تبلیغات

موضوعات

آخرین نظرات

همکاران و دوستان

آمار سایت

  • تعداد مطالب : 1255
  • تعداد صفحات : 8
  • تعداد دیدگاه ها : 2113
  • تعداد کلمات سایت : 715,631
  • آی پی شما : 66.249.75.200

برچسب ها

تبلیغات

 بالن آرزو ويژه مراسم چهارشنبه سوريPC7518BVL
  دود جادويي هفت رنگ ويژه مراسم چهارشنبه سوري 4S PC7518BVL
 حشره كش برقي RIDDEX

پیوندها

متن تبلیغ اول
متن تبلیغ دوم
متن تبلیغ سوم
به سایت پی 30 یوزر خوش آمدید امیدوارم به نیاز های خود برسید
  • نرم افزار ریست کلیه پرینتر های اپسون ها

    نرم افزار ریست کلیه پرینتر های اپسون ها
  • ریست پرینتر کانن mp490 ارور ۲۱۰ و ۲۱۱

    ریست پرینتر کانن mp490 ارور ۲۱۰ و ۲۱۱
  • کرک و سریال نامبر InstallShield

    کرک و سریال نامبر InstallShield
  • دانلود کرک نرم افزار sql.delta.v4.2.14.454

    دانلود کرک نرم افزار sql.delta.v4.2.14.454
  • ریست پرینتر کانن mp550 ارور ۶C10

    ریست پرینتر کانن mp550 ارور ۶C10
  • ریست پرینتر کانن ***۴ ip

    ریست پرینتر کانن ***۴ ip
  • کرک نرم افزار YoGen Vocal Remover

    کرک نرم افزار YoGen Vocal Remover
  • سریال نامبر آفیس ۲۰۱۰ و ۲۰۱۳ ماکروسافت

    سریال نامبر آفیس ۲۰۱۰ و ۲۰۱۳ ماکروسافت
مقاله طرح یک سیستم عامل

مقاله طرح یک سیستم عامل

تاریخ : یکشنبه، ۱۱ دی ۱۳۹۰
۰دیدگاه
نوشته:میثم جعفری
مقاله طرح یک سیستم عاملReviewed by میثم جعفری on Jan 1Rating:
امتیازی داده نشده

مقدمه

سیستم عامل بدون شک مهمترین نرم افزار در کامپیوتر است. پس از روشن کردن کامپیوتر اولین نرم افزاری که مشاهده می گردد سیستم عامل بوده و آخرین نرم افزاری که قبل از خاموش کردن کامپیوترمشاهده خواهد شد، نیز سیستم عامل است . سیستم عامل نرم افزاری است که امکان اجرای برنامه های کامپیوتر را فراهم می آورد.

مقاله طرای سیستم عامل کامپیوتر


سیستم عامل با سازماندهی ، مدیریت و کنترل منابع سخت افزاری امکان استفاده بهینه و هدفمند آنها را فراهم می آورد. سیتم عامل فلسفه بودن سخت افزار را بدرستی تفسیر و در این راستا امکانات متعدد و ضروری جهت حیات سایر برنامه های کامپیوتری را فراهم می آورد

تمام کامپیوترها از سیستم عامل استفاده نمی نمایند. مثلا” اجاق های مایکرویو که در آشپزخانه استفاده شده دارای نوع خاصی از کامپیوتر بوده که از سیستم عامل استفاده نمی نمایند. در این نوع سیستم ها بدلیل انجام عملیات محدود و ساده، نیازی به وجود سیستم عامل نخواهد بود. اطلاعات ورودی و خروجی با استفاده از دستگاههائی نظیر صفحه کلید و نمایشگرها در اختیار سیستم گذاشته می گردند. ماهیت عملیات انجام شده در یک اجاق گاز مایکروویو بسیار محدود و مختصر است، بنابراین همواره یک برنامه درتمام حالات و اوقات اجرا خواهد شد

