ĠġLETĠM SĠSTEMLERĠ DERS NOTLARI HAZIRLAYANLAR : PROF. DR. MESUT RAZBONYALI YRD. DOÇ.DR. ERDEM UÇAR TRAKYA ÜNĠVERSĠTESĠ BĠLGĠSAYAR MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ

Transkript

1 ĠġLETĠM SĠSTEMLERĠ DERS NOTLARI HAZIRLAYANLAR : PROF. DR. MESUT RAZBONYALI YRD. DOÇ.DR. ERDEM UÇAR TRAKYA ÜNĠVERSĠTESĠ BĠLGĠSAYAR MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ EDĠRNE

2 ĠÇĠNDEKĠLER BÖLÜM I : GENEL TANIM VE KAVRAMLAR 1.1. ĠĢletim Sisteminin Önemi... [7] 1.2. ĠĢletim Sisteminin GeliĢimi... [8] 1.3. ĠĢletim Sistemi ve Kapsamı... [11] 1.4. Kaynak BölüĢümü... [12] 1.5. Job (ĠĢ)... [14] 1.6 Task (Görev)... [16] 2. ĠĢletim Sistemi Türleri... [17] 2.1. ÇalıĢma Ortamına Göre Sınıflama... [17] Tek ĠĢ Düzeni (Monoprogramming)... [18] Çok ĠĢ Düzeni (Multiprogramming)... [18] Çok Görevli ĠĢlem (Multitasking)... [20] 2.2. Sistem Kullanım Biçimine Göre Sınıflama... [21] AdanmıĢ ĠĢlem (Dedicated Processing)... [21] Toplu ĠĢlem (Batch Processing)... [22] EtkileĢimli ĠĢlem (Interactive Processing)... [23] 2.3. Yapılara Göre Sınıflama... [24] 3. ĠĢletim Sistemlerinde Temel ĠĢlevler... [24] 3.1. Yazılım-Donanım Bütünlüğünün Sağlanması... [25] 3.2. Kaynakların Yönetimi... [25] Ana Belleğin Yönetimi... [27] Ana ĠĢlem Biriminin Yönetimi... [28] Yan Ünitelerin Yönetimi... [30] Verilerin Yönetimi... [31] 3.3. Kullanıcıların Yönetimi... [32] BÖLÜM II : ÇEKĠRDEK SĠSTEM 4. GiriĢ... [34] 4.1. Kesilmelerin Yönetimi... [34] 4.2. Kesilme Türleri... [34] 4.3. Kesilmelerde Sıradüzen... [35] 4.4. Kesilmelerin ĠĢlenmesi... [36] 5. GiriĢ / ÇıkıĢ Donanımının Yönetimi... [37] 5.1. Bağlantı Arabirimi... [38] 5.2. G/Ç Hattı... [40] 5.3. Kanallar... [42] Kanalların ÇalıĢma Ġlkeleri... [42] Kanal Türleri... [43] 5.4. GiriĢ/ÇıkıĢların Programlanması... [45] Durum Belirteçlerinin Kullanılması... [46] Kesilme Sisteminin Kullanılması... [46] 2

3 6. Donanımda Öngörülmeyen Komutların ĠĢletimi... [47] BÖLÜM III : VERĠLERĠN YÖNETĠMĠ 7. Veri Yönetim Sisteminin BileĢenleri... [48] 7.1. GiriĢ/ÇıkıĢ Yönetim Sistemi... [49] 7.2. Kütük Yönetim Sistemi... [50] 8. Kütük Yönetim Sisteminin ĠĢlevsel Kesimleri... [50] 8.1. Mantıksal Düzey... [52] Tek Düzeyli Kılavuz Yapısı... [52] Çok Düzeyli Kılavuz Yapısı... [54] 8.2. Temel Düzey... [55] 8.3. Fiziksel Düzenleme Kesimi... [56] 8.4. Stratejik Yönetim Kesimi... [56] 9. Genel Amaçlı Bir Kütük Yönetim Sistemi... [58] 9.1. Mantıksal Düzey... [58] 9.2. Temel Düzey... [60] BÖLÜM IV : ANA BELLEK YÖNETĠM SĠSTEMĠ Ana Bellek Yönetimi ĠĢlevleri... [62] Adlandırma ĠĢlevi... [62] Bellek ĠĢlevi... [64] Ana Belleğin Düzenlenmesi... [64] Gerçek Ana Bellek Yönetimi [65] Single Contiguous (Tek ve Kesintisiz) Bellek Yönetimi... [65] Partitioned (Bölümlere Ayırarak) Bellek Yönetimi... [67] Relocatable Partitioned (Yer DeğiĢir Bölümlü) Bellek Yönetimi... [83] Paged (Sayfalı) Bellek Yönetimi... [89] Görüntü Ana Bellek Yönetimi... [100] Demand-Paged (Ġstenebilir-Sayfalı) Bellek Yönetimi... [100] Segmented (Kesimleme) Bellek Yönetimi... [112] Segmented And Demand-Paged (Kesimleme ve Ġstenebilir-Sayfalı) Bellek Yönetimi... [115] Diğer Bellek Yönetim Teknikleri... [118] BÖLÜM V : CPU YÖNETĠMĠ (PROCESSOR MANAGEMENT) Temel Kavramlar... [119] Schedular... [120] Traffic Controller... [121] Process Senkronizasyonu... [122] Race Condition (YarıĢ Durumu)... [122] 3

