os - intro

Question 1

מערכת הפעלה היא תוכנה שמנהלת את חומרת המחשב. תפקידיה:

Answer 1

לחצוץ בין החומרה למשתמש: בכך, היא מספקת למשתמש ממשק נוח, כך שהמשתמש לא צריך להכיר את החומרה למרות שמערכת ההפעלה תלויה בחומרה, וחשוב מכך- היא מגנה על החומרה וההתקנים מפני גישה לא מורשית לחומרה.
לדאוג לניהול המשאבים- חלוקת הזמן והמקום.

Question 2

כיצד יכול המשתמש לבקש שירותים תלויי חומרה

Answer 2

אשית, ישנן פקודות שלא דורשות הרשאות מיוחדות, כך שתוכנות המשתמש יכולות לרוץ ישירות על החומרה. אם ישנן הוראות מסוימות הדורשות הרשאות מיוחדות, יהיה זה תפקידה של מערכת ההפעלה לספק ממשק מוגדר, המופעל באמצעות צווי קריאה: על החומרה לבצע פסיקה ובכך היא מעבירה את השליטה למערכת ההפעלה שנדרשת לטפל בסוגיה. ביצוע הוראות כאלה, דורשת מן המעבד לעבור למצב המכונה “מצב מיוחס-kernel mode”

Question 3

גרעין מערכת ההפעלה (kernel) הוא החלק המרכזי והקריטי ביותר שלה תפקידו

Answer 3

ניהול פסיקות, תזמון תהליכים, ניהול זיכרון, ניהול שטחי אחסון משניים ועוד

Question 4

רוטינת הטיפול בפקודות המצריכות system call

Answer 4

דחיפת הפרמטרים של הפקודה לתוך המחסנית.
קריאה לפונקציה המבוקשת.
השמת הקוד של הפקודה המבוקשת בתוך רגיסטר עבודה שב-CPU.
ביצוע TRAP to kernel (interrupt 80), שתפקידו להעביר את ה-CPU למצב מיוחס.
יציאה ממצב מיוחס (TRAP מטפלת בזה), וניקוי המחסנית.

Question 5

רוטינת טיפול בפסיקות חומרה

Answer 5

קבלת פסיקה בבקר הפסיקות (interrupt controller).
לאחר שהמעבד מסיים את השורה הנוכחית שלו, הוא מכיר בפיקה, דוחף את הרגיסטרים PSW ו-PC למחסנית וטוען את ערך ה-PC החדש בהתבסס על הפסיקה.
מצב התהליך נשמר, מתבצעת הפסיקה והתהליך חוזר למצבו הקודם.
הרגיסטרים PSW ו-PC משוחזרים.

Question 6

כנגד כל קריאות המערכת עומד שירות מסוים של מערכת ההפעלה. קריאה לשירותים הללו מתבצעת באמצעות TRAP מה trap עושה?

Answer 6

TRAP מעבירה את מערכת ההפעלה ממצב משתמש למצב מיוחס בעקבות קריאה מתוכננת של המשתמש ל-syscall. פסיקת החומרה לעומת זאת, מעבירה את מערכת ההפעלה ממצב משתמש למצב מיוחס בעקבות אירוע אסינכרוני (לא יזום) כלשהו (כגון סיום ה-I/O)

Question 7

מבנה מערכת ההפעלה המודל המונוליתי (monolithic system)

Answer 7

בנוי כאוסף פרוצדורות שכל אחת יכולה לקרוא לשנייה. יתרון: מהירות. חסרונות: אין הסתרת מידע ואין מבנים. קשה לעדכן ולבזר, לא נייד ותלוי מימוש.

Question 8

מבנה מערכת ההפעלה מודל השכבות (layered system)

Answer 8

קיימות רמות שונות בין המצב המיוחס למצב המשתמש. לכל רמה מוגדר ממשק שדרכו הרמות הסמוכות בהיררכיה יכולות לתקשר ביניהן.

