Operating System Concepts PDF

Operating system ‫نظام التشغيل‬  Operating system What Operating Systems Do ‫ماذا تفعل أنظمة التشغيل‬ Computer-System Organization ‫تنظيم نظام الكمبيوتر‬ Compute...

Operating system ‫نظام التشغيل‬  Operating system What Operating Systems Do ‫ماذا تفعل أنظمة التشغيل‬ Computer-System Organization ‫تنظيم نظام الكمبيوتر‬ Computer-System Architecture ‫هندسة نظام الكمبيوتر‬ Operating-System Structure ‫هيكل نظام التشغيل‬ Operating-System Operations ‫عمليات نظام التشغيل‬ Process Management ‫ادارة العمليات‬ Memory Management ‫إدارة الذاكرة‬ Storage Management ‫ادارة التخزين‬ Protection and Security ‫الحماية واألمن‬ Distributed Systems ‫االنظمة الموزعة‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.2 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Objectives To provide a grand tour of the major operating systems components. ‫لتقديم جولة كبيرة لمكونات أنظمة التشغيل الرئيسية‬ To provide coverage of basic computer system organization ‫لتوفير تغطية تنظيم نظام الكمبيوتر األساسي‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.3 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  What is an Operating System? A program that acts as an intermediary between a user of a computer and the computer hardware. ‫برنامج يعمل كوسيط بين مستخدم للكمبيوتر وجهاز الكمبيوتر‬ Operating system goals: ‫أهداف نظام التشغيل‬ Execute user programs and make solving user problems easier. ‫تنفيذ برامج المستخدم وتسهيل حل مشاكل المستخدم‬ Make the computer system convenient to use. ‫جعل نظام الكمبيوتر مناسبًا لالستخدام‬ Use the computer hardware in an efficient manner. ‫استخدم أجهزة الكمبيوتر بطريقة فعالة‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.4 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Computer System Structure Computer system can be divided into four components ‫يمكن تقسيم نظام الكمبيوتر إلى أربعة مكونات‬ Hardware – provides basic computing resources ‫ توفر موارد الحوسبة األساسية‬- ‫األجهزة‬ CPU, memory, I/O devices ‫ اإلخراج‬/ ‫وحدة المعالجة المركزية والذاكرة وأجهزة اإلدخال‬ Operating system Controls and coordinates use of hardware among various applications and users ‫يتحكم وينسق استخدام األجهزة بين مختلف التطبيقات والمستخدمين‬ Application programs – define the ways in which the system resources are used to solve the computing problems of the users ‫ تحديد طرق استخدام موارد النظام لحل مشاكل الحوسبة للمستخدمين‬- ‫برامج التطبيقات‬ Word processors, compilers, web browsers, database systems, video games ‫ ألعاب الفيديو‬، ‫ أنظمة قواعد البيانات‬، ‫ متصفحات الويب‬، ‫ المجمعات‬، ‫معالجات النصوص‬ Users ‫المستخدمين‬ People, machines, other computers ‫وأجهزة الكمبيوتر األخرى‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.5 ‫الناس واآلالت‬ Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Four Components of a Computer System Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.6 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Types of Systems ‫أنواع األنظمة‬ 1. Mainframe Systems ‫أنظمة الحاسبات المركزية‬  Batch Systems ‫أنظمة الدُفعات‬  Multiprogramming Systems ‫أنظمة البرمجة المتعددة‬  Time Sharing Systems ‫أنظمة تقاسم الوقت‬ 2. Desktop Systems ‫أنظمة سطح المكتب‬ 3. Multiprocessor Systems ‫أنظمة المعالجات المتعددة‬  Symmetric Multiprocessors (SMP) )SMP)‫المعالجات المتماثلة‬  Asymmetric Multiprocessors(AMP) )AMP.( ‫المعالجات المتعددة غير المتماثلة‬ 4. Clustered Systems ‫األنظمة العنقودية‬ -Symmetric clustering ‫التجميع المتماثل‬ -Asymmetric clustering ‫التجميع غير المتماثل‬ 5. Distributed Systems ‫األنظمة الموزعة‬ 6. Real Time Systems ‫أنظمة الوقت الحقيقي‬ 7. Handheld System ‫نظام محمول باليد‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.7 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Mainframe Systems: Batch Systems Early computers were huge, expensive and slow..‫كانت أجهزة الكمبيوتر القديمة ضخمة ومكلفة وبطيئة‬  Card readers or paper tape for input. Leave program with the operator, get back printout next day. ‫ واسترجع النسخة المطبوعة في اليوم‬، ‫ اترك البرنامج مع المشغل‬.‫قارئات بطاقات أو شريط ورقي لإلدخال‬ ‫التالي‬  Roles of OS is to load a job, run it, load the next job, run it, etc...