محاضرة نظم التشغيل الثالثة PDF

‫نظم التشغيل‬ ‫المحاضرة الثالثة‬  ‫محتويات المحاضرة السابقة‪:‬‬ ‫‪ ‬مكونات نظام التشغيل الداخلية‪.‬‬ ‫‪َ ‬الية عمل نظام التشغيل‪.‬‬ ‫‪ ‬وظائف نظام التشغيل‪.‬‬ ‫‪ ‬أنواع أنظمة التشغيل‪.‬‬ ‫‪ ‬النظم الدفعية البسيطة‬ ‫‪ ‬النظم الدفعية متعددة البرمجة‬ ...

‫نظم التشغيل‬ ‫المحاضرة الثالثة‬  ‫محتويات المحاضرة السابقة‪:‬‬ ‫‪ ‬مكونات نظام التشغيل الداخلية‪.‬‬ ‫‪َ ‬الية عمل نظام التشغيل‪.‬‬ ‫‪ ‬وظائف نظام التشغيل‪.‬‬ ‫‪ ‬أنواع أنظمة التشغيل‪.‬‬ ‫‪ ‬النظم الدفعية البسيطة‬ ‫‪ ‬النظم الدفعية متعددة البرمجة‬  ‫محتويات المحاضرة الثالثة‪:‬‬ ‫‪-1 ‬االجزاء الرئيسية للنواة والتى تشترك بها انظمة‬ ‫التشغيل الحديثة ‪.‬‬ ‫‪ -‬برمجيات إدارة العمليات أو المهام ‪.‬‬ ‫‪ -‬برمجيات إدارة الذاكرة (الرئيسية‬ ‫والثانوية )‬ ‫‪ -‬برمجيات إدارة عملية االدخال واالخراج‬ ‫‪ -‬برمجيات إدارة إدارة الملفات‬ ‫‪ -‬برمجيات إدارة الشبكة‬ ‫‪ -‬برمجيات الحماية‬  ‫‪:-‬الذاكرة‪2-‬‬ ‫‪ ‬إدارة الذاكرة الرئيسية‪.‬‬ ‫‪ ‬اساليب ادارة الذاكرة الرئيسية‪.‬‬ ‫‪ ‬استراتيجيات تسكين العمليات‪.‬‬ ‫‪ ‬الذاكرة االفتراضية (الظاهرية)‪.‬‬  ‫مقدمة ‪:‬‬ ‫ذكرنا فى المحاضرة السابقة عدة مفاهيم رئيسية مكونة‬ ‫لنظام التشغيل ومن هذه المكونات النواة التى مسؤولة‬ ‫من عدة اجزاء رئيسية وتعتبر هى االجزاء التى تشترك فيها‬ ‫نظم التشغيل الحديثة جميعها ‪:‬‬ ‫مدير العمليات أو المهام (‪.)Process Manger‬‬ ‫‪‬‬ ‫مدير الذاكرة (‪.)Memory Manger‬‬ ‫‪‬‬ ‫مدير اإلدخال واإلخراج (‪.)I/O Manger‬‬ ‫‪‬‬ ‫مدير الملفات (‪.)File Manger‬‬ ‫‪‬‬ ‫مدير الشبكة (‪.)Networking Manger‬‬ ‫‪‬‬ ‫مدير الحماية (‪.)Protection Manger‬‬ ‫‪‬‬ ‫وظائف برمجيات ادارة العمليات أو المهام ‪:‬‬ ‫‪processing management‬‬ ‫‪ ‬المهمة (‪: )Process‬‬ ‫استخدمت تبادليا مع كلمة عملية ولها عدة تعريفات‪:‬‬ ‫تعرف علي انها برنامج تحت التنفيذ ‪.‬‬ ‫وحدة إنجاز األعمال ‪.‬‬ ‫تقتصر ادارة المهام علي امرين ‪:‬‬ ‫‪.1‬التأكد من ان كل عملية وتطبيق تلقي زمن كافي من المعالج للعمل بشكل‬ ‫سليم‪.‬‬ ‫‪.2‬استعمال اكبر عدد ممكن من عمليات المعالج‪.‬‬ ‫‪ ‬وحدة البرامج االساسية التي يتعامل معها نظام التشغيل لجدولة تنفيذ العمل‬ ‫من قبل المعالج تكون اما عملية(‪)Process‬او جزء من برنامج ‪Thread.