Chapter 1: Introduction to Operating Systems PDF

Operating Systems 1 TECM 111  Chapter 1: Introduction to Operating System 2 Chapter 1: Introduction to Operating System Chapter outline ▸ I. Introduction ▸ II. Computer system: overview and organization ▸ III. OS History, objectives, services and interfaces ▸ IV....

Operating Systems 1 TECM 111  Chapter 1: Introduction to Operating System 2 Chapter 1: Introduction to Operating System Chapter outline ▸ I. Introduction ▸ II. Computer system: overview and organization ▸ III. OS History, objectives, services and interfaces ▸ IV. Operating System Structure: Architecture, Interrupt handling, System Call ▸ V. Conclusion 3 Chapter 1: Introduction to Operating System I. Introduction: ▸ A computer is composed of two main parts: hardware and software ▸ ‫ الأجهزة والبرامج‬:‫يتكون الكمبيوتر من جزأين رئيسيين‬ ▸ An operating system is a mean to manage the computer hardware ▸ ‫نظام التشغيل هو وسيلة لإدارة أجهزة الكمبيوتر‬ ▸ Currently, various OS are available ▸ ‫ تتوفر أنظمة تشغيل مختلفة‬، ‫حاليا‬ 4  Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Overview‫ نظرة عامة‬:‫ نظام الكمبيوتر‬. ✔ An electronic device that can store, retrieve and process data. ✔.‫جهاز إلكتروني يمكنه تخزين البيانات واسترجاعها ومعالجتها‬ ✔ An electronic device with a processor (Central Processing Unit CPU) and other components (mother board, memories, I/O modules, etc). ✔ ‫جهاز إلكتروني مزود بمعالج (وحدة المعالجة المركزية‬CPU ، ‫ الذكريات‬، ‫) ومكونات أخرى (اللوحة الأم‬.)‫ إلخ‬، ‫ الإخراج‬/ ‫وحدات الإدخال‬ ▸ A computer is: ✔ Is composed of two main parts : Hardware and software. ✔.‫ الأجهزة والبرامج‬:‫يتكون من جزأين رئيسيين‬ 5 Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Overview ▸ Hardware: is the collection of physical parts ▸ ‫ هي مجموعة من الأجزاء المادية‬:‫الأجهزة‬ ▸ Software: is a set of programs, which is designed to perform a well- defined function. ▸ ‫ والتي تم تصميمها لأداء وظيفة محددة جيدا‬، ‫ هي مجموعة من البرامج‬:‫البرمجيات‬ 6 Chapter 1: Introduction to Operating Systems Computer hardware and software structure 7 Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Overview ▸ Examples of computers: ‫أمثلة‬ :‫على أجهزة الكمبيوتر‬ ▸ ✔ Personal computer (PC).( ‫ الكمبيوتر الشخصي‬PC.) ✔ Desktop computer..‫كمبيوتر مكتبي‬ ✔ Notebook computer‫كمبيوتر محمول‬ ✔ … 8 Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Organization ‫المؤسسة‬ ▸ The hardware part of a computer is composed of: :‫يتكون جزء الأجهزة من الكمبيوتر من‬ ▸ Motherboard ▸ At least one processor (CPU) ▸ Memories (RAM , ROM, Hard Disk, …) ▸ I/O modules ▸ System Bus ▸ Adapter cards (Sound card, Video card) ▸ )‫ بطاقة الفيديو‬،‫بطاقات المحول (بطاقة الصوت‬ 9 Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Organization ❖ Motherboard: ⮚ Is the main circuit board which holds some of the components like CPU, RAM, and has connectors to other components of the computer. ⮚ ‫هي لوحة الدائرة الرئيسية التي تحتوي على بعض المكونات مثل وحدة المعالجة المركزية وذاكرة الوصول‬.‫العشوائي ولديها موصلات لمكونات أخرى للكمبيوتر‬ ⮚ The motherboard connects directly or indirectly to every part of the computer. ⮚.‫تتصل اللوحة الأم بشكل مباشر أو غير مباشر بكل جزء من الكمبيوتر‬ 10 Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Organization Motherboard card 11 Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Organization ❖ Processor: :‫المعالج‬ ⮚ Controls the operation of the computer and performs its data processing functions. When there is only one processor, it is often referred to as the Central Processing Unit..‫يتحكم في تشغيل الكمبيوتر ويؤدي وظائف معالجة البيانات الخاصة به‬.‫ غالبا ما يشار إليه باسم وحدة المعالجة المركزية‬، ‫عندما يكون هناك معالج واحد فقط‬ ⮚ A processor’s speed is measured in Gigahertz (Ghz). ‫يتم قياس سرعة المعالج‬ ( ‫بالجيجاهرتز‬Ghz.) ⮚ Higher the hertz, the faster the process in of instructions. ⮚.