‫تتمثل أدوار نظام التشغيل في تحميل وظيفة وتشغيلها وتحميل الوظيفة التالية وتشغيلها وما إلى ذلك‬  Not very efficient, as job takes a long time to load. ‫ حيث تستغرق االمهمة وقتًا طويالً للتحميل‬، ‫ليست فعالة للغاية‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.8 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.9 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Mainframe Systems: Multiprogramming Systems - Maintain a job pool on disk ‫الحفاظ على مجموعة الوظائف على القرص‬ - Keep a subset of jobs in memory..‫احتفظ بمجموعة فرعية من المهام في الذاكرة‬ - When one job stalls waiting for I/O, switch to a different one..‫ قم بالتبديل إلى وظيفة أخرى‬، ‫ اإلخراج‬/ ‫عندما تتوقف إحدى المهام عن انتظار اإلدخال‬ - OS Functions: ‫وظائف نظام التشغيل‬ - Job scheduling ‫جدولة الوظائف‬ - Disk I/O - Memory Management ‫إدارة الذاكرة‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.10 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Mainframe Systems: Time Sharing Time-sharing (or Multitasking) is a logical extension of multiprogramming..‫تعد مشاركة الوقت (أو تعدد المهام) امتدادًا منطقيًا للبرمجة المتعددة‬ CPU switches between jobs so quickly that users can interact with a program while it is running. ‫(بالتبديل بين الوظائف بسرعة كبيرة بحيث يمكن للمستخدمين التفاعل مع البرنامج أثناء تشغيله‬CPU) ‫تقوم وحدة المعالجة المركزية‬ Requires good responsiveness. ‫يتطلب استجابة جيدة‬ When a job stall waiting for I/O, another job can run, giving god CPU utilization. ‫ مما يتيح االستفادة الجيدة من وحدة المعالجة المركزية‬، ‫ يمكن تشغيل وظيفة أخرى‬، ‫ اإلخراج‬/ ‫عندما تتوقف وظيفة في انتظار اإلدخال‬ The job pool is now under the control of the users. ‫أصبح تجمع الوظائف اآلن تحت سيطرة المستخدمين‬ But memory is limited, so this requires swapping some jobs out to disk. One solution is virtual memory, where a job that is only partly in memory can be run. ‫ حيث يمكن تشغيل مهمة‬، ‫ أحد الحلول هو الذاكرة االفتراضية‬.‫ لذلك يتطلب هذا تبديل بعض المهام إلى القرص‬، ‫لكن الذاكرة محدودة‬ ‫ما زالت في الذاكرة جزئيًا‬ Also requires a file-system for users to store the data from their jobs, and to abstract the details of the disk hardware. ‫ وللتخلص من تفاصيل أجهزة القرص‬، ‫يتطلب أيضًا نظام ملفات للمستخدمين لتخزين البيانات من وظائفهم‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.11 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Desktop Systems Early desktop systems had little memory, and no memory management hardware. ‫كانت أنظمة سطح المكتب القديمة تحتوي على ذاكرة قليلة وال توجد أجهزة إلدارة الذاكرة‬ MS-DOS, Mac OS One user. One primary user task at a time. ‫ مهمة مستخدم أساسية واحدة في كل مرة‬.‫مستخدم واحد‬ Goals were user convenience and responsiveness. ‫كانت األهداف راحة المستخدم واستجابته‬ As later hardware gained capability, so too did the operating systems. ‫ كذلك فعلت أنظمة التشغيل‬، ‫مع اكتساب األجهزة الحقًا القدرة‬ Gained functionality first designed for mainframes. ‫اكتسبت وظائف مصممة ألول مرة للحواسيب المركزية‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.12 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Multiprocessor Systems )SMP( ‫المعالجة المتعددة المتماثلة‬ Symmetric multiprocessing (SMP) All CPUs are equal, each runs kernel tasks, and communicate with each other as needed. ‫ ويتواصل مع بعضها البعض حسب الحاجة‬، ‫ كل منها يدير مهام النواة‬، ‫جميع وحدات المعالجة المركزية متساوية‬ Eg. Solaris, Linus 2.6, Windows NT, Mac OS X Asymmetric multiprocessing ‫المعالجة المتعددة غير المتماثلة‬ A master CPU controls the system, and runs key kernel tasks. ‫ وتقوم بتشغيل مهام النواة الرئيسية‬، ‫تتحكم وحدة المعالجة المركزية الرئيسية في النظام‬ Other CPUs do what the master tells them. ‫تقوم وحدات المعالجة المركزية األخرى بما يقوله لها المعلم‬ Windows NT appeared, with true multitasking and memory management support. ‫ مع دعم حقيقي للمهام المتعددة وإدارة الذاكرة‬،Windows NT ‫ظهر‬ Early desktop systems had little memory, and no memory management hardware. ‫ وال توجد أجهزة إلدارة الذاكرة‬، ‫كانت أنظمة سطح المكتب القديمة تحتوي على ذاكرة قليلة‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.13 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Distributed Systems ‫أنظمة موزعة‬ Distribute work across a network of computers..‫توزيع العمل عبر شبكة من أجهزة الكمبيوتر‬ Machines are loosely coupled. ‫تقترن اآلالت بشكل حر‬ Can be local or remote machines.