برای سیستم های کامپیوتری که دارای عملکردی بمراتب پیچیده تر از اجاق گاز مایکروویو می باشند بخدمت گرفتن یک سیستم عامل باعث افزایش کارآئی سیستم و تسهیل در امر پیاده سازی برنامه های کامپیوتری می گردد. تمام کامپیوترهای شخصی دارای سیستم عامل می باشند. ویندوز یکی ازمتداول ترین سیستم های عامل است . یونیکس یکی دیگر از سیستم های عامل مهم در این زمینه است . صدها نوع سیستم عامل تاکنون با توجه به اهداف متفاوت طراحی و عرضه شده است. سیستم های عامل مختص کامپیوترهای بزرگ، سیستم های روبوتیک، سیستم های کنترلی بلادرنگ نمونه هائی در این زمینه می باشند

به طور کلی نرم افزارهای کامپیوتر به دو گروه تقسیم می‌شوند

یکی برنامه های سیستمی که عملیات کامپیوتر را مدیریت می‌کنند و دیگری برنامه‌های کاربردی
سیستم عامل (operatino system = os) اصلی ترین برنامه سیستمی است که به عنوان رابط بین کاربر و سخت افزار کامپیوتر عمل می‌کند

سیستم عامل معمولا اولین برنامه ای است که پس از بوت شدن در حافظه بار می‌شود. پس از بار شدن قسمتی از سیستم عامل بطور دائم در حافظه (Resident) باقی می‌ماند. قسمتهای دیگر با توجه به کاربرد از دیسک به حافظه آورده می‌شود

به قسمت اصلی سیستم عامل که وظایف مهم آن را انجام می‌دهد هسته یا Kernelگفته می‌شود. هسته سیستم عامل برنامه‌ای است که در تمامی اوقات بر روی کامپیوتر در حال اجراست

سیستم عامل و معماری کامپیوتر اثر زیادی بر روی یکدیگر داشته‌اند. یعنی جهت سهولت کار با سخت افزارهای جدید, سیستم عامل‌ها توسعه یافتندو همچنین در اثنای طراحی سیستم عامل‌ها , مشخص شد که تغییراتی در طراحی سخت افزار می‌تواند سیستم عاملها را ساده تر و کارآمدتر سازد

اهداف سیستم عامل

سیستم عامل سه هدف اصلی دارد :

– سهولت

سیستم عامل استفاده از کامپیوتر را ساده می‌سازد. این بدان معناست که مثلاً کاربر یا برنامه نویس بدون درگیر شدن با مسائل سخت افزاری دیسکها، به راحتی فایلی را بر روی دیسک ذخیره و حذف کند . این کار در واقع با به کاربردن دستورات ساده‌ای که فراخوان های سیستمی (System Calls) را صدا می‌زنند انجام پذیرد
در صورت عدم وجود سیستم عامل کاربر و یا برنامه نویس می‌بایست آشنایی کاملی با سخت افزارهای مختلف کامپیوتر (مثل مانیتور فلاپی – کی بورد و غیره) داشته باشد و روتین هایی برای خواندن و نوشتن آنها به زبان سطح پایین بنویسد. از این جنبه به سیستم عامل به عنوان ماشین توسعه یافته (Extended machine) یا ماشین مجازی (Virtual machine) اطلاق می‌شود که واقعیت سخت افزار را از دید برنامه نویسان مخفی می‌سازد

– کارآمدی

هدف دوم سیستم عامل مدیریت منابع (Resource Management) می‌باشد, یعنی سیستم عامل باعث استفاده بهینه و سودمند از منابع سیستم می‌گردد. منظور از منابع: پردازنده‌ها ,حافظه‌ها ,دیسکها, ماوس ها چاپگر ها , فایلها , پورتها و غیره هستند. یک سیستم کامپیوتری منابع نرم افزاری و سخت افزاری بسیار دارد که ممکن است در حین اجراء برنامه لازم باشند , سیستم عامل همانند مدیر منابع عمل کرده و آنها را بر حسب نیاز به برنامه‌های مشخصی تخصیص می‌دهد

– قابلیت رشد

سیستم عامل باید به نحوی ساخته شده باشد که به طور موثر توسعه, آزمایش و معرفی قابلیتهای جدید سیستمی را بدون ایجاد مزاحمت در خدمات جاری , میسر سازد

