. سیستم عامل اینگونه کامپیوترها بسیار ساده بودکار اصلی آن،انتقال کنترل از یک کار به کار دیگر بود.سیستم عامل همیشه در حافظه قرار داشت.نکته: یکی از خصوصیات سیستم دسته ای این است که کاربر با کاری که در حال اجرا بود،تعاملی نداشت.زمانی که کار تحویل سیستم می شد تا زمان تولید خروجی ، به میزان محاسبات یا تاخیر در شروع کار توسط سیستم عامل بستگی داشت.
اسلاید 10: سیستم های چند برنامه ای یا Multi Programmingمهم ترین مزیت زمان بندی کار ، توانایی چندبرنامه ای است.چندبرنامه ای، بهره وری پردازنده را افزایش می دهد به طوری که پردازنده در هر لحظه کاری برای اجرا دارد. سیستم عامل:چندین کار را به طور همزمان در حافظه نگاه می دارد.زیر مجموعه ای از کارهایی که در مخزن کار نگه داری می شود.زیرا تعداد کارهایی که همزمان می توانند در حافظه نگاه داری می شوند خیلی کمتر از کارها در مخزن کار می باشد.یکی از کارها را انتخاب و در حافظه اجرا می کندسرانجام کار ممکن است منتظر وظیفه ای مانند یکی از عملیات I/O جهت کامل شدن بمانددر این نوع سیستم ها سیستم عامل به کار دیگری می رود و آن را اجرا می کند. در صورتی که لازم باشد آن کار نیز منتظر بماند ، پردازنده به کار دیگری بپردازد . چند برنامه ای اولین نمونه ای است کهدر آن سیستم عامل باید برای کاربران تصمیم بگیردتمام کارهایی که وارد سیستم می شود در مخزن کار نگه داری می شود .
اسلاید 11: سیستم اشتراک زمانی یا Time Sharing سیستم های چندبرنامه ای دسته ای محیطی را فراهم می کنند که منابع سیستم به طور کارامد مورد استفاده قرار می گیرندکاربران نمی توانستند با کامپیوتر تعامل داشته باشند.اشتراک زمانی توسعه ی منطقی چندبرنامه ای استCPU چندین کار را تبادل بین آنها اجرا می کنداین تبادل طوری است که هر کاربر فکر می کند که CPU فقط در اختیار اوست . سیستم های عامل اشتراک زمانی پیچیده تر از سیستم های عامل چند برنامه ای هستند.در هر دو چندین کار باید به طور همزمان در حافظه باشندسیستم باید مدیر حافظه و حفاظت داشته باشد.برای معقول بودن زمان پاسخ،کارها باید بین دیسک و حافظه تبادل شود. متداول ترین روش حافظه ی مجازی است.از امتیازات حافظه مجازی این است که اندازه برنامه از اندازه ی حافظه فیزیکی بیشتر باشد . سیستم اشتراک زمانی باید دارای سیستم فایل باشد اغلب سیستم های امروزی اشتراک زمانی اند. لذا ، چند برنامه ای و اشتراک زمانی،موضوع اصلی سیستم های عامل مدرن هستند.
اسلاید 12: سیستم های رومیزی در اثنای دهه ی اول ظهور کامپیوترهای شخصیPC فاقد امکان حفاظت سیستم عامل از برنامه کاربر بود.سیستم های عامل PC نه چند کاربره بودند و نه چند وظیفه ایاهداف این سیستم های عامل با گذشت زمان تغییر کرد.مایکروسافت ویندوز را جایگزین سیستم عامل MS-DOS کرد و IBM سیستم چندوظیفه ای OS/2 را جایگزین PC-DOS نمود . ابتدا حفاظت از فایل در کامپیوترهای شخصی موضوع مهمی نبود.اما امروزه این کامپیوترها به شبکه های محلی یا اینترنت وصل هستند.سایر کامپیوترها می توانند به فایل های موجود در PC دستیابی داشته باشندحفاظت از فایل موضوع مهمی در این سیستم های عامل است .