‫يمكن أن تكون آالت محلية أو بعيدة‬ Each has its own CPU, memory, disk, peripherals, etc. ‫ إلخ‬، ‫لكل منها وحدة المعالجة المركزية والذاكرة والقرص واألجهزة الطرفية الخاصة بها‬ Resource sharing ‫تقاسم الموارد‬ CPU speedup from sharing a task. ‫تسريع وحدة المعالجة المركزية من مشاركة مهمة‬ Load balancing (I/O and CPU speedup) )‫وتسريع وحدة المعالجة المركزية‬I / O ( ‫موازنة الحمل‬ Resilience ‫المرونة‬ Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.14  Clustered Systems ‫أنظمة مجمعة‬ In between multiprocessor systems and distributed systems. Closely linked via a LAN and share storage..‫ومشاركة التخزين‬LAN ‫ ترتبط ارتبا ًطا وثيقًا عبر شبكة‬.‫بين األنظمة متعددة المعالجات واألنظمة الموزعة‬ Can be used to improve performance or improve reliability..‫يمكن استخدامها لتحسين األداء أو تحسين الموثوقية‬ Asymmetric clustering: one node runs application, others provide a hot standby. ‫ بينما توفر‬، ‫ تعمل إحدى العقدة على تشغيل التطبيق‬:‫التجميع غير المتماثل‬ ‫العقدة األخرى وضع استعداد ساخن‬ Symmetric clustering: all nodes run parts of the application. ‫ تقوم جميع العقد بتشغيل أجزاء من التطبيق‬:‫التجميع المتماثل‬ Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005 Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.15  Real-Time Systems ‫أنظمة الوقت الحقيقي‬ Hard Real-time: Guarantees critical tasks completed on time. ‫يضمن إنجاز المهام الحساسة في الوقت المحدد‬ Delays in system must be bounded. ‫يجب أن تكون تأخيرات النظام في تنفيذ المهام محدودة‬ No virtual memory, limited use of secondary storage, no time sharing. ‫ وال مشاركة‬، ‫ واستخدام محدود للتخزين الثانوي‬، ‫ال توجد ذاكرة افتراضية‬ ‫للوقت‬ Ex. VxWorks Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.16 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Real-Time Systems ‫أنظمة الوقت الحقيقي‬. Soft Real-time: Critical tasks get priority, and keep this priority until they complete. ‫ واحتفظ بهذه األولوية حتى تكتمل‬، ‫تحظى المهام الحساسة باألولوية‬ Common in general-purpose Oss such as a Unix. Unix ‫مشترك في أنظمة التشغيل لألغراض العامة مثل‬ Uses: multimedia, virtual reality, etc. ‫ إلخ‬، ‫ الواقع االفتراضي‬، ‫ الوسائط المتعددة‬:‫االستخدامات‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.17 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Hand-Held Systems ‫أنظمة يدوية‬ Personal Digital Assistants (PDAs) (PDA( ‫المساعد الرقمي الشخصي‬ Mobile Phones. ‫الهواتف المحمولة‬ MP3 players. MP3 ‫مشغالت‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.18 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Operating System Definition ‫تعريف نظام التشغيل‬ OS is a resource allocator Manages all resources Decides between conflicting requests for efficient and fair resource use OS is a control program Controls execution of programs to prevent errors and improper use of the computer :‫ يعتبر نظام التشغيل مخصص لموارد الجهاز حيث يقوم بـ‬.‫يقوم بإدارة كل موارد الجهاز‬.‫يقوم بحل تضاربات التعارض حول استخدام احد موارد الجهاز‬ :‫يقوم نظام التشغيل أيضا بالتحكم في البرامج من خالل‬ ‫ التحكم في تنفيذ البرامج بغرض منع حدوث األخطاء او االستخدام الغير مناسب‬ Operating System Concepts – 7 Edition, Jan 12, 2005 th 1.19.‫للجهاز‬ Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  ‫ بدء تشغيل الكمبيوتر‬Computer Startup bootstrap program is loaded at power-up or reboot ‫عند بدء التشغيل أو إعادة التشغيل‬bootstrap ‫يتم تحميل برنامج‬ Typically stored in ROM or EPROM, generally known as firmware ‫ والمعروف عمو ًما باسم البرامج الثابتة‬،EPROM ‫أو‬ROM ‫يتم تخزينه عادةً في‬ Initializes all aspects of system ‫البحث عن نظام التشغيل‬ Loads operating system kernel and starts execution ‫يحمل نواة نظام التشغيل بالذاكرة الرئيسية ويبدأ التنفيذ والتحكم بالجهاز‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.20 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Computer System Organization ‫تنظيم أنظمة الكمبيوتر‬ Computer-system operation One or more CPUs, device controllers connect through common bus providing access to shared memory Concurrent execution of CPUs and devices competing for memory cycles ‫ تشغيل نظام الكمبيوتر‬ ‫ تتصل وحدات تحكم الجهاز بواحدة أو أكثر من وحدات المعالجة المركزية من خالل ناقل‬ ‫مشترك يوفر الوصول إلى الذاكرة المشتركة‬ ‫ التنفيذ المتزامن لوحدات المعالجة المركزية واألجهزة التي تتنافس على دورات الذاكرة‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.21 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  ‫‪Computer-System Operation‬‬ ‫ ‬ ‫‪I/O devices and the CPU can execute concurrently.‬‬ ‫باإلمكان تنفيذ العمليات الموجودة في المعالج باإلضافة الى الطلبات القادمة من وحدات االدخال واإلخراج بشكل متزامن‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪Each device controller is in charge of a particular device type.