שיעור 1 - מבוא פסיקות וקריאות מערכת

Question 1

מהי מערכת הפעלה ?

Answer 1

תוכנה שפועלת כמתווך בין המשתמש במחשב לבין חומרת המחשב

Question 2

תפקידי מערכת
ההפעלה?

Answer 2

ליצור ממשק שמאפשר להשתמש בקלות בחומרת המחשב

לחלק את משאבי המחשב:

מעבד, זיכרון והתקני חומרה, בין התכניות הרצות.

לבודד תכניות ומשתמשים זה מזה

Question 3

דוגמאות לרכיבי חומרה?

Answer 3

CPU
RAM
DISK
Keyboard
Screen
Network
Adapter

Question 4

דוגמאות לרכיבי מערכת ההפעלה?

Answer 4

Process\memory Management
virtualizing memory\CPU
Network Drivers\Protocols
Line Discipline
Character Devices
File Systems
Block Services
Buffer Cache

Question 5

מה נצפה לראות בזכרון RAM ?

Answer 5

Instructions
Data

Question 6

מה נצפה לראות במעבד CPU ?

Answer 6

ALU - יחידה אריתמטית לוגית
PC
Status
Stack
registers R0 … Rn-1

Question 7

שלבים ליצירת קובץ ריצה, טעינת תכנית לזיכרון?

Answer 7

loading program from disk
to process address space

code (c++ etc) to
compiler to
Assembler to
binary

Question 8

שלבים בביצוע פקודות מכונה?

Answer 8

Fetch Instruction
הבאת הפקודה שה- PC מצביע עליה מהזיכרון למעבד וקידום ה- PC לפקודה הבאה.

Decode Instruction
פיענוח הפקודה וקביעת הפעולות הנדרשות.

Fetch Operands
הבאת הנפעלים

Execute Instruction
ביצוע הפקודה.

Store Result
שמירת התוצאה

Question 9

פסיקות Interrupts מהן ?

Answer 9

מאורע שגורם למעבד להפסיק את ביצוע התכנית.

המעבד עובר לבצע קוד Interrupt handler
שנמצא במערכת ההפעלה ומטפל באותו מאורע.

Question 10

הטיפול בפסיקה Interrupt

Answer 10

שמירת ה- PC , אוגר הסטטוס, אוגר המחסנית והאוגרים הכלליים של התכנית שהופסקה.
ביצוע הקוד המטפל בפסיקה.

החזרת ערך ה- PC , הסטטוס, המחסנית והאוגרים,
וחזרה להמשך הריצה של התכנית שהופסקה.

Question 11

3 סוגי פסיקות Interrupts

Answer 11

פסיקות חיצוניות Interrupts
פסיקות פנימיות Exceptions
פסיקות קריאה למערכת ההפעלה system call

Question 12

האם פסיקות חיצוניות תלויות בתכנית הרצה כעת ?

Answer 12

פסיקות חיצוניות מגיעות למעבד בקוו פסיקה, ואינן תלויות בתכנית הרצה כעת.
המעבד בודק אם הגיע פסיקה חיצונית בסוף ביצוע כל פקודה.

Question 13

דוגמאות לפסיקות חיצוניות

Answer 13

I/O
נגרם על ידי התקן קלט/פלט.
דיסק מודיע למעבד על סיום פעולה.
מקלדת מודיע למעבד שמקש נלחץ.
כרטיס רשת מודיע שהגיע מידע.

Timer
נגרם על ידי שעון המחשב.
מאפשר למערכת ההפעלה להפסיק
ביצוע תכנית ולעבור לתכנית אחרת

Question 14

פסיקות חיצוניות Interrupt Controller מהו?

Answer 14

מאפשר לחבר כמה התקנים לקו פסיקה אחד במעבד.

מנהל הפסיקות שולח למעבד מספר על פס הנתונים ושולח פסיקה
לקו הפסיקה של המעבד.

המספר שהתקבל משמש את המעבד כאינדקס לטבלת קפיצות Interrupt Vector
שמכילה כתובות של קטעי קוד לטיפול בפסיקות.

Question 15

פסיקות פנימיות Exceptions מהן ?