اسلاید 13: سیستم های چند پردازنده ای یا Multi Processing سیستم های چندپردازنده یا سیستمهای موازی یا سیستم های اتصال قویدارای چندین CPU هستند که ارتباط نزدیکی با هم دارندگذرگاه، ساعت، حافظه و دستگاه جانبی مشترک دارند سیستم های چندپردازنده ای 3 امتیاز عمده دارند : - توان عملیاتی بالا : با افزایش تعداد پردازنده ها،کار بیشتری در حداقل زمان انجام می شود.اگر تعداد پردازنده N باشد نسبت تسریع کمتر از N است. - صرفه جویی اقتصادی : زیرا می توانند از دستگاه ها ی جانبی ، حافظه ثانویه و نیروی برق مشترکی استفاده کنند.اگر چند برنامه از یک داده استفاده کنند ، جهت اشتراک آن داده را ذخیره می کنیم. - افزایش قابلیت اعتماد : اگر وظایف به خوبی بین چند پردازنده توزیع شود، خرابی یک پردازنده کل سیستم را از کار نمی اندازد،بلکه سرعت آن را کند می کند و پردازنده های باقی مانده باید کار آن پردازنده خراب را انجام دهند .
اسلاید 14: ادامه سیستم های چند پردازنده ای ... متداول ترین سیستم های چندپردازنده ای امروزی از مدل چندپردازشی متقارن (SMP) استفاده می کنندهر پردازنده از کپی یکسانی از سیستم عامل استفاده می کننداین کپی ها در صورت لزوم با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند .تمام پردازنده ها همتا و نظیر هم هستندرابطه ی رئیس/مرئوس بین آنها وجود ندارد. بعضی از سیستم ها از چندپردازشی نامتقارن استفاده می کنندهر پردازنده وظیفه ی مشخصی دارد.پردازنده ی اصلی، سیستم را کنترل کرده و بقیه پردازنده ها از آن دستور می گیرند یا وظیفه ی مشخصی دارند.این طرح، رابطه ی رئیس/مرئوس را تعریف می کند.
اسلاید 15: سیستم های توزیعی یا Distributed Systems شبکه یک مسیر ارتباطی بین دو یا چند سیستم است.سیستم های توزیعی برای انجام وظایف خود ، از شبکه بندی استفاده می کنند.این سیستم ها از طریق برقراری ارتباطات شبکه ای با هم تعامل دارند.بعضی از مسائلی که در این سیستم ها مورد بررسی قرار می گیرد:چگونگی پایان پذیرفتن یک تراکنشزمانبندی پردازندهامنیتهمزمان سازی ساعت و ...
اسلاید 16: سیستم های مشتری – کارگزار یا Client - Server با سریع، قدرتمند، و ارزانتر شدن PC ها، طراحان از معماری متمرکز سیستم فاصله گرفته اند.سیستم های متمرکز به صورت سیستم های کارگزار عمل می کنند تا به درخواست های سیستم های مشتری پاسخ دهند . سیستم های کارگزار را می توان به دو دسته تقسیم کرد : - سیستم های کارگزار محاسباتی: مشتریان از آن انجام فعالیتی را درخواست می کنند و این سیستم ها آن درخواست را اجابت کرده و نتیجه را برمی گردانند. - سیستم های کارگزار فایل : واسط سیستم فایلی را فراهم می کند تا مشتریان فایل هایی را در آن ایجاد، حذف یا نوسازی کنند و یا بخوانند .
اسلاید 17: سیستم های نظیر به نظیر یا Peer To Peerشبکه های کامپیوتری که در وب به کار گرفته می شوند ، متشکل از مجموعه ای از پردازنده ها هستند که ساعت مشترک ندارند.پردازنده ها از طریق خطوط ارتباطی مختلف ، مثل خطوط تلفن با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند به آن سیستم های اتصال ضعیف می گویند . سیستم عامل شبکه سیستم عاملی است که ویژگی هایی مثل اشتراک فایل را در سطح شبکه تدارک می بینددارای طرح ارتباطی جهت مبادله پیام بین فرآیندهای کامپیوترهای مختلف استاین کامپیوترها مستقل از سایر کامپیوترهای موجود در شبکه کار می کنند.
