المحاضرة الخامسة - نظم التشغيل PDF

‫نظم التشغيل‬ ‫المحاضرة الخامسة‬  ‫محتويات المحاضرة السابقة‪:‬‬ ‫‪ ‬إدارة الذاكرة الرئيسية‪.‬‬ ‫‪ ‬اساليب ادارة الذاكرة الرئيسية‪.‬‬ ‫‪ ‬استراتيجيات تسكين العمليات‪.‬‬ ‫‪ ‬الذاكرة االفتراضية (الظاهرية)‪.‬‬ ‫محتويات المحاضرة الخامسة‪:‬‬ ‫‪ ‬مفهوم المهمة‪.‬‬...

‫نظم التشغيل‬ ‫المحاضرة الخامسة‬  ‫محتويات المحاضرة السابقة‪:‬‬ ‫‪ ‬إدارة الذاكرة الرئيسية‪.‬‬ ‫‪ ‬اساليب ادارة الذاكرة الرئيسية‪.‬‬ ‫‪ ‬استراتيجيات تسكين العمليات‪.‬‬ ‫‪ ‬الذاكرة االفتراضية (الظاهرية)‪.‬‬ ‫محتويات المحاضرة الخامسة‪:‬‬ ‫‪ ‬مفهوم المهمة‪.‬‬ ‫‪ ‬حاالت المهمة‪.‬‬ ‫‪ ‬كتلة تحكم المهمات‪.‬‬  ‫مفهوم العملية ‪:‬‬ ‫ البرنامج عندما ننقر عليه نقرا مزدوجا فإننا نطلب من نظام التشغيل تنفيذه ‪ ،‬فيقوم بتحميله من القرص الصلب الى‬ ‫الذاكرة ليبدأ تنفيذه لذا هنا يتغير اسم البرنامج من ملف الى عملية ‪.‬هذه البرامج مثل االوفيس وااللعاب ‪.‬‬ ‫ فكما تم تعريف العملية سابقا فى أنها برنامج تحت التنفيذ ‪.‬‬ ‫ فالبرنامج هو سلسلة من االوامر تعطى للحاسب للقيام بعمل ما ينفذ البرنامج داخل المعالج تسلسليا امر تلو االخر‬ ‫خطوات تنفيذ البرنامج‪:‬‬ ‫‪.1‬تحميل البرنامج فى الذاكرة الرئيسية ‪.‬‬ ‫‪.2‬يتم وضع عنوان بداية البرنامج (عنوان أول امر بالبرنامج) فى مسجل داخل المعالج يسمى عدّ اد البرنامج‪.‬‬ ‫‪.3‬يقوم المعالج بإحضار ذلك األمر من خالل عداد البرنامج ويتم تخزينه لتنفيذه ‪.‬‬ ‫‪.5‬فهم وتنفيذ االمر الذى فى المعالج‪.‬‬ ‫‪.4‬زيادة عداد البرنامج لتنفيذ االمر التالى ‪.‬‬ ‫‪.6‬انتقل الى االمر ‪ 4‬الى ان ينتهى تنفيذ البرنامج‪.‬‬  ‫مثال توضيحى ‪:‬‬ ‫يوضح المفاهيم االساسية التى تحدث عند تنفيذ برنامج او عملية ‪:‬‬ ‫أفترض أن أستاذ مادة دخل القاعة لتدريسها وقام أحد الطالب يطلب من االستاذ شرح السؤال فى تمرين‬ ‫سابق ‪ ،‬وقام اخر يطلب من االستاذ شرح جزئية محددة من المحاضرة السابقة ‪.‬ولكن قرر االستاذ البدء فى‬ ‫المحاضرة وأجل طلبات الطالب الى نهاية المحاضرة‪.