سیستم عامل یک رابط ( اینترفیس ) یکسان برای سایر برنامه های کامپیوتری ارائه می دهد. در این حالت زمینه استفاده بیش از یک نوع کامپیوتر از سیستم عامل فراهم شده و در صورت بروز تغییرات در سخت افزار سیستم های کامپیوتری نگرانی خاصی از جهت اجرای برنامه وجود نخواهد داشت، چرا که سیستم عامل بعنوان میانجی بین برنامه های کامپیوتری و سخت افزار ایفای وظیفه کرده و مسئولیت مدیریت منابع سخت افزاری به وی سپرده شده است . برنامه نویسان کامپیوتر نیز با استفاده از نقش سیستم عامل بعنوان یک میانجی براحتی برنامه های خود را طراحی و پیاده سازی کرده و در رابطه با اجرای برنامه های نشسته شده بر روی سایر کامپیوترهای مشابه نگرانی نخواهند داشت . (حتی اگر میزان حافظه موجود در دو کامپیوتر مشابه نباشد ) . در صورتیکه سخت افزار یک کامپیوتر بهبود و ارتقاء یابد، سیستم عامل این تضمین را ایجاد خواهد کرد که برنامه ها، در ادامه بدون بروز اشکال قادر به ادامه حیات و سرویس دهی خود باشند. مسئولیت مدیریت منابع سخت افزاری برعهده سیستم عامل خواهد بود نه برنامه های کامپیوتری. بنابراین در زمان ارتقای سخت افزار یک کامپیوتر مسئولیت سیستم عامل در این راستا اولویت خواهد داشت

ویندوز یکی از بهترین نمونه ها در این زمینه است . سیستم عامل فوق بر روی سخت افزارهای متعدد تولید شده توسط تولیدکنندگان متفاوت اجرا می گردد. ویندوز قادر به مدیریت و استفاده از هزاران نوع چاپگر دیسک و سایر تجهیزات جانبی است

سیستم های عامل را از بعد نوع کامپیوترهائی که قادر به کنترل آنها بوده و نوع برنامه های کاربردی که قادر به حمایت از آنها می باشند به چهار گروه عمده تقسیم می نمایند

– سیستم عامل بلادرنگ (RTOS ):
از این نوع سیستم های عامل برای کنترل ماشین آلات صنعتی ، تجهیزات علمی و سیستم های صنعتی استفاده می گردد. یک سیستم عامل بلادرنگ دارای امکانات محدود در رابطه با بخش رابط کاربر و برنامه های کاربردی مختص کاربران می باشند. یکی از بخش های مهم این نوع سیستم های عامل ، مدیریت منابع موجود کامپیوتری بگونه ای است که یک عملیات خاص در زمانی که می بایست ، اجراء خواهند شد

– تک کاربره – تک کاره:
همانگونه که از عنوان این نوع سیستم های عامل مشخص است، آنها بگونه ای طراحی شده اند که قادر به مدیریت کامپیوتر بصورتی باشند که یک کاربر در هر لحظه قادر به انجام یک کار باشد. سیستم عامل Palm OS برای کامپیوترهای PDA نمونه ای مناسب از یک سیستم عامل مدرن تک کاربره و تک کاره است

– تک کاربره – چندکاره:
اکثر سیستم های عامل استفاده شده در کامپیوترهای شخصی از این نوع می باشند. ویندوز و MacOS نمونه هائی در این زمینه بوده که امکان اجرای چندین برنامه بطور همزمان را برای یک کاربر فراهم می نمایند. مثلا” یک کاربر ویندوز قادر به تایپ یک نامه با استفاده از یک واژه پرداز بوده و در همان زمان یک فایل از اینترنت گرفته و در همان وضعیت محتویات نامه الکترونیکی خود را برای چاپ بر روی چاپگر ارسال کرده باشد

– چندکاربره:
یک سیستم عامل چند کاربره ، امکان استفاده همزمان چندین کاربر از منابع موجود کامپیوتر را فراهم می آورند. منابع مورد نیاز هر یک از کاربران می بایست توسط سیستم عامل بدرستی مدیریت شود تا در صورت بروز اشکال در منابع تخصیص یافته به یک کاربر، بر روند استفاده سایر کاربران از منابع مورد نظر اختلالی ایجاد نگردد. یونیکس، VMS و سیستم های عامل کامپیوترهای بزرگ نظیر MVS، نمونه هائی از سیستم های عامل چندکاربره می باشند .