‫ وأسرع عملية في التعليمات‬، ‫أعلى هيرتز‬ 12 Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Organization ❖ Processor:‫المعالج‬ ✔ Control Unit: directs and coordinates operations in computer :‫وحدة التحكم‬ ‫توجه وتنسق العمليات في الكمبيوتر‬ ✔ Arithmetic logic Unit (ALU): performs arithmetic, comparison, and logical operations.( ‫ وحدة المنطق الحسابي‬ALU.‫ تقوم بالعمليات الحسابية والمقارنة والمنطقية‬:) 13 Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Organization ❖ Memories: ⮚ RAM (Random Access Memory) : is also called main memory. RAM is used to store data and programs. It is a volatile memory: when the computer is shut down, the contents of the memory are lost. ⮚ ‫ تستخدم ذاكرة‬.‫ وتسمى أيضا الذاكرة الرئيسية‬: )‫ذاكرة الوصول العشوائي (ذاكرة الوصول العشوائي‬ ‫ يتم فقد‬، ‫ عند إيقاف تشغيل الكمبيوتر‬:‫ إنها ذاكرة متقلبة‬.‫الوصول العشوائي لتخزين البيانات والبرامج‬.‫محتويات الذاكرة‬ ⮚ 14 Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Organization ❖ Memories: ⮚ ROM (Read Only Memory): is a non-volatile memory. It contains the information needed to start the computer. ROM ‫ هي ذاكرة غير‬:)‫(ذاكرة للقراءة فقط‬.‫ أنه يحتوي على المعلومات اللازمة لبدء تشغيل الكمبيوتر‬.‫متطايرة‬ ⮚ The BIOS (Basic Input/ Output System) checks to make sure all the necessary hardware is attached and working. It then begins loading the OS found on the hard disk. ‫يتحقق‬BIOS ‫ الإخراج الأساسي) للتأكد من توصيل جميع الأجهزة‬/ ‫(نظام الإدخال‬.‫ ثم يبدأ في تحميل نظام التشغيل الموجود على القرص الثابت‬.‫الضرورية وعملها‬ ⮚ BIOS loads the boot loader. ‫ يقوم‬BIOS.‫بتحميل محمل التمهيد‬ 15 Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Organization ❖ Memories: ⮚ Cache memory : is a special very high-speed memory used to speed up synchronization with high-speed CPU. ‫ هي ذاكرة خاصة‬: ‫ذاكرة التخزين المؤقت‬.‫عالية السرعة تستخدم لتسريع المزامنة مع وحدة المعالجة المركزية عالية السرعة‬ This memory, also called high-speed memory, acts as a buffer between RAM and the CPU. ، ‫ التي تسمى أيضا الذاكرة عالية السرعة‬، ‫تعمل هذه الذاكرة‬.‫كمخزن مؤقت بين ذاكرة الوصول العشوائي ووحدة المعالجة المركزية‬ It holds frequently requested data and instructions so that they are immediately available to the CPU when needed. ‫يحتوي على البيانات‬.‫والتعليمات المطلوبة بشكل متكرر بحيث تكون متاحة على الفور لوحدة المعالجة المركزية عند الحاجة‬ 16 Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Organization ❖ Memories: ⮚ Cache memory Cache memory 17 Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Organization ❖ Memories: ⮚ Disk memory: is used to store data. Its content is retained even when the computer system is shut down. ‫ يتم الاحتفاظ‬.‫ تستخدم لتخزين البيانات‬:‫ذاكرة القرص‬.‫بمحتواه حتى عندما تم إيقاف تشغيل نظام الكمبيوتر‬ 18 Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Organization ❖ I/O modules: ⮚ Move data between the computer and its external environment. ‫نقل‬.‫البيانات بين الكمبيوتر وبيئته الخارجية‬ ⮚ The external environment consists of a variety of devices, including secondary memory devices (ex: disks), communications equipments, and terminals. ‫ بما‬، ‫تتكون البيئة الخارجية من مجموعة متنوعة من الأجهزة‬.‫ الأقراص) ومعدات الاتصالات والمحطات الطرفية‬:‫في ذلك أجهزة الذاكرة الثانوية (على سبيل المثال‬ 19 Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Organization ❖ System Bus: :‫ناقل النظام‬ ⮚ Are circuitry paths for transmitting data and signals among the parts of the computer system‫هي مسارات الدوائر لنقل البيانات والإشارات بين أجزاء نظام الكمبيوتر‬ ⮚ Three main types of buses ‫ثلاثة أنواع رئيسية من الحافلات‬ 20 Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Organization ❖ System Bus types: 1. Data Bus: pass information in bi-directional ‫ تمرير المعلومات‬:‫ناقل البيانات‬ ‫في اتجاهين‬ 2. Address Bus: transmits signals indicating where data should be placed ‫ ينقل إشارات تشير إلى المكان الذي يجب وضع البيانات فيه‬:‫ناقل العنوان‬ 3. Control Bus: transmits signal specifying whether to read or write data to or from primary storage address, input device or output device. ‫ ينقل إشارة تحدد ما إذا كنت تريد قراءة البيانات أو كتابتها من أو إلى عنوان‬:‫ناقل التحكم‬.