‬فشغل جهاز الحاسوب وفتح المادة العلمية‬ ‫وال‪. projector‬لكى نفرق بين المفاهيم‬ ‫هو الشى الذى سوف يعرضه للطالب وهو المادة العلمية‬ ‫البرنامج‬ ‫‪‬‬ ‫هو الذى يعمل على معالجة ايصال فهم المادة العلمية وهو االستاذ‬ ‫المعالج‬ ‫‪‬‬ ‫هى فعالية تتألف من قراءة المادة العلمية واستغالل الموارد‬ ‫المهمة‬ ‫‪‬‬ ‫المقاطعة تحدث عندما يبدأ االستاذ بالشرح وبعد مضى فترة زمنية يطرق طالب باب القاعة للدخول‬ ‫‪‬‬ ‫للمحاضرة‪،‬وبعد نقاش بينهما يسمح له بالدخول ثم يواصل االستاذ محاضرته من مكان الذى توقف منه‪.‬‬ ‫حدد الموارد المتاحة من نظرة نظم تشغيل فى هذا المثال ؟؟ جهاز الحاسوب ‪ ،‬وال‪projector‬‬  ‫حاالت المهمة ‪:‬‬ ‫هنالك كثير من االحداث المتنوعة التى تدعو المهمة لتغير حاالتها الى ان يتم تنفيذها‪ ،‬فيمكن ان‬ ‫تكون فى واحدة من الحاالت الخمسة التالية كما فى الشكل التالى ‪:‬‬ ‫جديد‬ ‫قبول‬ ‫‪Exit‬‬ ‫انتهاء‬ ‫مقاطعة ‪interrupt‬‬ ‫‪New‬‬ ‫‪Terminated‬‬ ‫جاهز‬ ‫تنفيذ‬ ‫‪Ready‬‬ ‫‪Running‬‬ ‫جدولة‬ ‫‪scheduler‬‬ ‫انتظار حدث (دخل‪/‬خرج(‬ ‫حصول حدث (نهاية دخل‪/‬خرج(‬ ‫انتظار‬ ‫‪Waiting‬‬ ‫شكل يوضح حاالت المهمة وطرق االنتقال بينها‬ ‫تتضمن أى مهمة االتى ‪:‬‬ ‫‪.3‬محتويات السجالت‬ ‫‪.2‬عداد البرنامج‬ ‫‪.1‬شفرة البرنامج‬  ‫حاالت المهمة ‪:‬‬ ‫‪.1‬مهمة جديدة (‪: )New Process‬‬ ‫عند انشاء عملية تعرف وتدار برقم غير متكرر يسمى رقم تعريف العمليه ‪.‬واسباب انشائها هى ‪:‬‬ ‫تهيئة النظام ‪ :‬فعند تشغيل اى نظام تشغيل تنشأ العديد من العمليات مثل فتح واجهة سطح المكتب‬ ‫‪‬‬ ‫للمستخدم او اعادة تشغيله من وضع السكون‪.‬‬ ‫بناء على طلب المستخدم ‪:‬مثال عندما ينقر نقر مزدوجا على ايقونة برنامج لفتحه فهذا يعنى طلب من‬ ‫‪‬‬ ‫المستخدم إلنشاء مهمة جديدة‪.‬‬ ‫المهام المحزمة ‪ :‬عندما يضع المستخدمة حزمة من العمليات ويطلب من نظام التشغيل تنفيذها ‪ ،‬فيقوم‬ ‫‪‬‬ ‫بتنفيذ العملية االولى فى الحزمة ‪ ،‬ثم عند اتاحت موارد العملية الثانية سيقوم بانشاءها وتنفيذها وهكذا‬ ‫اال ان ينفذ كل العمليات فى الحزمة ‪.‬مثل فتح جميع حزم االوفيس من وورد وبوربوينت ‪...‬الخ‬ ‫لذا يتطلب انشاء مهمة ‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪.3‬ادخالها فى جدول المهمات المعروف للنظام‬ ‫‪.2‬تحديد االولوية للمهمة‬ ‫تسمية المهمة‬ ‫‪.1‬‬  ‫حاالت المهمة ‪:‬‬ ‫‪.2‬مهمة جاهزة او مستعدة )‪: )Ready Process‬‬ ‫فى هذه الحالة يتم تحميلها فى الذاكرة وتصبح جاهزة التنفيذ ‪.