در ادامه با توجه به شناخت مناسب بوجود آمده در دررابطه با انواع سیستم های عامل به عملیات و وظایف سیستم عامل اشاره خواهد شد.

پس از روشن نمودن کامپیوتر، اولین برنامه ای که اجراء می گردد ، مجموعه دستوراتی می باشند که در ROM ذخیره و مسئول بررسی صحت عملکرد امکانات سخت افزاری موجود می باشند. برنامه فوق (POST) ، پردازنده ، حافظه و سایر عناصر سخت افزاری را بررسی خواهد کرد . پس از بررسی موفقیت آمیز برنامه POST، در ادامه درایوهای ( هارد ، فلاپی ) سیستم فعال خواهند شد. در اکثر کامپیوترها پس از فعال شدن هارد دیسک ، اولین بخش سیستم عامل با نام Bootstrap Loader فعال خواهد شد. برنامه فوق صرفا” دارای یک وظیفه اساسی است : انتقال ( استقرار ) سیستم عامل در حافظه اصلی و امکان اجرای آن . برنامه فوق عملیات متفاوتی را بمنظور استقرار سیستم عامل در حافظه انجام خواهد داد.

سیستم عامل دارای وظایف زیر است:

– مدیریت پردازنده
– مدیریت حافظه
– مدیریت دستگاههای ورودی و خروجی
– مدیریت حافظه جانبی
– اینترفیس برنامه های کاربردی
– رابط کاربر

وظایف شش گانه فوق ، هسته عملیات در اکثر سیستم های عامل است . در ادامه به تشریح وظایف فوق اشاره می گردد .

مدیریت پردازنده دو وظیفه مهم اولیه زیر را دارد:
– ایجاد اطمینان که هر پردازه و یا برنامه به میزان مورد نیاز پردازنده را برای تحقق عملیات خود ، اختیار خواهد کرد.
– استفاده از بیشترین سیکل های پردازنده برای انجام عملیات.

ساده ترین واحد نرم افزاری که سیستم عامل بمنظور زمانبندی پردازنده با آن درگیر خواهد شد ، یک پردازه و یا یک Thread خواهد بود. موقتا” می توان یک پردازه را مشابه یک برنامه در نظر گرفت ، در چنین حالتی مفهوم فوق ( پردازه ) ، بیانگر یک تصویر واقعی از نحوه پردازش های مرتبط با سیستم عامل و سخت افزار نخواهد بود. برنامه های کامپیوتری ( نظیر واژه پردازها بازیهای کامپیوتری و …) در حقیقت خود یک پردازه می باشند ، ولی برنامه های فوق ممکن است از خدمات چندین پردازه دیگر استفاده نمایند.

مثلا” ممکن است یک برنامه از پردازه ایی بمنظور برقراری ارتباط با سایر دستگاههای موجود در کامپیوتر استفاده نماید. پردازه های فراوان دیگری نیز وجود دارد که با توجه به ماهیت عملیات مربوطه ، بدون نیاز به محرک خارجی (نظیر یک برنامه) فعالیت های خود را انجام می دهند. یک پردازه ، نرم افزاری است که عملیات خاص و کنترل شده ای را انجام می دهد کنترل یک پردازه ممکن است توسط کاربر ، سایر برنامه های کاربردی و یا سیستم عامل صورت پذیرد.

سیستم عامل با کنترل و زمانبندی مناسب پردازه ها زمینه استفاده از پردازنده را برای آنان ، فراهم می نماید. در سیستم های تک – کاره ، سیستم زمانبندی بسیار روشن و مشخص است . در چنین مواردی، سیستم عامل امکان اجرای برنامه را فراهم و صرفا” در زمانیکه کاربر اطلاعاتی را وارد و یا سیستم با وقفه ای برخورد نماید ، روند اجراء متوقف خواهد شد. وقفه ، سیگنال های خاص ارسالی توسط نرم افزار و یا سخت افزار برای پردازنده می باشند. در چنین مواردی منابع صادر کننده وقفه درخواست برقراری یک ارتباط زنده با پردازنده برای اخذ سرویس و یا سایر مسائل بوجود آمده ، را می نمایند. در برخی حالات سیستم عامل پردازه ها را با یک اولویت خاص زمانبندی می نماید . در چنین حالتی هر یک از پردازه ها با توجه به اولویت نسبت داده شده به آنان ، قادر به استفاده از زمان پردازنده خواهند بود. در این چنین موارد ، در صورت بروز وقفه ، پردازنده آنها را نادیده گرفته و تا زمان عدم تکمیل عملیات مورد نظر توسط پردازنده ، فرصت پرداختن به وقفه ها وجود نخواهد داشت . بدیهی است با توجه به نحوه برخورد پردازنده ( عدم توجه به وقفه ها ) ، در سریعترین زمان ممکن عملیات و فعالیت جاری پردازنده به اتمام خواهد رسید. برخی از وقفه ها با توجه به اهمیت خود ( نظیر بروز اشکال در حافظه و یا سایر موارد مشابه ) ، قابل اغماص توسط پردازنده نبوده و می بایست صرفنظر از نوع و اهمیت فعالیت جاری ، سریعا” به وقفه ارسالی پاسخ مناسب را ارائه گردد.