‬‬ ‫كل وحدة تحكم تكون مسؤولة عن نوع معين من ا ألجهزة‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪Each device controller has a local buffer.‬‬ ‫كل وحدة تحكم تتضمن مخزن مؤقت محلي‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪CPU moves data from/to main memory to/from local buffers‬‬ ‫يعمل المعالج على نقل البيانات من والى الذاكرة الرئيسية ومن والى المخزن المؤقت‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪I/O is from the device to local buffer of controller.‬‬ ‫يتم استقبال المدخالت والمخرجات من الجهاز الى المخزن المحلي الخاص بوحدة التحكم التابعة‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪Device controller informs CPU that it has finished its operation by causing an‬‬ ‫‪interrupt.‬‬ ‫تقوم وحدة التحكم بإبالغ المعالج بأنها قد قامت بإنهاء عملياتها طريق ارسال إشارة مقاطعة للمعالج‪.‬‬ ‫‪Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005‬‬ ‫‪1.22‬‬ ‫‪Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005‬‬  Common Functions of Interrupts ‫المهام الشائعة إلشارات المقاطعة‬ Interrupt transfers control to the interrupt service routine generally, through the interrupt vector, which contains the addresses of all the service routines. interrupt service ‫تعمل إشارة المقاطعة على نقل التحكم بشكل عام الى االجراء المسؤول عن خدمات المقاطعة‬ ‫ والذي يحتوى عناوين جميع الخدمات‬interrupt vector ‫ عن طريق الـ‬،routine Interrupt architecture must save the address of the interrupted instruction..‫ جميع عناوين التعليمات التي تمت مقطعتها‬interrupt architecture ‫يجب ان تتضمن بنية المقاطعة‬ Incoming interrupts are disabled while another interrupt is being processed to prevent a lost interrupt. ‫ في جالة وجود إشارة مقاطعة‬incommoding interrupts are disabled ‫ يتم عرقلة المقاطعات الواردة‬- lost interrupt ‫أخرى جاري معالجتها من قبل المعالج بغرض منع فقدان إشارات المقاطعة‬ A trap is a software-generated interrupt caused either by an error or a user request..‫ عبارة عن برنامج يقوم بتوليد إشارة المقاطعة الناتجة اما عن خطاء معين او بناء على طلب المستخدم‬Tarp An operating system is interrupt driven..interrupt driven ‫يعتبر نظام التشغيل مبنى على عمليات المقاطعة‬ interrupt vector interrupt service routine ‫ناقالت المقاطعة‬ ‫االجراء المسؤول عن خدمات المقاطعة‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.23 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Interrupt Handling ‫التعامل مع عمليات المقاطعة‬ The operating system preserves the state of the CPU by storing registers and the program counter. ‫يعمل نظام التشغيل على االحتفاظ بحالة المعالج عن طريق تخزين المسجالت وعداد البرنامج‬ Determines which type of interrupt has occurred: ‫تحديد نوعية المقاطعة التي حدثت‬ polling vectored interrupt system ‫نظام المقاطعة المتجه‬ Separate segments of code determine what action should be taken for each type of interrupt ‫تحدد األجزاء المنفصلة من التعليمات البرمجية اإلجراء الذي يجب اتخاذه لكل نوع من‬ ‫أنواع المقاطعة‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.24 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Interrupt Timeline ‫مقاطعة الجدول الزمني‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.25 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  I/O Structure After I/O starts, control returns to user program only upon I/O completion..‫ يتحول التحكم الى برنامج المستخدم فقط عند اكتمال المدخالت او المخرجات‬،‫بعد بدء عملية االدخال او اإلخراج‬ Wait instruction idles the CPU until the next interrupt.‫يتحول متحسس التعليمات داخل المعالج الى حالة الخمول الى وقت المقاطعة التالية‬ Wait loop (contention for memory access)..‫يتم تكوين حلقة انتظار للوصول الى الذاكرة‬ At most one I/O request is outstanding at a time, no simultaneous I/O processing..‫ ال يوجد معالجة متزامنة للمدخالت والمخرجات‬،‫يتواجد طلب واحد معلق (مدخالت او مخرجات) في نفس الوقت‬ After I/O starts, control returns to user program without waiting for I/O completion..‫بعد بدء عملية االدخال أو اإلخراج يعود التحكم الى برنامج المستخدم دون انتظار اكمال عملية االدخال او اإلخراج‬ System call – request to the operating system to allow user to wait for I/O completion..‫ طلب ُمرسل الى نظام التشغيل بغرض السماح للمستخدم باالنتظار إلكمال عملية االدخال او اإلخراج‬:‫ نداء النظام‬System Call Device-status table contains entry for each I/O device indicating its type, address, and state. ‫ يتضمن جدول حاالت األجهزة مدخالت عن كل جهاز ادخال او اخراج يتضمن النوع والعنوان والحالة‬Device-status table.