4 Deadly Embrace (Öldürücü KucaklaĢma)... [123] Multiprocessor Sistemler... [124] BÖLÜM VI : KULLANICILARIN YÖNETĠMĠ GiriĢ... [128] ĠĢ Yönetimi-Görev Yönetimi ĠliĢkisi... [128] ĠĢ Yönetimi-Görev Yönetimi EtkileĢimi... [129] Görev Yönetimi... [131] ĠĢ Yönetimi... [132] BÖLÜM VII : BĠRLĠKTE ÇALIġAN GÖREVLER (CONCURRENT TASKS) Process (Süreç) Kavramı... [134] Kesilme ĠĢleme... [136] Kesilme Türleri... [136] Context Switching (Bağlam / Kullanma Yeri DeğiĢtirme)... [137] Kernel (Çekirdek)... [137] 14. Birlikte ÇalıĢan Görevler (Concurrent Tasks)... [138] Görevler Arası EtkileĢim... [138] Görevler Arası Zamanuyumu... [138] Birlikte ÇalıĢan Görevlerde Zaman Ġçinde OluĢan Hatalar... [138] Altdüzeyli Zamanuyumu ĠĢlevleri... [140] Ana Bellek EriĢimli Kilitlenme... [140] Bölünmez Komutlar... [142] Semaforlar... [143] Senkronizasyon Semaforları... [146] KarĢılıklı DıĢlama Semaforları... [146] 15. Görevler Arası ĠletiĢim... [147] 16. Üst Düzeyli Zamanuyum ĠĢlevleri... [151] Tek Yönlü Posta Kutusu... [151] Çift Yönlü Posta Kutusu... [151] Çift GiriĢli Posta Kutusu... [151] Kapılar... [151] Hoare Monitor'u... [152] Monitor Görevler... [153] 17. Örnekler... [153] Okuyucu ve Yazıcılar... [153] 18. Kilitlenme (Deadlock)... [153] Sürekli Kaynaklarda Kilitlenme... [154] ĠĢletim Sistemlerinde Kilitlenmelerin Çözümlenmesi... [155] Kilitlenmeleri Engelleme... [155] Banker Algoritması... [155] Sıradüzensel Kaynak Atama... [157] 4

5 Görevlerde Sıradüzensel ĠletiĢim... [158] BÖLÜM VIII : VM ĠġLETĠM SĠSTEMĠ 19. GiriĢ... [161] 19.1 Tarihçe... [166] 20. Kontrol Programı (Control Program)... [168] 21. Demand Paging (Ġstenebilir Sayfalama)... [169] 22. Minidiskler... [170] 23. Konsol Yönetimi... [171] 24. CP Kullanıcı Öncelik Sınıfları... [172] 25. VM Directory'si... [173] 26. CMS-Conversational Monitor System... [174] 27. RSCS (Remote Spooling Communications System)... [177] 28. VM'in gücü... [178] 29. VM/370'in GeliĢimi... [178] 30. Performansı Etkileyen Faktörler... [178] 31. Görüntü Makine Yardım Özelliği... [179] 32. Uzantılı Kontrol Program Destek Özelliği... [179] 33. Performans Ölçme ve Analiz... [179] 34. VM:IBM'in 1980'li Yıllar Ġçin Büyük Ölçek ĠĢletim Sistemleri... [180] 35. Özet... [182] BÖLÜM IX : UNIX ĠġLETĠM SĠSTEMĠ 36. Unix ĠĢletim Sistemi... [184] Tarihçe... [184] Tasarım Ġlkeleri... [186] Programcı Arayüzü... [187] File ĠĢleme... [188] ĠĢlem Kontrol... [191] Sinyaller... [192] Bilgi ĠĢleme... [193] Kütüphane Rutinleri... [193] Kullanıcı Arayüzü.... [193] Shell ve Komutlar... [194] Standart G/Ç... [195] Pipeline'lar, Filtreler ve Shell Yazıları... [195] File Sistemi...[196] Bloklar ve Parçalar... [196] Inodes (index noktası)...[197] Direktoriler... [198] File Tanımlayıcısının Inode'a bağlanması... [199] Disk Yapıları... [199] Yürütmeler... [201] Layout ve Atama Politikaları... [201] ĠĢlem Yöneticisi... [204] 5

6 ĠĢlem Kontrol Blokları... [204] CPU Scheduling... [207] Bellek Yönetimi.... [208] DeğiĢtirme(swapping)... [208] Sayfalama(paging).... [209] GiriĢ-ÇıkıĢ Sistemleri... [211] Blok Buffer Cache... [213] Raw Aygıtların Arayüzleri... [214] C Listeleri..... [214] ĠĢlemler Arası ĠletiĢim [214] Soketler... [215] Network (ağ) Desteği...[217] 6