پردازنده ، با توجه به سیاست های اعمال شده سیستم عامل و بر اساس یک الگوریتم خاص ، در اختیار پردازه های متفاوت قرار خواهد گرفت . در چنین مواردی پردازنده مشغول بوده و برای اجراء ، پردازه ایی را در اختیار دارد. در زمانی که پردازنده درگیر یک پردازه است ، ممکن است وقفه هائی از منابع متفاوت نرم افزاری و یا سخت افزاری محقق گردد. در چنین وضعیتی با توجه به اهمیت و جایگاه یک وقفه ، پردازنده برخی از آنها را نادیده گرفته و همچنان به فعالیت جاری خود ادامه داده و در برخی موارد با توجه به اهمیت وقفه ، فعالیت جاری متوقف و سرویس دهی به وقفه آغاز خواهد شد.

در سیستم های عامل ” تک – کاره ” ، وجود وقفه ها و نحوه مدیریت آنها در روند اجرای پردازه ها تاثیر و پیچیدگی های خاص خود را از بعد مدیریتی بدنبال خواهد داشت . در سیستم های عامل “چند – کاره ” عملیات بمراتب پیچیده تر خواهد بود. در چنین مواردی می بایست این اعتقاد بوجود آید که چندین فعالیت بطور همزمان در حال انجام است . عملا” پردازنده در هر لحظه قادر به انجام یک فعالیت است و بدیهی است رسیدن به مرز اعتقادی فوق ( چندین فعالیت بطور همزمان ) مستلزم یک مدیریت قوی و طی مراحل پیچیده ای خواهد بود. در چنین حالتی لازم است که پردازنده در مدت زمان یک ثانیه هزاران مرتبه از یک پردازه به پردازه دیگر سوئیچ کند تا امکان استفاده چندین پردازه از پردازنده را فراهم نماید .

در ادامه نحوه انجام عملیات فوق ، تشریح می گردد:

– یک پردازه بخشی از حافظه RAM را اشغال خواهد کرد
– پس از استقرار بیش از یک پردازه در حافظه ، پردازنده بر اساس یک زمانبندی خاص ، فرصت اجرا را به یکی از پردازه ها خواهد داد.
– پردازنده ، بر اساس تعداد سیکل های خاصی پردازه را اجراء خواهد کرد.
– پس ازاتمام تعداد سیکل های مربوطه ، پردازنده وضعیت پردازه ( مقایر ریجسترها و …) را ذخیره به پردازه اتمام زمان مربوطه را اعلام می نماید.
– پردازنده در ادامه اطلاعات ذخیره شده در رابطه با پردازه دیگر را فعال ( ریجسترها و …) و زمینه اجرای پردازه دوم فراهم می گردد.
– پس ازاتمام تعداد سیکل های مربوطه ، پردازنده وضعیت پردازه ( مقایر ریجسترها و …) را ذخیره و به پردازه اتمام زمان مربوطه را اعلام و مجددا” پردازه اول جهت اجراء فعال خواهد گردید.

تمام اطلاعات مورد نیاز بمنظور مدیریت یک پردازه در ساختمان داده ای خاص با نام PCB ( Process Control Block) ،نگهداری می گردد. پردازنده در زمان سوئیچ بین پردازه ها از آخرین وضعیت هر پردازه با استفاده از اطلاعات ذخیره شده در PCB آگاهی پیدا کرده و در ادامه زمینه اجرای پردازه مورد نظر بر اساس تعداد سیکل های در نظر گرفته شده فراهم خواهد شد.