‫الحالية‬ Operating system indexes into I/O device table to determine device status and to modify table entry to include interrupt. ‫ تشير الى جداول حاالت األجهزة لتحديد حالة الجهاز ولتعديل مدخالت الجدول لكي يتم‬indexes ‫يتضمن نظام التشغيل فهارس‬.‫تضمين إشارة المقاطعة‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.26 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Two I/O Methods Synchronous Asynchronous Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.27 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Device-Status Table Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.28 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Storage Structure Direct Memory Access Structure ‫هيكلية الوصول المباشر للذاكرة‬ Used for high-speed I/O devices able to transmit information at close to memory speeds. ‫يتم استخدامها ألجهزة االدخال العالية السرعة القادرة على نقل البيانات بسرعات‬.‫عالية مقاربة لسرعات الذاكرة‬ Device controller transfers blocks of data from buffer storage directly to main memory without CPU intervention. ‫ على نقل مقاطع البيانات‬Device controller ‫تعمل وحدة التحكم بالجهاز‬ ‫ مباشرة الى الذاكرة‬buffer storage ‫من المخزن المؤقت‬blocks of data.‫الرئيسية بدون تدخل المعالج‬ Only one interrupt is generated per block, rather than the one interrupt per byte. ‫يتم انشاء إشارة مقاطعة واحدة لكل مقطع بيانات بدال عن إشارة مقاطعة لكل بت من‬.‫البيانات‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.29 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Storage Structure Main memory – only large storage media that the CPU can access directly. ‫ تمثل وسائط التخزين التي بإمكان المعالج الوصول اليها بشكل مباشر‬: Main memory Secondary storage – extension of main memory that provides large nonvolatile storage capacity. ‫ عبارة عن امتداد للذاكرة الرئيسية والتي تعمل على توفير مساحات تخزينية قادرة على‬: Secondary Memory.‫االحتفاظ بمحتوياتها‬ Magnetic disks – rigid metal or glass platters covered with magnetic recording material :‫ عبارة ان أقراص صلبة معدنية او زجاجية معطاة بمواد تسجيل ذات خاصية مغناطيسية‬: Magnetic disks Disk surface is logically divided into tracks, which are subdivided into sectors. ‫ وكل مسار مقسم على عدة‬،(tracks )‫ سطح القرص ُمقسم بشكل منطقي على مسارات‬:Disk surface.sectors ‫قطاعات فرعية‬ The disk controller determines the logical interaction between the device and the computer..‫ على تحديد طريقة التفاعل المنطقي بين األداة المرتبطة به والجهاز بشكل عام‬Disk Controller ‫يعمل الـ‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.30 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Storage Hierarchy ‫التسلسل الهرمي للتخزين‬ Storage systems organized in hierarchy. ‫يتم ترتيب أنظمة التخزين بحسب التالي‬ Speed ‫السرعة‬ Cost ‫التكلفة‬ Volatility ‫مدى القابلية‬ Caching – copying information into faster storage system; main memory can be viewed as a last cache for secondary storage. ‫ الذاكرة‬،‫ يقصد به نسخ المعلومات الى وحدة تخزين اسرع‬: Cashing ‫ لوحدات التخزين‬Cache ‫ يمكن اعتبارها بأنها اخر‬RAM ‫الرئيسية‬.‫الثانوية‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.31 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  ‫‪Storage-Device Hierarchy‬‬ ‫المسجالت‬ ‫الكاش‬ ‫الرام‬ ‫األقراص االلكترونية‬ ‫األقراص المغناطيسية‬ ‫األقراص الضوئية‬ ‫األشرطة المغناطيسية‬ ‫‪Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005‬‬ ‫‪1.32‬‬ ‫‪Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005‬‬  ‫‪Caching‬‬ ‫ ‬ ‫‪Important principle, performed at many levels in a computer (in hardware, operating‬‬ ‫)‪system, software‬‬ ‫يعتبر الـ ‪ Cashing‬من المبادئ األساسية التي يتم تنفيذها ضمن مستويات متعددة في جهاز الحاسوب (ضمن المكونات المادية‪ ،‬ضمن‬ ‫نظام التشغيل‪ ،‬ضمن البرامج)‬ ‫ ‬ ‫‪Information in use copied from slower to faster storage temporarily‬‬ ‫المعلومات الجاري استخدامها او التي يتم استخدامها بشكل متكرر يتم عمل نسخة مؤقتة منها من الذاكرة األبطئ الى الذاكرة األسرع‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪Faster storage (cache) checked first to determine if information is there‬‬ ‫يتم أوال فحص وحدة التخزين األسرع (‪ )Cache‬لتحديد وجود المعلومات المطلوبة فيها‬ ‫ ‬ ‫)‪If it is, information used directly from the cache (fast‬‬ ‫اذا كانت موجودة‪ ،‬يتم استخدام المعلومات مباشرة منها‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪If not, data copied to cache and used there‬‬ ‫اذا لم تكن موجودة فيها‪ ،‬يتم نسخ المعلومات المطلوبة الى الكاش ومن ثم استخدامها من داخل الكاش‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪Cache smaller than storage being cached‬‬ ‫الكاش عادة ما تكون صغيرة مقارنة بالذاكرة التي يتم منها اخذ المعلومات‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪Cache management importan design problem‬‬ ‫تعتبر إدارة الكاش احدى المشاكل الهامة في تصميم النظام‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪Cache size and replacement policy‬‬ ‫ ‬ ‫سياسة تحديد حجم الكاش واستبدالها او استبدال محتوياتها‪.