Question 9

מבנה מערכת ההפעלה מכונה מדומה (virtual machine)

Answer 9

שכבת תוכנה שמספקת לשכבות שמעל מספר העתקים של החומרה עם כמות משאבים פחותה מזו שבחומרה הפיזית בפועל. יתרונות: וירטואליזציה מלאה. חסרונות: גישה למכונה הוירטואלית עצמה בכל פקודת I/O

Question 10

מבנה מערכת ההפעלה מערכות exokernel

Answer 10

השירותים המסורתיים הוצאו אל מחוץ לגרעין של מערכת ההפעלה, ובכך מערכת ההפעלה דואגת רק להגנה על משאבים ועל ניהולם

Question 11

מבנה מערכת ההפעלה מודל שרת לקוח על ידי בניית מיקרו גרעין (micro-kernel)

Answer 11

במערכת מרובדת לא כל פעולות
המערכת חייבות להתבצע במצב מיוחס, ולכן ניתן להוציא את השירותים
האלה מגרעין המערכת ולבצע אותם במצב משתמש.

הגישה הזאת מאפשרת להקטין את גודל גרעין המערכת ולשפר את יציבות המערכת, מכיוון שתקלות במצב המשתמש
אינן גורמות לתקלות כלליות במערכת.

גרעין מערכת ההפעלה מתפקד
כדוור המריץ בקשות של לקוחות (תהליכים) אל שרתים עצמאיים (תהליכים גם
הם), המפוזרים במערכת, כגון שרתי מערכת הקבצים, מנהל הזיכרון, תוכנית
התקשורת ותוכנית המסך (חלונות). כאשר מתקבלות תשובות מהשרתים, הגרעין
מחזיר את התשובה לתהליך המבקש. בשיטה זו התוכנה מורכבת מיחידות
עצמאיות, שכל אחת מהן ממלאת תפקיד מוגדר. עם כל יחידה כזו ניתן להידבר רק
באמצעות מספר מוגבל של הודעות, דרך ערוץ תקשורת פנימי או חיצוני כלשהו.
שיטה זו מצמצמת מאוד את התלות בחומרה. ההבדל בינן ובין מערכות
ה-exokernel הוא שמערכת exokernel מקצה חלק ממשאבי המערכת לטובת
המשתמשים אשר משתיתים על המשאבים הגולמיים האלה אבסטרקציות שלהם,
ואילו במערכות שרת-לקוח כל סוג משאבים מנוהל על ידי תוכנת לקוח אחת
שמספקת אבסטרקציה אחידה של המשאב לכל המשתמשים.

Question 12

5 מבנים של מערכת הפעלה

Answer 12

המודל המונוליתי (monolithic system)
מודל השכבות (layered system)
מכונה מדומה (virtual machine)
מערכות exokernel
מודל שרת לקוח על ידי בניית מיקרו גרעין (micro-kernel)

Question 13

program counter (PC)

Answer 13

מחזיק את הכתובת של הוראת המכונה הבאה אשר אמורה להתבצע במעבד

Question 14

instruction register (IR)

Answer 14

מחזיק את ההוראה הנוכחית שמתבצעת.

Question 15

2 גישות לטיפול בריבוי פסיקות

Answer 15

חסימת כל הסיגנלים בעת שמתבצע טיפול בפסיקה כלשהי (אך שמירתן במקום כלשהו, כך שהמעבד יוכל להתפנות אליהן אחרי שסיים לטפל בפסיקה הנוכחית). למרות פשטותה של השיטה, היא מחייבת טיפול מהיר בפסיקות (כיוון שיכולות להגיע פסיקות דחופות תוך כדי טיפול בפסיקה הנוכחית).

קביעת סדר קדימויות של טיפול בפסיקות, כך שפסיקות בעדיפות גבוהה יגרמו להשהיית פסיקות בעדיפות נמוכה יותר (אפילו א המעבד כבר התחיל לטפל בה).


Question 16

Program status word (PSW)

Answer 16

אוגר שמחזיק את המצב הנוכחי של המעבד (מצב מיוחס או מצב משתמש)

Question 17

Stack pointer (SP)

Answer 17

מחזיק את הכתובת שמעל המסגרת העליונה במחסנית, כך שהמחסנית משמשת להעברת פרמטרים והחזרת ערכים בעת ביצוע פקודות.