Answer 15

פסיקות פנימיות הן אירועים לא צפויים במהלך ביצוע הפקודה,
ונגרמות מביצוע התכנית הרצה כעת:

Fetch Instruction - זיכרון לא קיים או לא נגיש

Decode Instruction - פקודה לא מוגדרת

Fetch Operand - זיכרון לא קיים או לא נגיש

Execute Instruction - חלוקה ב- 0
גלישה

Store Result - זיכרון לא קיים או לא נגיש

Question 16

פסיקות קריאה למערכת ההפעלה system call מהן ?

Answer 16

פקודת מכונה שהביצוע שלה גורם לפסיקה
כאשר תכנית משתמש מבקשת שירות ממערכת ההפעלה, כגון קריאת קובץ, היא
תבקש זאת באמצעות הפקודה system call

בדרך כלל תכנית לא מפעילה ישירות את הפקודה system call , אלא מפעילה
פונקציית ספריה, כגון read() , שמפעילה את הפקודה.

Question 17

דוגמה ל system call ?

Answer 17

קריאות מערכת open(), write()

כדי לבצע system call צריך להשתמש בפקודות אסמבלי.

כדי להקל, הספרייה מספקת פונקציות שעוטפות את הקריאות למערכת ההפעלה.

Question 18

מנה 2 מצבי פעולה של המעבד

Answer 18

מצב משתמש ומצב מיוחס - קרנל.
ישנו ביט במעבד שמשתנה בהתאם למצב המעבד.

Question 19

מה אפשר לעשות במצב מיוחס - קרנל ?

Answer 19

כשהמעבד מבצע קוד של מערכת ההפעלה הוא צריך להיות במצב מיוחס.

במצב מיוחס אפשר לבצע פעולות קלט פלט ולנהל את הגישה לזיכרון.

Question 20

מה אפשר לעשות במצב משתמש ?

Answer 20

כשהמעבד מבצע תכנית רגילה הוא במצב משתמש

במצב משתמש אין אפשרות לבצע פעולות קלט פלט ולנהל את הגישה לזכרון (סכנה לציבור)

Question 21

איך עוברים בין מצב משתמש למצב קרנל וחזרה ?

Answer 21

המנגנון שמעביר למצב קרנל הוא פסיקה, פקודת החזרה מִפסיקה
iret מחזירה למצב משתמש

Question 22

מצבי תהליך תכנית שרצה

Answer 22

ריצה – תהליך שכעת מתבצע על ידי המעבד, תהליך יכול לרוץ במצב משתמש
או במצב kernel )מערכת ההפעלה(.

מוכן לריצה – תהליך שלא מחכה למאורע כלשהו ומוכן לרוץ כאשר מערכת ההפעלה
תיתן לו את המעבד.

ישֵן )חסום( – תהליך שמחכה למאורע ולא יכול להמשיך עד שאותו מאורע יקרה,
דוגמה: המתנה לקלט/פלט.

Question 23

דוגמא לריצת תהליך ומעבר בין המצבים

Answer 23

משתמש ביקש להריץ תכנית

מערכת ההפעלה יצרה תהליך להרצת התכנית, ושמה את התהליך במצב “מוכנים לריצה”.

לאחר מכן, מתזמן התהליכים ) scheduler ( בחר בתהליך הזה והעביר אותו למצב ריצה ) kernel ואחר כך user .)

התקבלה פסיקה מהשעון שהעבירה למצב kernel .

הטיפול בפסיקה הפעיל את מתזמן התהליכים שביצע preempt לתהליך הרץ ובחר
תהליך אחר ממצב “מוכנים לריצה”.

התהליך שנבחר ביקש לקרוא מדיסק, קריאת המערכת העבירה אותו למצב kernel ,
מתזמן התהליכים העביר אותו למצב שינה ובחר בתהליך אחר לריצה.

כשהדיסק סיים את הקריאה, הוא הודיע על כך באמצעות פסיקה, הטיפול בפסיקה
העיר את התהליך הישן והעביר אותו למצב “מוכנים לריצה”.

Question 24

מערכת ההפעלה מופעלת על ידי פסיקות interrupt driven

Answer 24

לאחר שמערכת ההפעלה אִתחלה את המחשב היא מריצה תכניות, ובעיקר ממתינה לפסיקות.

כשמגיעה פסיקה התכנית הרצה מופסקת,

המעבד עובר לבצע קוד במערכת ההפעלה,

ולאחר מכן המעבד חוזר לביצוע תכנית