اسلاید 18: سیستم های خوشه ای یا Clusteringسیستم های خوشه ای ، از چند پردازنده برای انجام کارهای محاسباتی استفاده می کندتفاوت سیستم های خوشه ای و موازی:سیستم های خوشه ای از دو یا چند سیستم مجزا تشکیل شده اند که به هم متصلندکامپیوترهای خوشه ای حافظه ی ذخیره سازی مشترکی دارند و از طریق شبکه ی محلی به طور ضعیف با هم ارتباط دارند. خوشه بندی اجرا می شود تا قابلیت مهیا بودن افزایش یابدهر گره می تواند از طریق LAN بر یک یا چند گره ی دیگر نظارت کند . در خوشه بندی نا متقارن یک ماشین در حالت معوق است و بقیه در حال اجرای برنامه اند میزبان معوق کاری انجام نمی دهد ، بلکه کار گزار فعال را نظارت می کنداگر آن کارگزار با شکست مواجه شود میزبان معوق به عنوان کارگزار فعال محسوب می شود .
اسلاید 19: سیستم های بی درنگ یا Real timeوقتی استفاده می شود که برای عملکرد یک پردازنده یا جریان داده ها ، نیاز به زمان دقیقی باشد.سنسورها داده را به کامپیوتر منتقل می کنند.کامپیوترها داده ها را پردازش کرده و احتمالا کنترل هایی را تنظیم می کنند تا ورودی های سنسور را اصلاح کنند. نمونه ای از سیستم های بی درنگ عبارتند از:سیستم های تزریق سوخت موتور اتومبیل، کنترل کننده ی لوازم خانگی و سیستم های نظامی. دو نوع سیستم بی درنگ وجود دارد :سیستم بی درنگ سخت تضمین می کند که کارهای بحرانی به موقع انجام شود، برای رسیدن به این هدف باید تمام تاخیرهای موجود در سیستم از بین برود. در غیر این صورت کار از بین می رود.سیستم بی درنگ نرم که در آن ، اولویت کار بی درنگ از سایر کارها بیشتر است و تا اجرای کامل این اولویت را دارد و نوع محدودتری از سیستم بی درنگ است و در این نوع سیستم همانند سیستم بی درنگ سخت باید تاخیرهای سیستم حذف شود. در صورت پایان زمان، کار از بین نمی رود.
اسلاید 20: سیستم های دستی سیستم های دستی مانند تلفن های سلولی است که به شبکه ای مثل اینترنت وصل هستند. حافظه ی اغلب دستگاه های دستی بین 512 kB تا 8 MB است.در نتیجه سیستم عامل و برنامه ها باید حافظه را به خوبی مدیریت کنند.اغلب دستگاه های دستی از تکنیک حافظه ی مجازی استفاده نمی کنندلذا برنامه نویسان محدود به این حافظه اند .پردازنده های اغلب دستگاه های دستی، کند است.پردازنده های سریع تر، به منبع تغذیه قوی تری نیاز دارند.
اسلاید 21: محیط های محاسباتی محاسبات تعبیه شده: این سیستم ها که کامپیوترها بر روی آنها قرار دارند ، ساده اند و فاقد ویژگی های پیچیده ای مثل حافظه ی مجازی و دیسک هستند . لذا ، سیستم های عامل آنها نیز ویژگی های محدودی دارند.
اسلاید 22: مفاهیم و اصول طراحی سیستمهای عاملخلاصه فصل دوم
اسلاید 23: ساختار سیستمهای کامپیوتری سیستم عامل باید عملکرد درست سیستم کامپیوتری را تضمین کند.برنامه ها با عملیات سیستم تداخل نداشته باشد سخت افزار راهکارهای مناسبی برای رفتار درست تضمین کند.