‫التخزين الأساسي أو جهاز الإدخال أو جهاز الإخراج‬ 21 Chapter 1: Introduction to Operating System II. Computer System: Organization ❖ Adapter cards: :‫بطاقات المحول‬ ⮚ Is a circuit that allows the computer to communicate with another peripheral..‫هي دائرة تسمح للكمبيوتر بالاتصال بطرف طرفي آخر‬ ⮚ Example: Network card, video card‫ بطاقة الشبكة وبطاقة الفيديو‬:‫مثال‬ 22 Chapter 1: Introduction to Operating System III. OS History, objectives, services and interfacesIII ‫تاريخ نظام التشغيل‬. ‫والأهداف والخدمات والواجهات‬ 3.1. OS History: Computers and operation system evolution ❖ Using the computers from the late 1940s to the mid 1950s: ‫باستخدام أجهزة الكمبيوتر‬ 1940 ‫من أواخر‬s1950 ‫ إلى منتصف‬s: - The programmer interacted directly with the computer hardware: - :‫تفاعل المبرمج مباشرة مع أجهزة الكمبيوتر‬ there was no OS..‫لم يكن هناك نظام تشغيل‬ - These computers where run from a console consisting of display lights, toggle switches, some form of input device, and a printer. ‫حيث‬ ‫يتم تشغيل أجهزة الكمبيوتر هذه من وحدة تحكم تتكون من شاشة عرض الأضواء ومفاتيح التبديل وبعض‬.‫أشكال جهاز الإدخال والطابعة‬ 23 Chapter 1: Introduction to Operating System III. OS History, objectives, services and interfaces 3.1. OS History: Computers and operation system evolution - Programs in machine code were loaded via the input device (e.g. card reader)..)‫تم تحميل البرامج في رمز الجهاز عبر جهاز الإدخال (مثل البطاقة القارئ‬ 1/ If an error halted the program, the error condition was indicated by the lights..‫ فقد تمت الإشارة إلى حالة الخطأ بواسطة اضواء‬، ‫ إذا أدى خطأ إلى إيقاف البرنامج‬/ 2/ If the program proceeded to a normal completion the out-put appeared on the printer. ‫ فإن الإخراج ظهرت‬، ‫إذا شرع البرنامج في الانتهاء بشكل طبيعي‬.‫على الطابعة‬ 24 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.1. OS History: Computers and operation system evolution Need for an OS ⮚ History of operating systems ? ⮚ The history of operating systems is strongly linked to the evolution of computers..‫يرتبط تاريخ أنظمة التشغيل ارتباطا وثيقا بتطور أجهزة الكمبيوتر‬ Different generations of computers and evolution of operating systems? ‫أجيال مختلفة من أجهزة الكمبيوتر وتطور أنظمة التشغيل؟‬ 25  Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.1. OS History: Computers and operation system evolution ✔ First Generation: 1945-1955 ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) ENIAC ‫(التكامل‬ )‫العددي الإلكتروني والكمبيوتر‬ A computer with 30 tons of weight‫ طنا‬30 ‫جهاز كمبيوتر بوزن‬ Systems that use vacuum tubes (18000) ‫الأنظمة التي تستخدم‬ )18000( ‫الأنابيب المفرغة‬ Only 5000 additions/second‫ ثانية‬/ ‫ إضافة‬5000 ‫فقط‬ Programs are inserted using plug-boards ‫يتم إدراج البرامج‬ ‫باستخدام لوحات التوصيل‬ 🡺 No operating systems 26  Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.1. OS History: Computers and operation system evolution First Generation: 1945-1955 ⮚ No operating systems ⮚ Improvement; Since 1950 use of punch cards 27 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.1. OS History: Computers and operation system evolution ❖ Disadvantages: ⮚ Manual programming in machine language ‫البرمجة اليدوية بلغة الآلة‬ ⮚ Very large computers ‫أجهزة كمبيوتر كبيرة جدا‬ ⮚ Fragile due to the use of vacuum tubes ‫هشة بسبب استخدام الأنابيب المفرغة‬ ⮚ Slow ‫بطيء‬ ⮚ … 🡺 Second generation ‫🡺 الجيل الثاني‬ 28 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.1. OS History: Computers and operation system evolution Second generation :1955-1965 Use of Transistors , Batch operating systems and mainframes ‫استخدام الترانزستورات وأنظمة‬ ‫التشغيل الدفعية والحاسبات المركزية‬ Less fragile‫اقل هشاشه‬ ❖ Computers with transistors Dissipate less energy Less expensive ❖ Computers with batch operating systems🡺 are faster ❖ Mainframe 🡺 Grate processing power, … ❖ First operating systems (FMS: Fortran Monitor System) 29 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.1. OS History: Computers and operation system evolution Second generation :1955-1965 30 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.1. OS History: Computers and operation system evolution Third Generation: 1965-1980‫الجيل الثالث‬ ❖ integrated circuits (E.g. CPUs) )‫الدوائر المتكاملة (مثل وحدات المعالجة المركزية‬ Operating systems based on Multiprogramming ‫أنظمة التشغيل القائمة على البرمجة المتعددة‬ Share of ressources between the different tasks ‫المهام‬ ‫حصة الموارد بين‬ ‫المختلفة‬ Memory, processor, 🡺 Faster programs execution, faster computers ‫ أجهزة‬، ‫تنفيذ أسرع للبرامج‬ ‫كمبيوتر أسرع‬ Appearance of UNIX‫ظهور يونكس‬ 31 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.1. OS History: Computers and operation system evolution Fourth generation :1980-present‫الجيل الرابع‬ Improvement and miniaturization of processors (Appearance of processors) )‫تحسين وتصغير المعالجات (ظهور المعالجات‬ More reliable computers and microcomputers ‫أجهزة كمبيوتر وأجهزة كمبيوتر صغيرة‬ ‫أكثر موثوقية‬ Different versions of operating systems (MS-DOS, Macintosh, Windows, Linux)( ‫ إصدارات مختلفة من أنظمة التشغيل‬MS-DOS‫ لينكس‬، ‫ ويندوز‬، ‫ ماكنتوش‬، 32  Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.1. OS History: Computers and operation system evolution ▸ Categories of Operating Systems ▹ Single-User/Single-tasking (ex: MS-DOS) ‫مهمة واحدة‬/‫مستخدم واحد‬ ▹ Single-User/Multitasking (ex: early versions of Windows and Macintosh)‫ تعدد المهام‬/ ‫) مستخدم واحد‬ ▹ Multi-User/Multitasking ‫ تعدد المهام‬/ ‫تعدد المستخدمين‬ ▹ one user at a time: modern OSs (Windows XP, Mac OSX..etc) ‫ أنظمة‬:‫مستخدم واحد في كل مرة‬ ‫التشغيل الحديثة‬ ▹ simultaneous multitasking: ex: Servers‫تعدد المهام في وقت واحد‬ Real-Time: ‫الوقت الحقيقي‬ ▹ Dedicated, embedded systems‫أنظمة مخصصة ومدمجة‬ ▹ very fast ‫سريع جدا‬ ▹ Ex: Medical equipment, scientific instruments, machinery ‫ المعدات الطبية والأدوات‬:‫مثال‬ ‫العلمية والآلات‬. 33 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.1. OS History: Computers and operation system evolution ▸ Types of Operating Systems Single-user/single-tasking ‫ مهمة واحدة‬/ ‫مستخدم واحد‬ 34 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.1. OS History: Computers and operation system evolution ▸ Types of Operating Systems Single-user/multitasking ‫ تعدد المهام‬/ ‫مستخدم واحد‬ 35 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.1. OS History: Computers and operation system evolution ▸ Types of Operating Systems Multiuser/multitasking ‫تعدد المهام‬/‫تعدد المستخدمين‬ 36 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.1. OS History: Computers and operation system evolution ▸ Actual Operating Systems 37 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.2 Operating System: Objectives ‫ الأهداف‬:‫نظام التشغيل‬ ▸ The OS is important to easily use the software and hardware of a computer..‫نظام التشغيل مهم لاستخدام البرامج والأجهزة الخاصة بجهاز الكمبيوتر بسهولة‬ ▸ To perform this goal, each OS offers different services and an interface..‫ يقدم كل نظام تشغيل خدمات مختلفة وواجهة‬، ‫لتحقيق هذا الهدف‬ 38 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Services ‫ الخدمات‬: ‫نظام التشغيل‬ ▸ The operating system is: :‫نظام التشغيل هو‬ ▸ A User/computer interface ‫ الكمبيوتر‬/ ‫واجهة المستخدم‬ ▸ A resource manager ‫مدير الموارد‬ 39 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Services ‫ كمبيوتر‬/ ‫ نظام تشغيل كواجهة مستخدم‬/ ‫أ‬ A/ An operating system as a user/computer interface ‫مستخدم‬ User ‫البرامج التطبيقية‬ Application Software ‫نظام التشغيل‬ Operating system ‫نظام الأجهزة‬ Hardware system 40  Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Services A/ An operating system as a user/computer interface ‫تطوير البرنامج‬ ▸ Program development ‫تنفيذ البرنامج‬ ▸ Program execution ‫إدارة الذاكرة‬ ▸ Memory management ▸ Access to I/O devices ‫ الإخراج‬/ ‫الوصول إلى أجهزة الإدخال‬ ‫خدمات مختلفة لنظام التشغيل‬ ‫التحكم في الوصول إلى الملفات‬ ▸ Controlled access to files Different services of an OS ‫ ▸ الوصول إلى النظام‬System access ‫ ▸ كشف الأخطاء والاستجابة لها‬Error detection and response ‫محاسبة‬ ▸ Accounting ‫أمن‬ ▸ Security 41 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Services ▸ Program Development: The OS provides a variety of facilities and services, such as: ‫يوفر نظام التشغيل‬ :‫ مثل‬، ‫مجموعة متنوعة من المرافق والخدمات‬ ✔ Editors ‫المحررين‬ ✔Debuggers; Computer programs that are used to test and debug other programs ‫ برامج الكمبيوتر التي يتم استخدامها لاختبار وتصحيح البرامج الأخرى‬.