‬‬ ‫‪‬‬ ‫لذا تكون جاهزة ومستعدة للعمل لكنها متوقفة مؤقتا للسماح لها بالتشغيل ‪.‬‬ ‫‪‬‬ ‫ويمكن ان تكون هنالك أكثر من مهمة فى وضع االستعداد وتسمى قائمة المهمات المستعدة او‬ ‫‪‬‬ ‫الجاهزة ‪.‬‬  ‫حاالت المهمة ‪:‬‬ ‫‪.3‬مهمة شغالة )‪: )Running Process‬‬ ‫العملية بدأت التنفيذ داخل المعالج (فيتابع مسجل عداد البرنامج تسلسل تنفيذ اوامر العملية) أى إنها‬ ‫تكون قيد التنفيذ فى وحدة المعالجة المركزية (‪ )i‬وقد تنتقل المهمة من هذه الحالة إلى حالة ‪:‬‬ ‫جاهزة ‪ :‬عندما تحدث مقاطعة ‪.‬‬ ‫‪‬‬ ‫إنهاء ‪ :‬عند إنتهاء مهمتها والخروج ‪ exit‬من المعالجة ‪.‬‬ ‫‪‬‬ ‫توقف ‪ :‬عند انتظارها لحدوث حدث خارجى مثل (‪.)input / output‬‬ ‫‪‬‬  ‫حاالت المهمة ‪:‬‬ ‫‪.3‬مهمة متوقفة أو معاقة )‪: )Waiting Process‬‬ ‫تكون المهمة فى هذه الحالة متعطلة وغير قادرة على العمل (بعدما كانت فى حالة التنفيذ) اصبحت فى‬ ‫حالة انتظار لحدوث حدث خارجى يمكنها متابعة التنفيذ وقد يحدث ذلك فى اغلب االحيان الستكمال‬ ‫عملية دخل او خرج ‪ ،‬أو بسبب الحاجة لتشغيل عملية اخرى اكثر اهمية وفى هذه الحالة التحتاج الى‬ ‫المعالج (‪. )i‬فقط تنتقل الى حالة االستعداد‬  ‫حاالت المهمة ‪:‬‬ ‫‪.4‬إنهاء مهمة )‪: ) Terminated Process‬‬ ‫هنالك عدة أسباب تدعو إلنهاء المهمة ولكن معظمها تنتهى ألنها انجزت عملها وبالتالى فى هذه‬ ‫ ‬ ‫الحالة تقوم بتحرير الموارد التى كانت تستخدمها من ذاكرة ومعالج وغيره‪ ،‬ومن هذه االسباب ‪:‬‬ ‫انتهاء طبيعى بعد إنجاز عملها ‪.‬‬ ‫‪‬‬ ‫إنتهاء بسبب خطأ ما أثناء تنفيذ العملية ‪.‬‬ ‫‪‬‬ ‫إنتهاء المهمة بسبب مهمة أخرى‪.‬‬ ‫‪‬‬ ‫هنالك عدد من العمليات يمكن أن تتم على المهمة الواحدة منها ‪:‬‬ ‫ ‬ ‫‪.3‬تعليق عملية‬ ‫‪.2‬تدمير عملية‬ ‫‪.1‬إنشاء مهمة اخرى داخل المهمة االصلية‬ ‫‪.6‬إعاقة مهمة‬ ‫‪.5‬استئناف مهمة‬ ‫‪.4‬تغير أولوية عملية‬  ‫مثال تشبيهى للحاالت التى تمر بها المهمة ‪:‬‬ ‫افترض أن هنالك مكتب ما يقدم خدمات للعمالء ‪.‬اذا كان هنالك موظف واحد بالمكتب (وهذا يشبه الحاسب ذو‬ ‫‪‬‬ ‫المعالج الواحد)‪.‬‬ ‫فإن كل عميل يحضر للمكتب إلنجاز معاملة سيذهب لهذا الموظف فقط ‪.