اسلاید 24: عملکرد سیستم کامپیوتر سیستم کامپیوتری از CPU و کنترل کننده دستگاه تشکیل شده است از طریق گذر گاه متصل شده و دستیابی به حافظه را امکان پذیر می سازد. CPU و کنترل کننده های دستگاه می توانند به طور همزمان اجرا شوند.کنترل کننده حافظه جهت هماهنگ کردن دستیابی به حافظه. هر کامپیوتر برای راه اندازی، نیاز به برنامه راه انداز دارد.این برنامه تمامی جنبه های سیستم ، از ثباتهای CPU گرفته تا کنترل کننده های دستگاه و محتویات حافظه را مقدار اولیه میدهد.برنامه راه انداز برای اینکه بداند چگونه سیستم عامل را بار کند، باید هسته ی سیستم عامل را پیدا و به حافظه بار کند.سخت افزار می تواند با ارسال سیگنالی بهCPU ، وقفه ای را صادر کند.نرم افزار هم میتواند با فراخوانی سیستم ، وقفه ای را صادر کند.
اسلاید 25: سیستم کامپیوتری مدرنحافظهکنترل کننده حافظهکنترل کننده گرداننده نوارکنترل کننده چاپگرکنترل کننده دیسکCPUچاپگرگذر گاه سیستمگرداننده های نواردیسک
اسلاید 26: ادامه عملکرد سیستم کامپیوتر ... انواع رویدادها منجر به صدور وقفه میشوندکامل شدن عمل I/O، تقسیم بر صفر، دستیابی نامعتبر به حافظه و درخواست برای بعضی از خدمات سیستم عامل.وقفه کنترل اجرا را به روال پاسخ گویی مناسبی انتقال می دهد. ساده ترین روش، فراخوانی یک روال کلی برای بررسی اطلاعات مربوط به وقفه است.این روال، روال پاسخ گویی به وقفه را فراخوانی می کند.چون تعداد وقفه ها در سیستم مشخص است ، می توان از جدولی از اشاره گرها استفاده کرد که هر اشاره گر به یک روال وقفه اشاره می کند.بدین ترتیب سرعت پاسخ گویی به وقفه افزایش می یابد. معماری وقفه آدرس دستوری را که هنگام اجرای آن وقفه صادر شده است را ذخیره می کند.این آدرس را آدرس برگشت می گویند. زیرا بعد از اجرای روال وقفه ، کار CPU از آن نقطه از سر گرفته می شود.در معماری جدید ، ادرس برگشت در پشته ی سیستم ذخیره می گردد .
اسلاید 27: ادامه عملکرد سیستم کامپیوتر ...هنگامی که وقفه ای صادر شد و در حال پردازش است، بقیه وقفه ها غیر فعال می شوند.در غیر این صورت داده های وقفه ی درحال پردازش ، توسط وقفه ی جدید خراب شده و عملا این وقفه از دست می رود.بعد از اتمام وقفه ی فعلی بقیه وقفه ها فعال می شوند. وقفه ای که اولویت آن بالاتر باشد زودتر پردازش می شود.وقفه ها از بین نمی روند و از وقفه های غیر ضروری نیز جلوگیری به عمل می آید . سیستم های عامل مدرن، وقفه را مدیریت می کنند. رویدادها معمولا با وقوع یک وقفه یا تله رخ می دهند. تله یک وقفه ی نرم افزاری است که در اثر خطا یا برنامه ی کاربر که سیستم عامل در حال اجرای آن است رخ می دهد.
اسلاید 28: ساختار I/O وقفه های I/O ساختار DMA
اسلاید 29: وقفه های I/O برای شروع یک عملیات I/O:CPU ثبات های مناسبی را در کنترل کننده ی دستگاه بار می کند.کنترل کننده ی دستگاه،محتویات ثبات را بررسی کرده تا ببیند که چه عملی باید انجام دهد.وقتی عمل I/O شروع شد، فعالیت ها به دور روش پی گیری می شود:در ساده ترین حالت، بعد از خاتمه I/O کنترل به فرایند کاربر برمی گردد(I/O همگام)در حالت دیگر که I/O ناهمگام نام دارد،بدون اینکه منتظر کامل شدن I/O بماند، کنترل را به برنامه کاربر برمی گرداند. انتظار برای کامل شدن عمل I/O به دو صورت انجام می شود.دستور Wait که CPU را بی کار می کند تا وقفه ی بعدی رخ دهدماشین هایی که فاقد چنین دستوری هستند می توانند از یک حلقه ی انتظار به صورت Loop : Jmp Loop استفاده می کنند.