‬‬ ‫‪Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005‬‬ ‫‪1.33‬‬ ‫‪Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005‬‬  Performance of Various Levels of Storage Movement between levels of storage hierarchy can be explicit or implicit ‫يمكن أن يكون التنقل بين مستويات التسلسل الهرمي للتخزين صري ًحا أو ضمنيًا‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.34 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Performance of Various Levels of Storage ‫أداء مستويات مختلفة من التخزين‬ Movement between levels of storage hierarchy can be explicit or implicit ‫يمكن أن يكون التنقل بين مستويات التسلسل الهرمي للتخزين صري ًحا أو ضمنيًا‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.35 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Migration of Integer A from Disk to Register Multitasking environments must be careful to use most recent value, no matter where it is stored in the storage hierarchy ‫ يجب االنتباه عند استخدام القيمة الحديثة‬:Multitasking environment ‫في بيئة األنظمة ذات المهام المتعددة‬.‫ بغض النظر عن مكان تخزينه داخل احدى وحدات التخزين‬،‫للمتغير‬ Multiprocessor environment must provide cache coherency in hardware such that all CPUs have the most recent value in their cache ‫ او‬cache coherency ‫ تعملي بتوفير كاش ملتحمة‬Multiprocessor ‫األنظمة ذات المعالجات المتعددة‬.‫مرتبطة بالهاردوير بحيث تكون جميع المعالجات تتضمن هذه القيمة داخل الكاش الخاصة بكل منها‬ Distributed environment situation even more complex :‫ يكون الوضع معقد نوعا ما نظرا لـ‬،‫في حالة األنظمة الموزعة‬ Several copies of a datum can exist.‫إمكانية وجود نسخ متعددة من البيانات‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.36 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  ‫‪Operating System Structure‬‬ ‫هيكلية نظام التشغيل‬ ‫ ‬ ‫‪Multiprogramming needed for efficiency‬‬ ‫تعتبر األنظمة ذات البرمجة المتعددة مفيدة من ناحية الكفاءة‪ ،‬حيث ان‪:‬‬ ‫ ‬ ‫‪Single user cannot keep CPU and I/O devices busy at all times‬‬ ‫ال يمكن لمستخدم واحد جعل المعالج ووحدات االدخال واإلخراج مشغولة طوال الوقت‪.‬‬ ‫‪ Multiprogramming organizes jobs (code and data) so CPU always has one‬‬ ‫‪to execute‬‬ ‫تعمل البرمجة المتعددة على تنظيم المهام (األكواد والبيانات)‪ ،‬وبالتالي فإنه يكون لدى المعالج مهمة واحدة للتنفيذ‪.‬‬ ‫ ‬ ‫‪A subset of total jobs in system is kept in memory‬‬ ‫يتم االحتفاظ بمجموعة فرعية من اجمالي المهام في النظام بداخل الذاكرة‪.‬‬ ‫‪ One job selected and run via job scheduling‬‬ ‫يتم اختيار مهمة واحدة وتنفيذها عن طريق جدولة المهام ‪job scheduling‬‬ ‫‪ When it has to wait (for I/O for example), OS switches to another job‬‬ ‫عندما تضطر احدى العمليات لالنتظار(مثال‪ :‬في حالة انتظار استالم مدخالت من قبل المستخدم او انتظار‬ ‫يقوم نظام التشغيل بالتحويل الى مهمة أخرى(إلرسال مخرجات‬ ‫‪Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005‬‬ ‫‪1.37‬‬ ‫‪Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005‬‬  Operating System Structure ‫هيكلية نظام التشغيل‬ Timesharing (multitasking) is logical extension in which CPU switches jobs so frequently that users can interact with each job while it is running, creating interactive computing ،‫تعتبر األنظمة التشاركية في الوقت (متعددة المهام) امتداد منطقي بحيث يقوم المعالج بالتبديل بين المهام بشكل متكرر‬ :‫ وهو ما يعمل على توفير معالجة تفاعلية‬.‫بحيث يكون بإمكان المستخدمين التفاعل من كل مهمة اثناء تنفيذها‬ Response time should be < 1 second.‫زمن االستجابة بجب ان يكون اقل من ثانية واحدة‬ Each user has at least one program executing in memory process.)Process ‫كل مستخدم يكون لديه على األقل برنامج واحد في حالة تنفيذ داخل الذاكرة (وهو ما يسمى بالعملية‬ If several jobs ready to run at the same time  CPU scheduling CPU Scheduling ‫في حالة وجود عدة مهام جاهزة للتنفيذ في نفس الوقت يتم استخدام جدولة المعالج‬ If processes don’t fit in memory, swapping moves them in and out to run ‫ بحيث تم نقلهم من والى المعالج‬،Swapping ‫ يتم تنفيذ الـ‬،‫في حالة عدم إمكانية استيعاب العمليات داخل الذاكرة‬.