‬‬ ‫ال يتوقف تنفيذ المهمات اال بالمقاطعات ‪))Interrupt‬او بمدخالت المستخدم‬ ‫‪‬‬ ‫المقاطعة ‪:‬هي حدث يغير من التسلسل الذي تنفذ فيه االوامر بواسطة‬ ‫‪‬‬ ‫المعالج‬ ‫وظائف برمجيات ادارة العمليات أو المهام ‪:‬‬ ‫‪processing management‬‬ ‫ولها خمسة انواع تحدث بها ‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫المقاطعة نتيجة إستدعاء المشرف ‪:‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫هى تقنية تساعد فى الحفاظ على أمن نظام التشغيل من المستخدمين حيث أن‬ ‫المستخدم يجب أن يطلب الخدمة من خالل استدعاء المشرف‪.‬وبالتالى فإن‬ ‫نظام التشغيل (‪ )OS‬قد يرفض طلبا معينا إذا كان المستخدم اليملك الصالحية‬ ‫المناسبة‪.‬‬ ‫‪.2‬مقاطعة اإلدخال واإلخراج ‪I/O Interrupts‬‬ ‫‪‬‬ ‫تحدث عندما تكتمل عملية إدخال أو إخراج الى حدث خطأ فى اإلدخال‬ ‫‪‬‬ ‫واإلخراج أو عند تجهيز جهاز معين‪.‬‬ ‫وظائف برمجيات ادارة العمليات أو المهام ‪:‬‬ ‫‪processing management‬‬ ‫‪.3‬المقاطعة الخارجية ‪External Interrupts‬‬ ‫مثل انتهاء الكوانتوم على الساعة والتى تسبب مقاطعة لنظام التشغيل ‪.‬‬ ‫‪.4‬مقاطعة االستئناف ‪Resume Interrupts‬‬ ‫تحدث عندما يضغط المشغل على زر االستئناف للوحة التحكم ‪.‬‬ ‫‪.5‬مقاطعة تدقيق البرامج ‪:‬‬ ‫وتحدث ألحد االسباب التالية ‪:‬‬ ‫‪.1‬مشاكل القسمة علي الصفر ‪.‬‬ ‫‪.2‬محاولة الرجوع الي مصدر محمي‪.‬‬ ‫‪.3‬محاولة الرجوع الي موقع الذاكرة خارج حدود الذاكرة الحقيقة‪.‬‬ ‫‪.4‬محاولة تنفيذ كود عملية غير صحيحة‬ ‫وظائف برمجيات ادارة العمليات أو المهام ‪:‬‬ ‫‪processing management‬‬ ‫مسؤولية نظام التشغيل للمهام ‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪.1‬إنشاء وحذف المهام ‪.‬‬ ‫‪.2‬تعليق‪ ،‬واستئناف المهام (تبديل السياق)‪.‬‬ ‫‪.3‬توفير آليات تزامن المهام ‪.‬‬ ‫‪.4‬توفير آليات االتصال بين المهام وتوفير الحماية وآليات كشف‬ ‫ومعالجة المشاكل‪.‬‬  ‫وظائف برمجيات ادارة الذاكرة الرئيسية‬ ‫‪Memory management programs‬‬ ‫هى التى يتم منها استدعاء البرامج القابلة للتنفيذ وحفظها مؤقتا في‬ ‫‪‬‬ ‫الذاكرة الرئيسية حتى تتم عملية التنفيذ ثم ترحيلها الى الموقع الذى اتت‬ ‫منه‪.‬‬ ‫ويسمى الجزء من نظام التشغيل الذى يتولى مهمة ادارة الذاكرة بمدير‬ ‫‪‬‬ ‫الذاكرة‪.‬‬ ‫وقام بحل المشاكل الخاصة بالتحميل‪:‬‬ ‫‪ -‬توفير حيز كافي في الذاكرة لتخزين البرنامج وبياناته‪.‬‬ ‫‪ -‬تحميل البرنامج في مناطق مختلفة في الذاكرة‪.‬‬ ‫‪ -‬تحميل البرنامج كامال او جزء منه‪.‬‬ ‫‪ -‬تحميل اكثر من برنامج‪.‬‬  ‫وظائف برمجيات ادارة الذاكرة الرئيسية‬ ‫‪Memory management programs‬‬ ‫مسؤولية نظام التشغيل للذاكرة الرئيسية ‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪.1‬مراقبة حالة جميع مواقع الذاكرة لمعرفة أي األجزاء مستخدمة ومن‬ ‫يستخدمها وذلك لتنفيذها أو تفريغ المواقع بعد انتهاء المهمات من‬ ‫التنفيذ‪.