اسلاید 30: ساختار ناحیه ذخیره سازی تنها ناحیه ذخیره سازی بزرگ که CPU مستقیما می تواند به آن دسترسی داشته باشد،حافظه ی اصلی استبرنامه ها برای اجرا باید در حافظه ی اصلی قرار بگیرند.نواحی ذخیره سازی،شامل آرایه ای از کلمه است که هر کلمه دارای یک آدرس می باشد.تعامل بین حافظه و CPU از طریق دستورات Load و Store انجام می شود.Load کلمه را از حافظه اصلی به یک ثبات در داخل CPU انتقال می دهد.Store محتویات یک ثبات را به حافظه اصلی منتقل می کند . به دو دلیلی نمی توان برنامه و داده را دائما در حافظه اصلی گذاشت:ظرفیت حافظه ی اصلی کم استحافظه ی اصلی، یک دستگاه ذخیره سازی ناپایدار است برای رفع مشکل بالا از حافظه ثانویه استفاده می کنیممتداولترین حافظه ثانویه،دیسک مغناطیسی است .
اسلاید 31: انواع ساختار ناحیه ذخیره سازی حافظه اصلیدیسک های مغناطیسینوارهای مغناطیسی
اسلاید 32: سلسله مراتب دستگاه های حافظهنوارهای مغناطیسیدیسک نوریدیسک مغناطیسیحافظه اصلیدیسک الکترونیکیحافظه پنهانثباتها
اسلاید 33: سلسله مراتب حافظه حافظه های سطوح بالاتر ،گرانتر و سریعتر هستند. حافظه ی ناپایدار ، با قطع جریان برق محتویاتش را از دست میدهد. سیستمهای حافظه ای که بالاتر از دیسکها قرار دارند ، ناپایدارند ولی آنهایی که زیر دیسک الکترونیکی قرار دارند پایدارند.
اسلاید 34: حافظه پنهان اطلاعات معمولا در یک سیستم حافظه مثل حافظه اصلی ذخیره می شود.پس از اینکه اطلاعات مورد استفاده قرار گرفت، در یک سیستم حافظه سریعتر به نام حافظه پنهان ذخیره می شود وقتی نیاز به بخشی از اطلاعات باشد ابتدا وجود آن در حافظه پنهان کنترل می شود.اگر موجود نبود از اطلاعات حافظه اصلی استفاده می شود.سپس یک کپی از آن در حافظه پنهان قرار می گیرد تا در صورت نیاز مورد استفاده قرار می گیرد . به علت محدود بودن حافظه پنهان ، طراحی مدیریت حافظه پنهان، مسئله ی مهمی است . حافظه ی اصلی برای حافظه ثانویه مانند یک حافظه پنهان سریع است .
اسلاید 35: انتقال مقدار صحیح A از دیسک به ثباتدیسک مغناطیسیAAAحافظه اصلیثبات سخت افزاریحافظه پنهان برای انجام عملیات بر روی متغیر A، ابتدا با عمل I/O متغیر A را به حافظه اصلی کپی می کنیم.ممکن است یک کپی از A در حافظه ی پنهان و ثبات داخلی قرار بگیرد.بنابراین متغیر A در چند محل وجود دارد . در محیطی را که در هر زمان فقط یک فرایند اجرا می شود،این کار مشکلی را ایجاد نمی کندزیرا همواره یک کپی از A که در بالاترین سطح سلسله مراتب حافظه قرار دارد، دستیابی می شود.اما در محیط های چند وظیفه ای، باید مواظب بود فرایندهایی که به متغیر A دستیابی دارند، از آخرین تغییرات آن استفاده کنند.
اسلاید 36: انسجام و سازگاری در محیط های چندپردازنده ای، که در آن CPU علاوه بر ثبات داخلی، حافظه پنهان نیز دارد، پیچیده تر می شود.یک کپی از Aممکن است همزمان در چند حافظه ی پنهان وجود داشته باشد.چون CPU های مختلفی می تواند به طور همزمان عمل کنند. باید اطمینان حاصل کنیم که تغییر مقدار A در یک حافظه ی پنهان، به تمام حافظه های پنهانی که A در آنها قرار دارد، اعمال می شودبه آن انسجام حافظه ی پنهان می گویند و یک مسئله ی سخت افزاری است .