‫للتنفيذ‬ Virtual memory allows execution of processes not completely in memory ‫ بتنفيذ العمليات الغير مكتملة في الذاكرة‬Virtual memory ‫ تسمح الذاكرة الوهمية‬- Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.38 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Memory Layout for Multiprogrammed System ‫تخطيط الذاكرة لنظام متعدد البرامج‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.39 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Operating-System Operations ‫عمليات نظام التشغيل‬ Interrupt driven by hardware.‫إشارة المقاطعة يتم ارسالها من خالل المكونات المادية‬ Software error or request creates exception or trap.trap ‫ او‬exception ‫األخطاء او الطلبات المكونة بواسطة البرمجيات تعمل على انشاء‬ Division by zero, request for operating system service.‫ طلب خدمة من نظام التشغيل‬،‫مثل القسمة على صفر‬ Other process problems include infinite loop, processes modifying each other or the operating system.‫ تعمل العمليات على تعديل بعضها او تحاول التعديل في نظام التشغيل‬،‫بعض مشاكل العمليات تتضمن الدخول في حلقة ال نهائية‬ Dual-mode operation allows OS to protect itself and other system components.‫ تُمكن نظام التشغيل من حماية نفسة ومكونات األنظمة األخرى‬Dual-Mode ‫عمليات تشغيل الـ‬ User mode and kernel mode ‫وضع المستخدم ووضع النواة‬ Mode bit provided by hardware Provides ability to distinguish when system is running user code or kernel code.kernel mode ‫ ومتى يكون في حالة تنفيذ الـ‬System code ‫توفير القدرة على التمييز متى يكون النظام في حالة تنفيذ الـ‬ Some instructions designated as privileged, only executable in kernel mode Kernel mode ‫( قابلة للتنفيذ فقط في الـ‬privileged )‫بعض االوامر تم تصميمها كميزة‬ System call changes mode to kernel, return from call resets it to user ،Kernel ‫ الخاص بالـ‬mode ‫ على تغيير الـ‬System call ‫تعمل نداءات النظام‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.40 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Transition from User to Kernel Mode kernel mode ‫ الى‬user mode ‫التحويل من‬ n Timer to prevent infinite loop / process hogging resources process ‫ لمنع الدخول في حلقة ال نهائية او قيام العملية بأخذ اكثر من النصيب المخصص لها‬Timer ‫وجود مؤقت‬ :‫ حيث يعمل على‬، hogging resources l Set interrupt after specific period.‫ضبط المقاطعة بعد فترة محددة‬ l Operating system decrements counter.‫يعمل نظام التشغيل على تنقيص العداد‬ l When counter zero generate an interrupt.‫عندما يصل العداد الى الصفر يتم انشاء المقاطعة‬ l Set up before scheduling process to regain control or terminate program that exceeds allotted time. ‫ العميات ليتسلم التحكم من جديد او انهاء تنفيذ البرنامج‬scheduling process ‫يتم اعداده قبل القيام بجدولة‬.‫الذي استنفذ الوقت المتاح له‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.41 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Process Management \ ‫إدارة العمليات‬ A process is a program in execution. It is a unit of work within the system. Program is a passive entity, process is an active entity. passive ‫ يعتبر البرنامج وحدة خاملة‬.‫ داخل النظام‬unit of work ‫ وهي عبارة عن وحدة العمل الرئيسية‬.‫تعرف العملية بأنها برنامج اثناء التنفيذ‬.active entity ‫ في حين تمثل العملية الوحدة النشطة‬،entity Process needs resources to accomplish its task :‫ تحتاج العملية الى تخصيص الموارد التالية‬،‫من اجل اكتمال مهمتها‬ CPU, memory, I/O, files Initialization data ‫تهيئة البيانات‬ Process termination requires reclaim of any reusable resources.‫ يتطلب استرداد الموارد القابلة إلعادة االستخدام والتي كانت تستخدمها هذه العملية‬Process Termination Single-threaded process has one program counter specifying location of next instruction to execute ‫تحتوي العملية أحادية الخيوط على عداد برنامج واحد يحدد موقع االمر التالي للتنفيذ داخل البرنامج‬ Process executes instructions sequentially, one at a time, until completion.‫ امر واحد في كل مرة الى نهاية البرنامج‬،‫تقوم العملية بتنفيذ االوامر بشكل تسلسلي‬ Multi-threaded process has one program counter per thread ‫تحتوي العملية متعددة الخيوط على عداد برنامج واحد لكل خيط‬ Typically system has many processes, some user, some operating system running concurrently on one or more CPUs.‫ تُنفذ جميعها بشكل متزامن داخل معالج واحد او اكثر‬.