‬‬ ‫‪. 2‬تحديد اإلجراء( المهمة ) الذي يجب تحميله إلى الذاكرة عند توفر‬ ‫مساحة ‪.‬‬ ‫‪.3‬نقل العمليات التى تم تنفيذها من الذاكرة الرئيسية الى الذاكرة‬ ‫الثانوية او العكس وذلك عن طريق تخصيص وإلغاء تخصيص الذاكرة‬ ‫حسب الحاجة ‪.‬‬  ‫إدارة الخزن الثانوي‬ ‫‪Secondary-Storage Management‬‬ ‫أهمية الخزن الثانوي‬ ‫‪‬‬ ‫خزن ثابت‬ ‫ ‬ ‫سعة تخزين كبيرة‬ ‫ ‬ ‫مسؤولية نظام التشغيل إلدارة الخزن الثانوى‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪.1‬إدارة المساحات الحرة‪.‬‬ ‫‪.2‬تخصيص مناطق الخزن‪.‬‬ ‫‪.3‬جدولة العمليات على القرص‪.‬‬ ‫وظائف برمجيات ادارة عملية االدخال واالخراج‬ ‫‪Input output operation management‬‬ ‫احد الوظائف االساسية لنظام التشغيل ‪ ،‬لقدرتها للتحكم بكل اجهزة‬ ‫‪‬‬ ‫االدخال واالخراج وارسال االوامر الى االجهزة المحيطة ‪ ،‬واستقبال‬ ‫المقاطعات ومعالجة االخطاء‪.‬والمخرجات تكون االوامر الرقمية الجل‬ ‫التغيير‪.‬‬ ‫امثلة لذلك ‪ :‬مكتشف الحرائق – مقياس درجة الحرارة – مقياس الحجم ‪.‬‬ ‫‪‬‬ ‫ربط المعالج بوحدات االدخال واإلخراج‪.‬‬ ‫‪‬‬ ‫تحديد كيفية استقبال المعالج للبيانات‪.‬‬ ‫‪‬‬ ‫تحديد الطريقة المستخدمة في االدخال واإلخراج‪.‬‬ ‫‪‬‬ ‫وظائف برمجيات ادارة عملية االدخال واالخراج‬ ‫‪Input output operation management‬‬ ‫مسؤولية نظام التشغيل لعمليات االدخال واالخراج ‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪.1‬توفير محركات (سواقات) خاصة بالتجهيزات العتادية‪.‬‬ ‫‪.2‬إخفاء خصوصية أجهزة الدخل‪/‬الخرج بتوفير واجهات تخاطب عامة‬ ‫لسَّواقاتها‪.‬‬ ‫‪.3‬إدارة الذاكرة المستخدمة في عمليات الدخل‪/‬الخرج (‪.)Buffer، Cache‬‬  ‫إدارة الملفات‬ ‫‪File Management‬‬ ‫مفهوم الملف‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫شكل منطقي موحد لخزن المعلومات مستقل عن نوع جهاز‬ ‫ ‬ ‫الخزن المستخدم‪.‬‬ ‫هو كتلة من المعلومات المترابطة والمعرفة من ِقَبل منشئ‬ ‫ ‬ ‫الملف‪.‬‬ ‫خصائص الملف‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫ان يكون له اسم وبيانات ‪.‬‬ ‫‪.1‬‬ ‫وان يكون نظام التشغيل له معلومات عن الملف مرتبطة به مثل‬ ‫‪.2‬‬ ‫التاريخ وزمن انشاءه‬  ‫إدارة الملفات‬ ‫‪File Management‬‬ ‫مسؤولية نظام التشغيل للملفات ‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪.1‬إنشاء ومحو الملفات‪ ،‬والمجلدات‪.‬‬ ‫‪.2‬توفير اإلجرائيات األولية للتعامل مع الملفات والمجلدات (قراءة‪،‬‬ ‫كتابة‪ ،‬نقل‪ ،‬حذف)‪.‬‬ ‫‪.3‬توفير مخطط إسناد الملفات والمجلدات على تجهيزات الخزن‬ ‫الثانوي (إدارة نظام الملفات)‪.