7 1.1. ĠĢletim Sisteminin Önemi BÖLÜM 1 GENEL TANIMLAR VE KAVRAMLAR ĠĢletim sistemi, bilgisayar donanımı ile bilgisayar kullanıcısı arasında arayüz görevi yapan programlar topluluğudur. ĠĢletim sisteminin amacı ise, bilgisayar kullanıcılarına programlarını çalıģtırabilecekleri bir ortam hazırlamak ve bilgisayar donanımının etkin kullanımını sağlamaktır. Bir bilgisayar sisteminin genel olarak dört bileģeni vardır. Bunlar; 1) Donanım (CPU, Bellek, G/Ç Aygıtları), 2) Ġletim sistemi, 3) Uygulama programları (Compilers, Assembler, Loaders, Database Systems, vb.), 4) Kullanıcılar (Ġnsanlar, diğer bilgisayarlar), dır. ĠĢletim sisteminin bu bileģenler açısından donanım ile iliģkisi ġekil-1a'da, temel bilgisayar donanımı ise ġekil-1b'de gösterilmiģtir. Ġnsan Uygulama Programları Hazır Programlar Hata Makro Text Tarama ĠĢleyici Editör Compilers Assembler Loaders ĠġLETĠM SĠSTEMĠ Bellek CPU Yan-Üniteler Bilgi Yönetimi Yönetimi Yönetimi Yönetimi B Ġ L G Ġ S A Y A R ġekil-1a. ĠĢletim Sisteminin Bilgisayar Donanımı ile ĠliĢkisi 7

8 Ana Bellek Bellek Bellek G/Ç İşleyici (Kanal) G/Ç İşleyici (Kanal)... Merkezi İşleyici (CPU) Merkezi İşleyici (CPU) Kontrol Kontrol Ünitesi Ünitesi İkincil Bellek Disk Teyp Drum Yazıcı Terminal ġekil-1b. Temel Bilgisayar Donanımı. Temel bilgisayar kaynakları donanım tarafından sağlanmaktadır. Bu kaynakların kullanımı, kullanıcı sorunlarının çözümü için yazılmıģ olan uygulama programlarıyla gerçekleģtirilmektedir. ĠĢletim sistemi, uygulama programlarıyla donanım arasındaki iletiģimi sağlamaktadır. ĠĢletim sistemi bir "kontrol program"dır. Kontrol programının amacı, kullanıcı programlarının çalıģmasını sağlamak, bilgisayarın uygunsuz kullanımına ve hatalara yol açmasına engel olmaktır ĠĢletim Sisteminin GeliĢimi 1940 senelerinin ortalarında günümüze kadar olan süre içinde bilgisayar sistemlerinin geliģmesini ve buna paralel olarak bu sistemlerin kullanım yönünden geçirmiģ oldukları değiģiklikleri gözden geçirecek olursak karģımıza Tablo 1'deki görünüm çıkmaktadır. 8

9 Instruction-by-instruction processing Job-by-job processing Batch processing Multi-programming Time-sharing Tablo-1 ĠĢletim Sistemlerinin GeliĢimi. Instruction-by-instruction processing olarak tanımlanan süre içinde, bilgisayarın çalıģmaları elle kontrol edilmekteydi. ġöyle ki; günümüzde "operatör" olarak bilinen kiģi, o zamanlar bu kiģi iyi bir programcı ve hatta bir bilgisayar mühendisi olmak zorundaydı, elindeki iģin niteliğine göre teypleri takar, kart okuyucusunu yükler v.b. ve sonra konsol üzerindeki tuģları ve anahtarları (switches) kullanarak programı baģlatırdı. ĠĢ bitiminde operatör teypleri çıkarır, kartları okuyucudan alır, yazıcıyı ayarlar ve sonra ikinci bir iģi için gereken hazırlıkları yapardı. Bilgisayar teknolojisinin o günlerde böyle bir çalıģma Ģekli bir dereceye kadar geçerliydi, çünkü SET-UP-TIME denilen operatörün bir iģ için gereken hazırlıkları yapma süresi ile RUN-TIME denilen o iģin kullanıldığı bilgisayar zamanı arasındaki fark genellikle göz yumulabilecek bir dereceydi. Ancak daha sonraki yıllarda bilgisayarların iģlem yapma hızları giderek artmıģ ve dolayısıyla SET-UP-TIME RUN-TIME oranı da aynı ölçüde büyümeye baģlamıģtır. Böylelikle bilgisayar sistemlerinin daha verimli bir Ģekilde kullanılabilmesi için "bir iģten diğer bir iģe" geçiģ iģlemlerinin otomatikleģtirilmesi yolları aranmaya baģlanmıģtır. Bilgisayarların daha doğrusu merkezi iģlem ünitelerinin (CPU) hızlanması, diğer yandan tamamen elektro-mekanik prensiplere dayalı olarak çalıģan yazıcı, teyp ve kart okuyucu gibi giriģ-çıkıģ ünitelerinin hızlarıyla CPU hızı arasındaki farkın da gittikçe açılmasına neden olmuģtur. Bu hız farkının veya uyumsuzluğunun giderilmesi için yapılan çalıģmalar sistemcilik yönünden iki ayrı ve önemli geliģmeyle sonuçlanmıģtır. Bunlardan biri G/Ç kanallarının, diğeri ise OFF-LINING-I/O (G/Ç) adı verilen bir giriģçıkıģ tekniğinin geliģtirilmesi olmuģtur. Temel olarak g/ç kanalı adı verilen birim, sisteme bağlı giriģ-çıkıģ ünitelerinin CPU' dan mümkün olduğu kadar bağımsız bir Ģekilde çalıģmalarını sağlayan bir aygıttır. g/ç yapılacağı zaman CPU'dan kaynaklanan bir komutla kanal uyarılmakta ve o g/ç iģlemi için gereken iģlemler kanal tarafından otomatik olarak yapılmaya baģlanmaktadır. Bu sırada CPU diğer bir iģ üzerinde çalıģmakta ve aynı zamanda kanala verilen görevin bitip bitmediğini belirli zamanlarda kontrol etmektedir. Bu Ģekilde g/ç kanallarının kullanılmasıyla CPU gücünün, kendisinden çok daha yavaģ çalıģan giriģ/çıkıģ üniteleri üzerinde harcanması önlendiği gibi, giriģ/çıkıģ iģlemleriyle processing iģlemlerinin paralel yürütülmesi gerçekleģtirilmiģtir. Diğer yandan OFF-LINING-I/O adını verdiğimiz tekniğin geliģtirilmesiyle, g/ç kanallarında olduğu gibi, CPU'nun da kendinden çok daha yavaģ çalıģan giriģ/çıkıģ üniteleri ile direkt iliģki kurması önlenmiģtir. Bu tekniğin temelini ise "bilgilerin görüntüleģtirilmesi" kavram oluģturmaktadır. Örneğin; bir satır yazıcısı, bir kart okuyucusu ve bir manyetik teyp ünitesinden oluģan bir bilgisayar sistemi düģünelim. Böyle bir sistemde kartlardan okunması gereken bilgilerin, önce kart görüntüleri Ģeklinde manyetik teybe kaydedilmesi ve gerektiğinde oradan okunması CPU'nun daha 9