‫مصححو الأخطاء‬ ✔Assisting programmer in creating programs..‫مساعدة المبرمج في إنشاء البرامج‬ 42 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Services ▸ Program Execution: ❖ To execute a program, a number of steps need to be performed; ‫ يجب تنفيذ عدد من الخطوات ؛‬، ‫لتنفيذ برنامج‬ ✔Instructions and data must be loaded into main memory, I/O devices and files must be initialized, and other resources must be prepared. ‫ الإخراج‬/ ‫ ويجب أن تكون أجهزة الإدخال‬، ‫يجب تحميل التعليمات والبيانات في الذاكرة الرئيسية‬ ‫ ويجب إعداد موارد أخرى‬، ‫والملفات تمت تهيئتها‬ 🡺 The OS handles the scheduling of these tasks..‫يعالج نظام التشغيل جدولة هذه المهام‬ 43 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Services ▸ Memory Management: :‫إدارة الذاكرة‬ ❖The OS manages the placement of programs and data in memory ‫يدير نظام التشغيل وضع البرامج والبيانات في الذاكرة‬ ❖It makes optimal use of memory ‫يجعل الاستخدام الأمثل للذاكرة‬ 44 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Services ▸ Access to Input/Ouput (I/O) devices: ❖ Each I/O device (external hard disk, flash disk, …) requires it own peculiar set of instructions or control signals for operation. ‫) مجموعة خاصة به من تعليمات أو‬... ، ‫ قرص فلاش‬، ‫ إخراج (قرص صلب خارجي‬/ ‫يتطلب كل جهاز إدخال‬.‫إشارات تحكم للتشغيل‬ ❖ The OS provides a uniform interface that hides these details so that programmers can access such devices using simple reads and writes. ‫يوفر نظام التشغيل واجهة موحدة تخفي هذه التفاصيل حتى يتمكن المبرمجون من الوصول إلى‬ ‫هذه الأجهزة باستخدام عمليات قراءة وكتابة بسيطة‬ 45 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Services Controlled access to files (File Management): ‫التحكم في الوصول إلى الملفات (إدارة‬ :)‫الملفات‬ ▸ ❖ For file access, the OS must reflect a detailed understanding on not only the nature of the I/O device but also the structure of the data contained in the files on the storage medium. / ‫ يجب أن يعكس نظام التشغيل فهما مفصلا ليس فقط لطبيعة جهاز الإدخال‬، ‫للوصول إلى الملفات‬.‫الإخراج ولكن أيضا بنية البيانات الموجودة في الملفات الموجودة على وسيط التخزين‬ ❖ In the case of a system with multiple users, the OS may provide protection mechanisms to control access to the files. ‫ قد يوفر نظام التشغيل آليات حماية ل التحكم في الوصول‬، ‫في حالة وجود نظام به عدة مستخدمين‬.‫إلى الملفات‬ 46 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Services ▸ Controlled access to files (File Management): ❖ The OS handles the organization and tracking of files and directories (folders) saved to or retrieved from the hard drive. ‫يتعامل نظام التشغيل مع تنظيم وتتبع الملفات والدلائل (المجلدات) المحفوظة في أو استرجاعها من القرص‬ ‫الصلب‬ ❖ The file management system allows the user to perform such tasks (for examples: creating files and directories, renaming files, etc) ، ‫ إنشاء الملفات والدلائل‬:‫يسمح نظام إدارة الملفات للمستخدم بأداء مثل هذه المهام (على سبيل المثال‬ ‫ إلخ‬، ‫وإعادة تسمية الملفات‬ 47 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Services ▸ System access: ❖ For shared or public systems, the OS controls access to the system as a whole and to specific system resources. ‫ يتحكم نظام التشغيل في الوصول إلى النظام ككل وإلى‬، ‫بالنسبة للأنظمة المشتركة أو العامة‬.‫موارد نظام محددة‬ ❖ The access function must provide protection of resources and data from unauthorized users and must resolve conflicts for resource contention. ‫يجب أن توفر وظيفة الوصول حماية الموارد والبيانات من غير المصرح به المستخدمين ويجب حل‬ ‫التعارضات للتنازع على الموارد‬ 48 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Services ▸ Error detection and response: ❖ A variety of errors can occur while a computer system is running (e.g, memory error, hardware error, software error such as division by zero). ‫ خطأ‬، ‫ خطأ في الذاكرة‬، ‫يمكن أن تحدث مجموعة متنوعة من الأخطاء أثناء تشغيل نظام الكمبيوتر (على سبيل المثال‬.)