‬‬  ‫إدارة الشبكة‬ ‫‪Networking‬‬ ‫نظام التشغيل الشبكي‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫يدعم البرتوكوالت والخدمات الشبكية‬ ‫ ‬ ‫يوفر مجموعة من األدوات الستثمار موارد الشبكة‬ ‫ ‬ ‫النظام الموَّز ع‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫مجموعة من الحواسيب تتصل مع بعضها عن طريق شبكة اتصال‪،‬‬ ‫ ‬ ‫وتعمل عليها مجموعة من األنظمة تشكل مجموعها نظامًا واحدًا‬ ‫متكامًال يسمح بالنفاذ إلى الموارد واستخدامها‪.‬‬ ‫الهدف‪ :‬زيادة سرعة المعالجة وزيادة الموثوقية‪.‬‬ ‫ ‬  ‫إدارة الشبكة‬ ‫‪Networking‬‬ ‫مسؤولية نظام التشغيل للشبكة ‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪.1‬توفير إجرائيات إنشاء وإنهاء االتصاالت‪.‬‬ ‫‪.2‬توفير إجرائيات ارسال واستقبال المعلومات عبر الشبكة‪.‬‬ ‫‪.3‬ضمان أمن المعلومات والنظام من النفاذ غير المشروع عبر‬ ‫الشبكة‪.‬‬  ‫نظام الحماية‬ ‫‪Protection System‬‬ ‫المقصود بنظام الحماية‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫مجموعة آليات التحكم في نفاذ البرامج أو اإلجراءات أو‬ ‫ ‬ ‫المستخدمين إلى موارد النظام‪.‬‬ ‫مسؤولية نظام التشغيل للحماية ‪:‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪.1‬التمييز بين االستخدام المسموح به من االستخدام غير المسموح‬ ‫به‪.‬‬ ‫‪.2‬تحديد القواعد المفروضة على استخدام الموارد‪.‬‬ ‫‪.3‬توفير الوسائل لتطبيق القواعد السابقة‪.‬‬  ‫إدارة الذاكرة الرئيسية ‪:‬‬ ‫ال يعمل جهاز الحاسوب بدون ذاكرة رئيسية (‪ ، )RAM‬النها تعتبر متطلبا‬ ‫ ‬ ‫اساسيا لتنفيذ البرامج ‪ ،‬فاليمكن تنفيذ برنامج مالم يخزن بداخلها وحفظها‬ ‫فيما يسمى ب(القرص الصلب) ألن المعالج اليتعامل اال مع الذاكرة‬ ‫الرئيسية والمسجالت التى بداخله‪.‬‬ ‫كبر حجم الذاكرة يمكنها من خدمة عدد كبير من العمليات بينما سرعتها‬ ‫ ‬ ‫تزيد من سرعة الوصول للمعلومة ‪.‬او تنفيذ البرنامج بسرعة ‪.‬‬ ‫مثال ‪ :‬عندما تشترى جهاز حاسوب بمواصفات ‪ ، MB RAM 2‬هذا‬ ‫ ‬ ‫يعنى ان جهازك يحتوى على ذاكرة رئيسية حجمها ‪ 2‬ميغابايت‬ ‫‪ 2097152= 2*1024*1024‬بايت ؛ والبايت يعادل‬ ‫وهذا يمثل‬ ‫حرف يعنى لدينا اكثر من ‪ 2‬مليون حرف ‪.‬‬ ‫مواصفات الذاكرة المثالية ‪:‬‬  ‫مثال توضيحى ‪ :‬أراد أحمد إدخال بيانات‬ ‫طباعة كتاب بإستخدام ميكروسوفت وورد ‪،‬‬ ‫فقام ‪:‬‬ ‫‪ ‬بفتح الحاسب فظهر سطح المكتب ‪.‬‬ ‫‪ ‬نقر نقرا مزدوجا على الوورد ففتح البرنامج وظهرت نافذته أمام أحمد ‪.‬‬ ‫‪ ‬بدأ أحمد بإدخال البيانات فأدخل جزء من البيانات مثال ‪ 3‬صفحات ثم قام بحفظ‬ ‫الملف ‪.‬‬ ‫‪ ‬مرة اخرى ادخل ‪ 4‬صفحات ولكن قبل حفظ الملف مرة أخرى إنفصل التيار‬ ‫الكهربى عن الحاسب فأغلق الجهاز ‪.