10 etkin bir Ģekilde kullanılmasını sağlar. Çünkü bilgi aktarma hızı yönünden manyetik teyp bir kart okuyucusundan en az yüz kat daha hızlıdır. Yine aynı sistemde ana bellekte kayıtlı bilgilerin satır yazıcısına gönderilmesi gerektiğini düģünelim. Aynı düģünce ile bu bilgilerin satır yazıcısı görüntüsünde önce manyetik teybe kaydedilmeleri ve daha sonra buradan alınıp yazıcıya gönderilmeleri CPU'nun daha etkin bir Ģekilde kullanılmasını sağlayacaktır. 1950'lerin ikinci yarısında kullanılmaya baģlanan bilgisayar sistemlerinde g/ç kanallarının ve OFF-LINING-I/O tekniğinin kullanılması g/ç - processing paralelizminin ve dolayısıyla CPU gücünün çok daha etkin bir Ģekilde kullanılmasını sağlamıģtır. Özellikle manyetik teyp ve disk kullanılarak OFF-LINING- I/O tekniğinin uygulanması, daha önce sözü edilen JOB-SET-UP-TIME ile PROCCESSING TIME arasındaki uyumsuzluğun giderilmesini sağlamıģtır. Bu Ģekilde sisteme girilmesi istenen iģler teypler üzerine kaydedilmekte ve bir iģlem diğerine geçiģ otomatik olarak MONITOR adı verilen bir program tarafından sağlanmaktaydı. Böyle bir çalıģma Ģekli bugün BATCH PROCESSING adını verdiğimiz çalıģma yönteminin temelini oluģturmaktadır. Batch Processing'den sonra en büyük geliģme Multi-Programming sistemlerdir. Bu geliģmenin temelini interrupt (kesinti) kavramı oluģturmuģtur. G/Ç kanallarından söz ederken CPU'nun kanala bir g/ç komutu verdiğini ve bu kanal iģlemi yaparken CPU'nun belirli aralıklarla bu iģin bitip bitmediğini kontrol etmesi gerektiğini vurgulamıģtık. ĠĢte CPU'nun bu kontrolü yapması yerine kanalın CPU'ya verilen görevin bitiminde özel bir sinyal ile haber vermesi inturrupt kavramını ortaya çıkarmıģtır. G/Ç görevi verilen kanal iģlemini bitirdiğinde CPU'ya bir interrupt sinyali gönderir. Bu sinyali alan CPU o anda çalıģtırmakta olduğu programı durdurur ve inturrupt yapan kanala iliģkin programa girer, burada gereken kontrolü yaptıktan sonra eğer baģka bir g/ç iģlemi varsa kanalı yeniden görevlendirir ve tekrar interrupt sinyali ile kesintiye uğrayan programı ele alır. Interrupt kavramı her ne kadar basit bir kavram olarak gözüküyorsa da giriģ-çıkıģ ünitelerinin veya daha doğrusu g/ç kanallarının sürekli kontrol edilmesi yükünü CPU'nun üzerinden kaldırması ve dolayısıyla giriģ-çıkıģ ünitelerinin, kanallarının çalıģabilecekleri en büyük hızlarıyla iģlem yapmalarını sağlaması yönünden büyük bir önemi vardır. Önceleri interrupt mekanizması yalnızca tek bir programa iliģkin olarak kullanılmaktaydı. Ancak sonraları 1960'ın ilk yarısında böyle bir mekanizma yardımı ile birçok programın aynı anda aynı CPU'yu kullanarak çalıģtırılabileceği saptanmıģtır. ġöyle ki, sistemde bulunan programlardan biri, bir g/ç iģleminin sonuçlanmasnı beklemek zorunda kalacak olursa, o g/ç iģlemi yapılırken diğer bir program CPU kontrolünü alabilir ve bu ikinci program bir g/ç iģlemi yapma durumuna geldiğinde CPU kontrolü tekrar birinci programa veya üçüncü bir programa verilebilir. ĠĢte bilgisayar sistemlerinin bu Ģekilde kullanılmaları bugün Multi-Programming adını verdiğimiz çalıģma Ģeklini ortaya atmıģtır. Multi-Programming, CPU'nun peripheral-limited (çok g/ç) programlarla processor-limited (çok iģlem) iģler arasında etkin paylaģımını sağlayan bir çalıģma yöntemidir. 10