‫ خطأ في البرنامج مثل القسمة على صفر‬، ‫في الأجهزة‬ 🡺In each case, the OS must provide a response that clears the error condition with the least impact on running applications..‫ يجب أن يوفر نظام التشغيل استجابة تمسح حالة الخطأ بأقل التأثير على تشغيل التطبيقات‬، ‫في كل حالة‬ 49 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Services Error detection and response: :‫اكتشاف الأخطاء والاستجابة لها‬ The response may be::‫قد يكون الرد‬ ✔Ending the program that caused the error ‫إنهاء البرنامج الذي تسبب في الخطأ‬ ✔Retrying the operation, ، ‫إعادة محاولة العملية‬ ✔Simply reporting the error to the application..‫ما عليك سوى الإبلاغ عن الخطأ إلى التطبيق‬ 50 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Services Accounting:‫محاسبة‬ ▸ ❖ A good OS will collect usage statistics for various resources and monitor performance parameters such as response time. ‫سيقوم نظام التشغيل الجيد بجمع إحصائيات الاستخدام للموارد المختلفة ومراقبة معلمات الأداء مثل‬ ‫وقت الاستجابة‬ ❖ On any system, this information is useful in anticipating the need for future enhancements and in tuning the system to improve performance. ‫ هذه المعلومات مفيدة في توقع الحاجة إلى تحسينات مستقبلية وفي ضبط النظام‬، ‫على أي نظام‬ ‫لتحسين الأداء‬ 51 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Services Security : :‫أمن‬ ▸ ❖ An OS provides password-protected authentication of the user before allowing access ‫يوفر نظام التشغيل مصادقة محمية بكلمة مرور للمستخدم قبل السماح‬ ❖ An OS checks user name and password ‫نظام التشغيل من اسم المستخدم وكلمة المرور‬ ❖An OS restricts the actions that can be performed on a computer, customized for each user. ‫ حسب الطلب لكل مستخدم‬، ‫يقيد نظام التشغيل الإجراءات التي يمكن تنفيذها على جهاز كمبيوتر‬ 52 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Services B/ An operating system as Resource Manager ‫ نظام تشغيل كمدير موارد‬/ A computer is a set of resources for data storage, data processing, etc. The OS is responsible for managing these resources. ‫ نظام التشغيل هو‬.‫الكمبيوتر عبارة عن مجموعة من الموارد لتخزين البيانات ومعالجة البيانات وما إلى ذلك‬ ‫مسؤول عن إدارة هذه الموارد‬ 53 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Interfaces ❖ User Interface is: ✔ A software layer for user interaction ‫طبقة برامج لتفاعل المستخدم‬ Includes the command processor ‫يتضمن معالج الأوامر‬ Includes the visual components of the OS ‫يتضمن المكونات المرئية لنظام التشغيل‬ ✔ Types of User Interfaces: :‫أنواع واجهات المستخدم‬ 1. Command-Line Interface ‫واجهة سطر الأوامر‬ 2. Graphical User Interface (GUI) ( ‫واجهة المستخدم الرسومية‬GUI) 54 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Interfaces 1. Command-Line Interface MS-DOS prompt (example of command-line Interface) 55 Chapter 1: Introduction to Operating Systems III. OS History, objectives, services and interfaces 3.3. Operating System : Interfaces 2. Graphical User Interface (GUI) Examples of graphical interfaces 56 Chapter 1: Introduction to Operating Systems IV. Operating System Structure: Architecture, Interrupt handling, System Call 4.1. Operating System Structure: Architecture ‫ الهندسة‬:‫هيكل نظام التشغيل‬.1. ‫المعمارية‬ ✔ The monolithic operating system is ‫نظام التشغيل المتآلف هو نظام تشغيل أساسي للغاية يتم فيه‬ a very basic operating system in ‫التحكم مباشرة في إدارة الملفات وإدارة الذاكرة وإدارة الجهاز‬ which file management, memory ‫ كل هذه المكونات مثل إدارة‬.‫وإدارة العمليات داخل النواة‬ management, device management,.‫الملفات وإدارة الذاكرة وما إلى ذلك موجودة داخل النواة‬ and process management is directly controlled within the kernel. All these components like file management, memory management etc. are located within the kernel. 57 A monolithic OS architecture 58 Chapter 1: Introduction to Operating Systems IV. Operating System Structure: Architecture, Interrupt handling, System Call 4.1. Operating System Structure: Architecture a. Monolithic Operating System‫ نظام التشغيل المتآلف‬.