‬‬ ‫‪ ‬س‪ :‬أذا فتح أحمد الحاسب مرة أخرى وفتح ملف وورد السابق ‪ ،‬هل سيجد ‪3‬‬ ‫صفحات أم ‪ 7‬صفحات؟ ولماذا ؟‬ ‫االجابة ‪ 3 :‬صفحات فقط ألنه ‪:‬عندما بدأ أحمد باإلدخال على الشاشة هذا‬ ‫يعنى أن البيانات تنتقل من لوحة المفاتيح الى الذاكرة ومن الذاكرة الى الشاشة‬ ‫دون أن يكون لها عالقة بالقرص الصلب ‪.‬‬  ‫اساليب ادارة الذاكرة الرئيسية ‪:‬‬ ‫نجد أن هنالك عدة عمليات يتم تنفيذها فى نفس الوقت لذا هذا يتطلب تقسيم‬ ‫الذاكرة الى عدة قطاعات لكى يتم تسكين العمليات المراد تنفيذها ‪ ،‬لذا تم‬ ‫تقسيم الذاكرة الى نوعين اساسيان ‪:‬‬ ‫‪.1‬التقسيم الثابت للذاكرة ‪. Fixed Partition‬‬ ‫‪.2‬التقسيم الديناميكى للذاكرة ‪. Variable Partition‬‬ ‫‪.1‬التقسيم الثابت للذاكرة ‪: Fixed Partition‬‬ ‫‪ o‬هو تقسيم الذاكرة إلى قطاعات ثابتة محددة على أن يخصص لكل عملية‬ ‫القطاع المناسب لها ‪ ،‬ولكن يمكن أن يكون هنالك مجموعة من القطاعات‬ ‫غير مشغولة ‪.‬وذلك لعدم وجود عملية بنفس الحجم‪.‬‬ ‫‪ o‬يمكن أن يتم تسكين عملية فى قطاع أكبر من حجمها لعدم وجود الحجم‬  ‫اساليب ادارة الذاكرة الرئيسية ‪:‬‬ ‫‪ o‬الحل الوحيد لهذه المشكلة هو أن تصنف جميع العمليات فى صف واحد‬ ‫حسب أولويتها او حسب قدومها (‪ ، )FIFO‬وبعد ذلك يقوم بمسح جميع‬ ‫القطاعات غير المشغولة ثم يختار أنسب قطاع لهذه العملية من حيث‬ ‫الحجم ‪.‬‬ ‫‪ o‬نجد ان حجم العملية غير ثابت ‪ :‬مثال اذا كان هنالك برنامج نريد تنفيذه‬ ‫(يوضح مناطق‬ ‫فأنه يحتاج الى ادخال بيانات للتنفيذ ‪.‬الشكل‬ ‫تسكين العمليات بالذاكرة)‬ ‫ولذلك ماذا نفعل اذا زاد حجم العملية عن حجم القطاع الذى توجد فيه؟‬ ‫‪ ‬الحل األول ‪ :‬عند تسكين العملية يجب مراعاة أن تكون‬ ‫فى قطاع اكبرقليل من حجمها ‪.‬‬ ‫‪ ‬الحل الثانى ‪ :‬نقوم بنقل العملية من الذاكرة الرئيسية للثانوية ‪.‬‬  ‫مثال للتقسيم الثابت للذاكرة ‪:‬‬ ‫إذا كان لدينا أربعة عمليات (‪ ) p1,p2,p3,p4‬وكانت تلك العمليات تحتاج الى‬ ‫المساحات (‪ ) 150K, 120K , 20K ,80 K‬على التوالى ‪ ،‬المطلوب‬ ‫بالرسم وضح الكيفية التى يقوم بها مدير الذاكرة الرئيسية بتسكين تلك‬ ‫العمليات علما بأن الحجم الكلى للذاكرة الرئيسية ‪ 500K‬مقسمة‬ ‫‪.) 200K‬‬ ‫‪p1‬‬ ‫‪,140 K,50K,‬‬ ‫‪p2 50K,30,30‬‬ ‫القطاعات التالية ‪p3( :‬‬ ‫‪p4‬‬ ‫الى‬ ‫‪80 k‬‬ ‫‪20 k‬‬ ‫‪120 k‬‬ ‫‪150 k‬‬  ‫‪p1‬‬ ‫‪p2‬‬ ‫‪p3‬‬ ‫‪p4‬‬ ‫‪80 k‬‬ ‫‪20 k‬‬ ‫‪120 k‬‬ ‫‪150 k‬‬ ‫حل المثال ‪:‬‬ ‫فراغا‬ ‫ت‬ ‫داخل‬ ‫القطا‬ ‫ع‬ ‫شكل الذاكرة بعد التقسيم وقبل‬ ‫شكل الذاكرة بعد‬ ‫تسكين العمليات‬ ‫تسكين العمليات‬ ?? !THANK S