11 Multi-Programming yönteminden baģka bir Ģekilde de yararlanılabilir. CPU'nun yalnız g/ç bekleyen (peripheral-limited) veya CPU'yu bekleyen (processor-limited) programlar arasında paylaģımlı kullanılması gerekmez. Nitelikleri ne olursa olsun birçok program aynı CPU'yu belirli sürelerle (quantum) ele geçirip iģlem yapabilirler. Bu Ģekilde o anda sistemde bulunan bütün programların paralel olarak ilerledikleri izlenimi verilebilir. Özellikle bu programların her biri sisteme yakın (local) veya sisteme uzak (remote) terminallerle iliģkili olursa, terminal kullanıcılarının her birine sanki o sistemi yalnız onlar kullanıyormuģ izlenimi verilebilir. ĠĢte bu çalıģma Ģeklinin uygulandığı sistemlere MULTI-ACCESS ve çalıģma Ģekline de INTERACTIVE veya TIME- SHARING adı verilmektedir. Ancak burada vurgulanması gereken önemli bir nokta, time-sharing ile multiprogramming arasındaki farkın belirlenmesidir. Bu iki kavram arasında en belirgin fark real-time-response, yani sistemden bir iģin yapılması için istekte bulunulması ile o iģin yapıldığına iliģkin yanıtın alınması arasında geçen zaman yönündendir. Multi- Programming yönteminin kullanıldığı sistemlerde CPU kontrolünü elinde bulunduran program, CPU'yu ya iģi bittiğinden, ya g/ç transferi beklemek zorunda kaldığından, ya da kendinden daha öncelikli bir programın CPU'yu elde etmesiyle bırakır. Multi-access sistemlerde ise CPU kontrolünün belirli sürelerde bir programdan diğerine geçirilmesi söz konusudur. Böylece terminal kullanıcılara geçerli bir servis veya baģka bir deyimle geçerli bir "response-time" sağlanmıģ olmaktadır ĠĢletim Sistemi ve Kapsamı Bir bilgisayar sisteminden istenen hizmet, fiziksel ve mantıksal olarak sınıfladığımız, donanım ve yazılım nitelikli kaynakların birlikte iģletilmeleri sağlanır. Örneğin, bir kullanıcının Fortran programlama dili ile geliģtirdiği uygulama programını, bir bilgisayar sisteminde çalıģtırabilmesi için; programını ve verilerini okutacağı giriģ birimleri, sonuçların alınacağı çıkıģ birimleri, iģlemin yapılacağı ana bellek, ana iģlem birimi gibi donanımın yanı sıra, programı çalıģmaya hazır duruma getirecek derleyici, bağlayıcı, yükleyici gibi yazılım nitelikli kaynaklara gereksinimi vardır. Bu kaynakların amaçlanan iģe gereken sırada ve sayıda yöneltebilmesi için, kullanıcının beklediği hizmeti, bu hizmetin koģul ve niteliğini, bilgisayar sistemine aktarabilmesi gereklidir. Bir bilgisayar sisteminde, kullanıcı ile iletiģim kurarak, istenen hizmeti karģılayacak kaynakları iģe yöneltecek, bu kaynakların birbiriyle uyumlu çalıģmalarını sağlayacak aracı, "ĠĢletim Sistemi" diye adlandırıyoruz. Bilgisayar sistemi üreten hemen her kuruluģ, pazarladığı donanım ile birlikte, fiziksel kaynakların kolayca kullanılmasını sağlayan temel yazılımı da vermektedir. Donanım üzerindeki güç denetim iģlevlerini yürüten, fiziksel birimleri denetleyen, kısaca donanımın çeģitliliğini ve karmaģıklığını kullanıcılara yansıtmamaya çalıģan bu çekirdek sistem "Supervisor", "Monitor" gibi adlarla anılmaktadır. Ġlk kuģak bilgisayarlarda bu yazılım katmanı, iģletim sisteminin en büyük kesimini oluģturmaktaydı. Bilgisayar sistemlerinden beklenen hizmetin çeģitliliği ve düzeyi, bu aracın kullanımına, uygulama alanlarının yayılmasına paralel olarak artmıģtır. Yapımcılar, 11