‬ولكن قد يجد قبله عمالء قد حضروا‬ ‫‪‬‬ ‫مسبقا إلنجاز معاملة سيذهب لهذا الموظف‪ ،‬وقد يجد قبله عمالء قد حضروا مسبقا إلنجاز معامالتهم (يجد‬ ‫صف انتظار)‪ ،‬فيضطر ان يقف فى اخر الصف ‪.‬‬ ‫فى هذه الحالة سيكون كل العمالء المنتظرين فى الصف فى حالة جاهزية ‪ ،ready‬وسيكون هنالك عميل‬ ‫‪‬‬ ‫واحد فقط (اول من وصل) يخدم بواسطة موظف المكتب (هذا يعنى أنه فى حالة تنفيذ ‪ ،) running‬وقد‬ ‫تنجز معاملته ويخرج من المكتب وهنا نقول (قد اكتمل عمله ‪.) terminated‬‬ ‫ولكن ماذا يحدث اذا وجد الموظف المسئول أن أوراق العمل غير مكتملة ‪،‬هنا سيوقف الموظف من انجاز‬ ‫‪‬‬ ‫عمله لحين اكتماله (فيكون فى حالة الحجز‪ ،) blocked‬فيضطر للخروج من المكتب إلحضار بقية االوراق‬ ‫الناقصة‪ ،‬وبعد إحضارها يرجع للمكتب إلكمال معاملته (االن تحول من حالة الحجز ‪ blocked‬الى حالة‬ ‫الجاهزية ‪ ،) ready‬وسينتظر دوره مرة أخرى ليسمح له الموظف المسئول بإكمال معاملته (التنفيذ)‪.‬‬ ‫عندما يفرغ الموظف من معاملة العميل الذى أمامه ‪ ،‬سيصبح جاهزاَ إلستقبال عمل جديد (من بداية الصف)‪،‬‬ ‫‪‬‬ ‫هذا العميل الجديد سيتحول االن من الجاهزية الى التنفيذ ‪ ،‬وهكذا يسير النظام ‪.‬‬ ‫كتلة تحكم المهمات (‪: )Process Control Block‬‬ ‫يتم إنشاء كتلة تحكم المهمات ‪ PCB‬لكل مهمة تم انشاؤها وتعتبر وسيلة المتابعة الوحيدة‬ ‫للمهمة من وقت قبولها الى ان يتم تنفيذها وهى عبارة عن سجل اى ان كتلة تحكم المهمات‬ ‫تحوى مسجال واحدا لكل عملية ‪.‬‬ ‫تخزن ‪ PCB‬سجالت سريعة جدا اسرع كثيرا من سرعة عناصر الذاكرة االساسية حتى يتمكن‬ ‫نظام التشغيل من متابعة حاالت التنفيذ ‪ ،‬كما تحتوى على كل البيانات االزمة لنظام التشغيل‬ ‫إلدارة المهمة وهى ‪:‬‬  ‫كتلة تحكم المهمات ‪ :‬التحول السياقى‬ ‫هى التى تستخدم معلومات العمليات عندما تتحول العملية من حالة التنفيذ الى حالة الجاهزية أو الحجز‬ ‫عندما يقوم المعالج بتوقف عملية وتنفيذ عملية اخرى‪ ،‬حيث يتم حفظ معلومات العملية التى تم توقيفها‬ ‫مثال العملية (‪ )P0‬فى ‪ ،PCB0‬ثم يتم تحميل معلومات العملية المراد تنفيذها (مثال ‪ )P1‬من‪PCB1‬‬ ‫اذا أراد نظام التشغيل تنفيذ ‪ P0‬من ‪PCB0‬فسيقوم بتخزين معلومات ‪ P1‬فى ‪ PCB1‬ثم تحميل‬ ‫معلومات ‪ PCB0‬حيث يستطيع مواصلة التنفيذ من اخر نقطة وقفت فيها العملية ‪.P0‬‬ ?? !THANKS