اسلاید 37: حفاظت سخت افزاری عملیات دو حالته حفاظت از I/O حفاظت از حافظه حفاظت از CPU
اسلاید 38: عملیات دو حالته باید سیستم عامل و برنامه های دیگر و داده های آنها را از هرگونه برنامه غلط محافظت کنیم.روش انجام کار این است که از طریق پشتیبانی سخت افزاری بتوانیم بین حالتهای مختلف اجرا تمایز قائل شویم.حالت کاربر و حالت ناظر (که حالت سرپرست،حالت سیستم،یا حالت ممتاز نیز نامیده می شود.)تعدادی از دستورات ماشین را که موجب آسیب رساندن می شوند، به عنوان دستورات ممتاز منظور می کنیم.سخت افزار اجازه می دهد دستورات ممتاز در حالت ناظر اجرا شوند.در غیر این صورت آنرا اجرا نکرده و تله به سیستم عامل می فرستد.
اسلاید 39: حفاظت از I/O برنامه کاربر می تواندبا صدور یک دستور I/O نادرستبا دستیابی به محل های حافظه مربوط به سیستم عاملیا با عدم رهایی CPUعمل عادی CPU را خدشه دار کند. برای اینکه کاربر عمل I/O نادرستی را اجرا نکندتمامی دستورات I/O را به عنوان دستورات ممتاز در نظر می گیریم.برنامه کاربر هرگز کنترل کامپیوتر را در حالت ناظر به دست نمی گیرد.اگر بتواند این کار را انجام دهد، حفاظت I/O نقض می شود.
اسلاید 40: حفاظت از حافظه باید بردار وقفه و روالهای وقفه در سیستم عامل را از تغییرات کاربر حفاظت کنیم.در غیر این صورت برنامه کاربر می تواند دستوراتی را بجای روال وقفه بنویسد برای تفکیک فضای حافظه هر برنامه حدود آدرس های معتبری را که برنامه می تواند دستیابی داشته باشد، تعیین کرده،حافظه خارج از آن فضای آدرس را حفاظت کنیم.این حفاظت را میتوانیم با استفاده از ثباتهای پایه و حد انجام دهیم.ثبات های پایه و حد فقط توسط سیستم عامل بار می شود برای حفاظت، هر آدرس تولیدشده با ثبات پایه مقایسه شده تا معتبر بودن آن تشخیص داده شود.اگر برنامه سعی کند به حافظه ناظر دسترسی داشته باشد، تله ای به ناظر صادر شده و خطا تلقی می گردد.
اسلاید 41: CPU < حد + پایهپایهحافظهآدرسبلیبلیخیرخیرحفاظت آدرس سخت افزار و ثباتهای پایه و حدثبات پایه شامل کوچکترین آدرس حافظه فیزیکی معتبر استثبات حد شامل اندازه حدود آدرس است
اسلاید 42: حفاظت از CPU برای حفاظت باید کاری کنیم که برنامه کاربر در حلقه گیر نکند و کنترل را به سیستم عامل برگرداند.برای این منظور می توان از یک تایمر استفاده کنیم .می توان از تایمر برای جلوگیری از اجرای نامحدود برنامه های کاربر استفاده کنیم . یکی از متداولترین کاربرد تایمر، پیاده سازی اشتراک زمانی استتایمر در هر N میلی ثانیه یک وقفه صادر کردهN یک برش زمانی است که یک برنامه می تواند کنترل CPU را در دست داشته باشد.سیستم عامل در پایان هر برش زمانی فراخوانی می شود تا تنظیمات لازم را برای برنامه بعدی انجام دهد .
اسلاید 43: گردآورندگان:سهيلا ابراهيمي صبامهسا فرجومهشید ابراهیم نژاد
نقد و بررسی ها
هیچ نظری برای این پاورپوینت نوشته نشده است.