12 değiģik beklentileri karģılayabilmek üzere, ilk aģamada, çekirdek sistemin üzerine birçok yazılım katmanı eklemiģlerdir (ġekil-2). Pazarlama ürününün genel amaçlı olmasını, baģka bir deyiģle yeni görevlere kolaylıkla yöneltilebilmesini sağlamak üzere iģletim sistemlerine katılan yazılımın hacmi, günümüzdeki sistemlerde bile, çekirdek yazılımdan onkat daha fazladır. Yazılım Donanım Uygulama Programları Kullanıcıların Yönetimi Kaynakların Yönetimi Ç e k i r d e k S i s t e m B e l l e n i m D o n a n ı m Bilgisayar Sistemlerinin Gelişme Yönü İşletim Sistemleri Kapsamında İşlenecek Konular ġekil-2. ĠĢletim Sistemlerinde Katmanlar Bir iģletim sisteminin, gerektiğinde yeni bir yazılım katmanı daha eklenerek geliģtirilmesi, çoğunlukla sağlıklı bir büyümeye yol açmamıģtır. Yazılım yığınlarından oluģan hantal ve anlaģılmaları giderek güçleģen bu tür sistemlerin, kullanıcıların iģ yükünü her zaman hafiflettikleri söylenemez. Ayrıca, iģletim sistemlerinin kullanıcılara; sistemdeki aksamaları en az yansıtan, güvenilir ve iģletim bütünlüğünü koruyan bir ortam hazırlaması için yazılım yolu ile yapılacak iyileģtirmeler de, artık doyum noktasına ulaģmaya baģlamıģtır. Özellikle seksenli yılların baģında, bilgisayar sistemlerinin yapıları geliģtirilerek, geçmiģte çekirdek sistemin ve daha üst düzeyli katmanların üstlendiği birçok iģlevin donanımca yapılmasına çalıģılmaktadır Kaynak BölüĢümü Bilgisayar sistemini oluģturan fiziksel kaynaklar, çoğu uygulamada, tek bir kullanıcı tarafından tümüyle tüketilemez. BoĢta kalan kaynaklar, sistemin verimli kullanım düzeyini düģürdüklerinden, bunların eģzamanlı çalıģacak baģka kullanıcıların hizmetine yöneltebilmeleri, sistem yapımcılarının çözmesi gereken baģlıca sorunlardan biri olmuģtur. Ana iģlem birimi ve ana bellek, altmıģlı yıllardan baģlayarak, yetmiģlerin ortalarına kadar, toplam eder içindeki oranları nedeniyle, bir sistemde bölüģülmeleri amaçlanmıģ ilk kaynaklardır. Günümüzde ise, mıknatıslı depolama birimleri, satır yazıcılar gibi, diğer birimlere oranla pahalı olmaya baģlayan kaynakların bölüģülmesine çalıģılmaktadır (ġekil-3). 12

13 1960'lar Kullanıcılar AİB + Ana Bellek Veri Depolama Birimleri Eğilim 1980'ler Bilgisayar Bilgisayar Bilgisayar ġekil-3. Bilgi ĠĢlem Ortamının Evrimi Bilgisayar sistemlerindeki kaynak bölüģüm sorunu, ekonomik gerekçeler kadar, uygulamaların zorunlu kıldığı nedenlere de dayanmaktadır. Örneğin rezervasyon, stok denetimi, banka hesapları vb. uygulamalarda, birçok kullanıcının ortak bir veri kümesini bölüģmesi gereklidir. Süreç denetimi gibi, eģzamanlı iģlevlerin birlikte yürütülmesi 13

14 gereken uygulamalarda ise, bilgisayar sistemi, paralel çalıģan bağımlı/bağımsız birçok görev arasında bölüģülür. Bilgi iģlem ortamının kabaca çizdiğimiz bu evrimi nedeniyle, iģletim sistemleri, sürdürdükleri kaynak denetim iģlevinin yanısıra, bu kaynakları kullanıcılar arasında dengeli olarak bölüģtürme görevini de üstlenmiģtir. Bu aģamayı da gözeterek, iģletim sisteminin tanımını "bir bilgisayar sisteminde, kullanıcılar ile iletiģim kurarak, istenen hizmetleri karģılayacak kaynakları ise yöneltecek, bu kaynakların düzen içinde, uyumlu çalıģmalarını sağlayacak ve sistem kaynaklarını, sistemin karģılaması beklenen amaç yönünde kullanıcılar arasında bölüģtürülecek araç" olarak tamamlıyoruz Job (ĠĢ) Kullanıcıların, bilgisayar sisteminde bağımsız bir bütün olarak iģlenmesini istedikleri, iģletim sisteminin de diğerleri ile iliģkilendirmeden ele alacağı hizmet kümesi, iģ olarak adlandırılır. Bilgisayar sistemlerine sunulan iģler, bir veya daha çok programın ayrı ayrı uygulanacağı alt adımlardan oluģabilir. Kullanıcılar, yalnız aynı iģ içinde yer alan adımları iliģkilendirme olanağına sahiptir. Adımların uygulanıģında izlenecek sıra, kullanılacak kaynaklar, iģ denetim dilleri veya iģletmen komutları ile iģletim sistemine tanımlanır. ĠĢler, genellikle adımların ard arda uygulanacağı biçimde düzenlenir. Her adım, bir öncekinin sonuçlanması üzerine iģletime girer. Ancak, kullandıkları fiziksel kaynaklar yönünden çeliģmeyen bağımsız adımların, paralel olarak uygulanabilmeleri de olanaklıdır. Örneğin, delikli kartlar üzerinde hazırlanmıģ bir programda kullanılan bazı yordamların, mıknatıslı Ģeritte saklanan bir kaynak yordam kitaplığında bulunduklarını düģünelim. Derleme ve bağlama iģlemleri sonunda elde edilen amaç programın iki kez, iki bağımsız veri kümesi ile (delikli kart ve mıknatıslı tekerdeki bir kütük) uygulanacağını varsayalım. Bir bilgisayar sisteminde bu iģi çalıģtırmanın en yalın yolu, adımların sıradan iģletilmesidir (ġekil-4a). Ancak, örnekteki derleme ve uygulama adımlarının ayrı kaynaklar kullandıkları düģünülürse, bu iģin ġekil-4b'de gösterildiği gibi, paralel çalıģan adımlarla da düzenlenmesi olanaklıdır. 14