‫ بعضها خاصة بالمستخدمين والبعض خاصة بالنظام‬،‫بشكل عام يتضمن الجهاز عدد من العمليات‬ Concurrency by multiplexing the CPUs among the processes / threads ‫ عدد وحدات المعالجة المركزية بين العمليات‬multiplexing‫ من خالل مضاعفة‬Concurrency ‫يكون التزامن‬ Threads ‫ او الخيوط‬processes Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.42 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Memory Management :‫إدارة الذاكرة‬ n All data in memory before and after processing.‫إدارة بيانات الذاكرة قبل وبعد المعالجة‬ n All instructions in memory in order to execute.‫تخزين كل أوامر البرنامج في الذاكرة بغرض تنفيذها‬ n Memory management determines what is in memory when Optimizing CPU utilization and computer response to users ‫ وأين سيتم تخزينه لضمان االستخدام األمثل للمعالج‬،‫تعمل إدارة الذاكرة على تحديد ما الذي سيتم تخزينه‬.‫ وهو ما ينعكس على كيفية استجابة الجهاز للمستخدم‬Optimizing CPU utilization n Memory management activities :‫تتمثل مهام إدارة الذاكرة في التالي‬ l Keeping track of which parts of memory are currently being used and by whom.‫تتبع أجزاء الذاكرة المستخدمة ومن قبل من‬ l Deciding which processes (or parts thereof) and data to move into and out of memory.‫تحديد العمليات (او أجزاء منها) التي سيتم نقلها من والى الذاكرة‬ l Allocating and deal locating memory space as needed.‫تخصيص مساحات الذاكرة والغاء تخصيصها حسب الحاجة‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.43 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Storage Management‫إدارة التخزين‬ n OS provides uniform, logical view of information storage ‫يعمل نظام التشغيل على توفير عرضا موحدا منطقيا لتخزين المعلومات‬ l Abstracts physical properties to logical storage unit - file.‫ملخص للخصائص الفيزيائية لوحدة التخزين المنطقية والملفات‬ l Each medium is controlled by device (i.e., disk drive, tape drive) disk, drive, tape ( ‫كل وسيط تخزين يتم التحكم به من بواسطة أداة معينه‬ )drive Varying properties include access speed, capacity, data- transfer rate, access method (sequential or random) ، ‫ ومعدل نقل البيانات‬، ‫ والسعة‬، ‫توفير معلومات متعددة تتضمن سرعة الوصول‬ ‫عشوائية(وطريقة الوصول (متسلسلة أو‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.44 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  n File-System management ‫إدارة نظام الملفات‬ l Files usually organized into directories l Access control on most systems to determine who can access what OS activities include ‫تشمل أنشطة نظام التشغيل‬ Creating and deleting files and directories ‫إنشاء وحذف الملفات والدالئل‬ Primitives to manipulate files and dirs Mapping files onto secondary storage ‫تعيين الملفات على التخزين الثانوي‬  Backup files onto stable (non-volatile) storage media )‫ملفات النسخ االحتياطي على وسائط تخزين مستقرة (غير متطايرة‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.45 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Protection and Security ‫الحماية واألمن‬ n Protection – any mechanism for controlling access of processes or users to resources defined by the OS. ‫ عبارة عن أي الية يقوم نظام التشغيل بتوفيرها لضمان التحكم في كيفية وصول العمليات‬:‫ الحماية‬Protection.‫والمستخدمين لموارد الجهاز‬ n Security – defense of the system against internal and external attacks :‫ الدفاع عن النظام ضد الهجمات الداخلية والخارجية والتي يتوفر منها عدد كبير مثل‬:‫ االمن‬Security l Huge range, including denial-of-service, worms, viruses, identity theft, theft of service n Systems generally first distinguish among users, to determine who can do what :‫عادة ما تقوم األنظمة بالتمييز بين المستخدمين لتحديد صالحيات كال منهم‬ l User identities (user IDs, security IDs) include name and associated number, one per user User IDs, Security IDs ‫والتي تتضمن اسم ورقم لكل مستخدم‬ l User ID then associated with all files, processes of that user to determine access control.‫ مع كل الملفات والعمليات الخاصة به‬User Ids ‫ يتم ربط الـ‬،‫بغرض التحكم في الوصول‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.46 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005  Group identifier (group ID) allows set of users to be l defined and controls managed, then also associated with each process, file ‫ ومن‬،‫ يسمح بتعريف وإعطاء صالحيات لمجموعة من المستخدمين‬Group Ids.‫ثم تخصيص كل مستخدم بالملفات والعمليات الالزمة له‬ l Privilege escalation allows user to change to effective ID with more rights effective ID ‫ يسمح للمستخدم ان يحصل على‬Privilege escalation.‫مع صالحيات اكثر‬ ‫ هشام القاضي‬/ ‫ترتيب الطالب‬ Operating System Concepts – 7th Edition, Jan 12, 2005 1.47 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2005