– برای هر پردازه یک ID که نمایانگر پردازه خواهد بود.
– اشاره گری که نشاندهنده آخرین محل اجرای پردازه است.
– محتویات ریجستر ها
– وضعیت سوئیچ ها و متغیرهای مربوطه
– اشاره گره هائی که حد بالا و پایین حافظه مورد نیاز پردازه را مشخص خواهد کرد.
– اولویت پردازه
– وضعیت دستگاههای ورودی و خروجی مورد نیاز پردازه

هر زمان که اطلاعات مربوط به پردازه ای تغییر یابد ، ( پردازه از حالت “آماده ” تبدیل به حالت “اجراء ” و یا از حالت ” اجراء ” به حالت “انتظار” و یا “آماده ” سوئیچ نماید ) اطلاعات ذخیره شده در PCB استفاده و بهنگام خواهند شد.
عملیات جایگزینی پردازه ها، بدون نظارت و ارتباط مستقیم کاربر انجام و هر پردازه به میزان کافی از زمان پردازنده برای اتمام عملیات خود استفاده خواهد کرد. در این راستا ممکن است ، کاربری قصد اجرای تعداد بسیار زیادی از پردازه ها را بصورت همزمان داشته باشد. در چنین مواردی است ، پردازنده خود نیازمند استفاده از چندین سیکل زمانی برای ذخیره و بازیابی اطلاعات مربوط به هر یک از پردازه ها خواهد بود.
در صورتیکه سیستم عامل با دقت طراحی نشده باشد و یا پردازه های زیادی فعالیت خود را آغاز کرده باشند، مدت زمان زیادی از پردازنده صرف انجام عملیات سوئیچینگ بین پردازه ها شده و عملا” در روند اجرای پردازه ها اختلال ایجاد می گردد. وضعیت بوجود آمده فوق را Thrashing می گویند. در چنین مواردی کاربر می بایست نسبت به غیرفعال نمودن برخی از پردازه ها اقدام تا سیستم مجددا” در وضعیت طبیعی قرار گیرد.

یکی از روش هائی که طراحان سیستم عامل از آن استفاده تا امکان ( شانس) تحقق Thrashingرا کاهش دهند ، کاهش نیاز به پردازه جدید برای انجام فعالیت های متفاوت است . برخی از سیستم های عامل ازیک پردازه ” – lite “به نام Thread استفاده می نمایند.

Thread از لحاظ کارآئی همانند یک پردازه معمولی رفتار نموده ولی نیازمند عملیات متفاوت ورودی و خروجی و یا ایجاد ساختمان داده PCB مشابه یک پردازه عادی نخواهد بود. یک پردازه ممکن است باعث اجرای چندین Thread و یا سایر پردازه های دیگر گردد. یک Thread نمی تواند باعث اجرای یک پردازه گردد.

تمام موارد اشاره شده در رابطه با زمانبندی با فرض وجود یک پردازنده مطرح گردیده است . در سیستم هائی که دارای دو و یا بیش از دو پردازنده می باشند ، سیستم عامل حجم عملیات مربوط به هر پردازنده را تنظیم و مناسب ترین روش اجراء برای یک پردازه در نظر گرفته شود . سیستم های عامل نامتقارن ، از یک پردازنده برای انجام عملیات مربوط به سیستم عامل استفاده و پردازه های مربوط به برنامه های کاربردی را بین سایر پردازه ها تقسیم می نمایند. سیستم های عامل متقارن ، عملیات مربوط به خود و عملیات مربوط به سایر پردازه ها را بین پردازه های موجود تقسیم می نمایند. در این راستا سعی می گردد که توزیع عملیات برای هر یک از پردازه ها بصورت متعادل انجام گردد.

در صورت وجود پسورد در فایل های دانلود شده پسورد مورد نظر : www.p30user.com



تبلیغات

آخرین ارسال ها

دانلود سریع نرم افزار ها

تبلیغات متنی

رتبه سایت ما

با عضویت در خبرنامه ی ما از آخرین مطالب ما در ایمیل خود با خبر شوید