15 Kaynak Program A Kaynak Yordam Derleme 1 A 1.Adım Kitaplığı Derleme 2 2.Adım B Bağlama 3.Adım Amaç Program P 1.veri kümesi P K1 4.Adım Sonuçlar 2. Veri P Kümesi K2 5.Adım ġekil-4a. Sıradan Uygulama Ġle ĠĢ Adımlarının Düzenlenmesi. 15

16 Derleme 1 Derleme 2 B A+B Bağlama P Amaç Program 1.Veri Kümesi P P 2.Veri Kümesi K1 Sonuçlar K2 ġekil-4b. Paralel Uygulama Ġle ĠĢ Adımlarının Düzenlenmesi Task (Görev) Bir bilgisayar sisteminde hizmet üretimi, bağımlı veya bağımsız birçok iģlevin birlikte yürütülmesiyle sağlanır. Örneğin, bir program derlenirken giriģ-çıkıģ donanımından gelen uyarıları yanıtlamak, gerçek zaman saatinin uyarılarını izleyip, zamanla ilgili sayıģını yapmak, sistem iģletmeninden gelecek komutları kollamak gibi iģlevleri paralel sürdürmek gereklidir. Bu nedenle sistemdeki AĠB'nin zaman zaman yürütmekte olduğu iģi bırakıp, daha öncelikli yeni bir iģleve yönelmesi, sonra da bıraktığı iģe dönüp, iģletimi kesildiği noktadan sürdürmesi zorunludur. Bu iģleme AĠB'nin anahtarlanması denir. Anahtarlanmayı yapabilmek için; a)aġb'nin eski durumunun saklanması, b)aġb'nin durum yazmacının, diğer yazmaç vb. öğelerin yeni iģlevi ilgilendiren verilerle günlenmesi gerekir. ĠĢletim sistemleri bu amaçla, birlikte yürütülecek her iģlevin çalıģma ortamını tanımlayan bir yapı kurar. Bu yapıda AĠB'ni anahtarlamada kullanılacak verilerin yanısıra, iģlevi yürütmek için gereksinen kaynakların listesi ve çeģitli sayıģım bilgileri bulunur. 16

17 Yapılar 1.Görevin Uygulandığı Program Yazmaçlar Durum Sözcüğü Prog.Sayacı 1.görev 2.ve3.Görevlerin Uygulandıkları Prog. Yazmaçlar 2.görev AİB Program Sayacı... Yazmaçlar 3.görev Veri Alanları ġekil-5. Bir ĠĢletim Sisteminde Görevlerin OluĢturdukları Ortam. ĠĢletim sistemi açısından bakıldığında, AĠB'nin yöneltileceği çalıģma ortamını tanımlayan bu yapı, uygulanacak program ve ilgili veri alanları ile birlikte, sistemdeki en küçük iģletim birimini oluģturur. Bu iģletim birimi task (görev) olarak adlandırılır. ġekil- 5' te bir sistemde birlikte çalıģan üç görevin oluģturdukları ortam gösterilmiģtir. Ġkinci ve üçüncü görevler aynı programı uygulamaktadır. AĠB ise üçüncü göreve atanmıģtır. Birinci ve ikinci görevlerin yapıları, iģletimin bırakıldığı son durumu saklamaktadır. 2. ĠĢletim Sistemi Türleri ĠĢletim sistemi türleri; a)kullanıcılara sağladıkları çalıģma ortamı, b)kullanıcıların sisteme eriģim biçimleri, c)tasarım ve yapılarında izlenen yaklaģımlara göre, birbirine dolaylı olarak bağımlı üç boyut üzerinde incelenebilir. Bir iģletim sistemi, ilk iki boyuttaki özelliklerinden yalnız birini taģıyabileceği gibi, bunlardan çeliģmeyen birkaçını da birlikte bulundurabilir ÇalıĢma Ortamına Göre Sınıflandırma Günümüzdeki çoğu iģletim sistemi kullanıcılara fiziksel sistemin görünümünü aģan çalıģma ortamları hazırlamaktadır. Örneğin ana belleğin kapasitesi veya sistemdeki kart okuyucu, satır yazıcı sayısı, gerçek sistem görünümünün çok üzerinde olabilmektedir. Kullanıcıların iģ denetim dilleri ve programları aracılığı ile tanımladıkları, sınırlarını çizdikleri bu çalıģma ortamları, bilgisayar sisteminin 17