‫أ‬ ✔ + Works for small tasks ‫يعمل للمهام الصغيرة‬ ✔ + Fast ✔ - generates errors and bugs ‫يولد الأخطاء والأخطاء‬ ✔ Operating systems became larger and more complex ‫أصبحت أنظمة التشغيل أكبر‬ ‫وأكثر تعقيدا‬ Solution: Layered Operating System ‫ نظام‬:‫الحل‬ ✔ ‫التشغيل متعدد الطبقات‬ 🡺 Monolithic designs became unwieldy..‫أصبحت التصاميم المتجانسة غير عملية‬ 59 Chapter 1: Introduction to Operating Systems IV. Operating System Structure: Architecture, Interrupt handling, System Call 4.1. Operating System Structure: Architecture b. Layered Operating System‫نظام التشغيل متعدد الطبقات‬. ✔ Grouping components that perform similar functions into layers..‫تجميع المكونات التي تؤدي وظائف متشابهة في طبقات‬ ✔ Each layer communicates with those above and below it..‫تتواصل كل طبقة مع من فوقها وتحتها‬ ✔ Lower level layers provide services to higher-level ones using an interface that hides their implementation..‫توفر طبقات المستوى الأدنى خدمات للطبقات ذات المستوى الأعلى باستخدام واجهة تخفي تنفيذها‬ ✔ EX: Windows XP, Linux 60 Chapter 1: Introduction to Operating Systems IV. Operating System Structure: Architecture, Interrupt handling, System Call 4.1. Operating System Structure: Architecture ✔Layering provides a distinct advantage in an operating system..‫توفر الطبقات ميزة مميزة في نظام التشغيل‬ ✔All the layers can be defined separately and interact with each other as required. ‫يمكن تعريف جميع الطبقات بشكل منفصل والتفاعل مع بعضها البعض كما هو‬.‫مطلوب‬ ✔Also, it is easier to create, maintain and update the system if it is done in the form of layers. Change in one layer specification does not affect the rest of the layers. ‫ لا‬.‫ من الأسهل إنشاء النظام وصيانته وتحديثه إذا تم ذلك في شكل طبقات‬، ‫أيضا‬ ‫يؤثر التغيير في مواصفات طبقة واحدة على بقية الطبقات‬ A layered OS architecture 61 Chapter 1: Introduction to Operating Systems IV. Operating System Structure: Architecture, Interrupt handling, System Call 4.1. Operating System Structure: Architecture c. Microkernel Operating System ‫ نظام التشغيل‬.‫ج‬Microkernel ✔ In microkernel designs, most operating system components execute outside the kernel with a lower privilege level. ‫في تصميمات‬microkernel ‫ يتم تنفيذ معظم مكونات نظام التشغيل خارج‬، kernel.‫بمستوى امتياز أقل‬ Ex: process management, networking, device https://www.youtube.com/watch?v=Z5BkXXEQLQg management :‫على سبيل المثال‬ ‫ إدارة‬، ‫ الشبكات‬، ‫إدارة العمليات‬ ‫الجهاز‬ 62 Chapter 1: Introduction to Operating Systems IV. Operating System Structure: Architecture, Interrupt handling, System Call 4.1. Operating System Structure: Architecture c. Microkernel Operating System ✔ Microkernels exhibit a high degree of modularity, making them extensible, portable and scalable. Further, because the microkernel does not rely on each component to execute, one or more components can fail, without causing the OS to fail. ‫تظهر‬Microkernels ‫ علاوة على ذلك‬.‫ مما يجعلها قابلة للتوسيع والمحمولة وقابلة للتطوير‬، ‫درجة عالية من النمطية‬ ‫ نظرا لأن‬،microkernel ‫ دون التسبب في فشل‬، ‫ فقد يفشل مكون واحد أو أكثر‬، ‫لا يعتمد على كل مكون للتنفيذ‬.‫نظام التشغيل‬ ✔ EX: Windows XP and Linux contain modular components. ‫ يحتوي نظاما التشغيل‬: Windows XP‫ و‬Linux.‫على مكونات معيارية‬ 63 Chapter 1: Introduction to Operating Systems IV. Operating System Structure: Architecture, Interrupt handling, System Call 4.1. Operating System Structure: Architecture c. Microkernel Operating System ‫في بنية‬microkernel ‫ يتم وضع الخدمات الأكثر أهمية فقط‬، ‫داخل النواة وبقية خدمة نظام التشغيل موجودة في برنامج‬.‫تطبيق النظام‬ In microkernel architecture, only the most important services are put inside the kernel and rest of the OS service are present in the system application program. Now the user can easily interact with those not-so important services within the system applications and kernel i.e., microkernel is solely responsible for the three most important services of operating system : ‫الآن يمكن للمستخدم التفاعل بسهولة مع تلك الخدمات غير‬ - Inter-process communication ‫التواصل بين العمليات‬ ‫ أي أن‬، ‫المهمة داخل تطبيقات النظام والنواة‬microkernel ‫هي‬ - Memory management ‫إدارة الذاكرة‬ :‫المسؤولة الوحيدة عن أهم ثلاث خدمات لنظام التشغيل‬ - CPU scheduling‫جدولة وحدة المعالجة المركزية‬ 64 A microkernel OS architecture 65 Chapter 1: Introduction to Operating Systems IV. Operating System Structure: Architecture, Interrupt handling, System Call 4.1. Operating System Structure: Architecture d. Networked & Distributed Operating System‫ نظام التشغيل الشبكي والموزع‬.‫د‬ ❖ Network operating system‫نظام تشغيل الشبكة‬ ✔ A network operating system enables its processes to access resources (e.g. files) that reside on other independent computers on a network ‫يمكن نظام تشغيل الشبكة عملياته من الوصول إلى الموارد (مثل‬.‫الملفات) الموجودة على أجهزة الكمبيوتر المستقلة الأخرى على الشبكة‬ ✔ The structure of many networked and distributed OS is often based on the client/server model. ‫غالبا ما تعتمد بنية العديد من أنظمة التشغيل المتصلة بالشبكة والموزعة‬.‫ الخادم‬/ ‫على نموذج العميل‬ 66 Chapter 1: Introduction to Operating Systems IV. Operating System Structure: Architecture, Interrupt handling, System Call 4.1. Operating System Structure: Architecture d. Networked & Distributed Operating System. ‫نظام التشغيل الشبكي والموزع‬ ❖ Network operating system The client computers in such a network request resources via the appropriate network ‫تطلب أجهزة الكمبيوتر العميلة في مثل هذه الشبكة الموارد عبر الشبكة المناسبة‬ protocol, The servers respond with the appropriate resources..‫ تستجيب الخوادم بالموارد المناسبة‬، ‫البروتوكول‬ Ex: files, processor time,… 67 Chapter 1: Introduction to Operating Systems IV. Operating System Structure: Architecture, Interrupt handling, System Call 4.1. Operating System Structure: Architecture d. Networked & Distributed Operating System‫نظام التشغيل الشبكي والموزع‬ ❖ Distributed operating system‫نظام التشغيل الموزع‬ ✔ Is a single OS that manages resources on more than one computer system..‫هو نظام تشغيل واحد يدير الموارد على أكثر من نظام كمبيوتر واحد‬ ✔ Ex: Amoeba Operating system‫ نظام تشغيل الأميبا‬:‫مثال‬ 68 Chapter 1: Introduction to Operating Systems IV. Operating System Structure: Architecture, Interrupt handling, System Call 4.1. Operating System Structure: Architecture d. Networked & Distributed Operating System‫ نظام التشغيل الشبكي والموزع‬. ❖ Distributed operating system ‫نظام التشغيل الموزع‬ 69 Chapter 1: Introduction to Operating Systems IV. Operating System Structure: Architecture, Interrupt handling, System Call 4.2. Operating System Structure: Interrupt handling ‫ معالجة‬:‫هيكل نظام التشغيل‬ ‫المقاطعة‬ ▸ Interrupts are events that indicate the CPU to perform a specific task immediately..‫المقاطعات هي الأحداث التي تشير إلى وحدة المعالجة المركزية لأداء مهمة محددة على الفور‬ ▸ They are signals sent to the CPU by external devices, normally I/O devices. They tell the CPU to stop its current activities and execute the appropriate part of the operating system. ‫ يطلبون من‬.‫ الإخراج‬/ ‫ عادة أجهزة الإدخال‬، ‫إنها إشارات يتم إرسالها إلى وحدة المعالجة المركزية بواسطة أجهزة خارجية‬.‫وحدة المعالجة المركزية إيقاف أنشطتها الحالية وتنفيذ الجزء المناسب من نظام التشغيل‬ 70 Chapter 1: Introduction to Operating Systems IV. Operating System Structure: Architecture, Interrupt handling, System Call 4.3. Operating System Structure: System calls‫مكالمات النظام‬ ⮚ A system call is a method that allows a program to request services from the kernel..‫استدعاء النظام هو طريقة تسمح للبرنامج بطلب الخدمات من النواة‬ ⮚ A system call is a call by software running on the OS to services provided by the OS ‫استدعاء النظام هو استدعاء بواسطة برنامج يعمل على نظام التشغيل للخدمات‬ ‫التي يوفرها نظام التشغيل‬ 71 Chapter 1: Introduction to Operating Systems VI. Conclusion ▸ Discover the architecture of a computer ▸ Discover the importance of an operating system for the use of computers. ▸ Present the history of operating systems and their services. ▸ Next chapter will focus on Hardware management 72