18 görünümünü aģsın veya aģmasın, "Görüntü Sistemler" olarak adlandırılır. ĠĢletim sistemi, görüntü sistemleri, gerçek sistemin kaynakları ile kurup çalıģtıran aracılar olarak da tanımlanabilir. Bir iģletim sistemi, aynı anda yalnız bir görüntü sistem kurma olanağını sağlıyorsa, bu sistemin tek iģ düzeninde (monoprogramming) çalıģtığı, eģ zamanlı birçok görüntü sisteminin kurulmasına olanak sağlıyorsa, çok iģ düzeninde (multiprogramming) çalıģtığı söylenir. Birlikte çalıģan görüntü sistemleri, AĠB dıģındaki kaynaklar için kesiģebiliyorsa, iģletim sistemi eģzamanlı kaynak bölüģümüne olanak tanımaktadır. Bunların yanısıra, bir iģletim sistemi kurulan herhangi bir görüntü ortamının birden çok AĠB içermesine izin veriyorsa, bu sistemde ayrıca, çok görevli iģlem (multi-tasking) yapıldığı söylenir Tek ĠĢ Düzeni (Monoprogramming) Tek iģ düzeninde çalıģılan bir sistemde, bir anda yalnız bir görüntü ortam kurulduğundan, kullanıcı sistemin kaynaklarını tümü ile kullanabilir. ĠĢletimde oluģan hatalar baģka bir kullanıcıya yansımayacağı için, korunma önlemleri, sadece iģletim sistemi ile kullanıcı arasında öngörülür. Bu nedenlerle tek iģ düzeninde kaynak atama, sistem bütünlüğünü koruma gibi sorunlar, yalın biçimde çözülebilir. Ancak kurulan görüntü sistemler, çoğu kez gerçek görünümünün altında kalacağından, bu iģletim sisteminin verimlilik düzeyi de düģüktür Çok ĠĢ Düzeni (Multiprogramming) Çok iģ düzeni baģlangıçta, AĠB'nin boģ olarak beklediği süreleri değerlendirmek için tasarlanmıģtır. Sistemde çalıģan herhangi bir iģ, bir giriģ/çıkıģ, bir zaman uyumu vb. nedenle beklemeye geçtiğinde AĠB'nin baģka bir iģe baģlaması ve böylece bu pahalı birimin kullanım düzeyinin yükseltilmesi amaçlanmıģtır. Genellikle AĠB ile giriģ/çıkıģ birimlerinin çalıģma hızları arasındaki fark büyüktür. Örneğin, dakikada 300 kart okuyabilen bir okuyucudan giriģ yapmak isteyen bir program; 60 / 300 saniye = 200 milisaniye beklemek zorundadır. Bir sistemde ortalama iģlem hızının 2 ile 5 mikro saniye arasında olduğu varsayılırsa, bu bekleme süresi içinde; 200 / 2 * 1000 = veya 200 / 5 * 1000 = (1/1000 sn = 1 mili sn, 1/1000 mili sn = 1 mikro sn, 1/1000 mikro sn = nano sn) komut iģlemek olanaklıdır. Çok iģ düzeninin ilkelerini incelemek üzere, bir sistemde, üç iģin paralel çalıģtığı bir yapıyı düģünelim (ġekil-6). Her iģ, AĠB'ni bir süre kullandıktan sonra (a (kullanıcı, kez)), bir giriģ/çıkıģ (g (kullanıcı, kez)) baģlatmaktadır. Bu giriģ/çıkıģ sonunda AĠB boģta ise, kullanıcı yeniden çalıģmaya baģlamakta (örneğin ikinci kullanıcı, birinci g/ç sonu: g21 a22 ), eğer AĠB baģka bir iģe atanmıģ ise, kullanıcı bu birimin serbest kalmasını 18

19 bekleyip (örneğin birinci kullancı, birinci g/ç sonu: g11 b11 ) AĠB'ne daha sonra sahip olmaktadır (b11 a12 ). ġekil-6'da I ve II ile gösterilen taralı alanlar AĠB'nin atanacağı iģ kalmadığında, boģ geçen süreleri göstermektedir. Bu sistemde birinci iģin toplam iģletim süresi, j a b g ij 1l 1k l k bağıntısı ile gösterilir. Bu iģin sonuçlanması, sistemde çalıģan diğer iģler nedeniyle l b 1l kadar gecikmeye uğramıģtır. AĠB, uygulanacak baģka iģler bulunduğundan a a 2 j 3k süresi boyunca çalıģmıģtır. Bunun yanısıra, ikinci ve üçüncü iģler, birinci iģin kullandığı yan birimler dıģında kalanları da paralel çalıģtırdıklarından, sistemin toplam kullanım düzeyi artmıģtır. Tek iģ düzeni düģünüldüğünde, çok iģ düzeni iģlerin çalıģma sürelerini, AĠB'ni bekleme süresi kadar arttırmaktadır. Ancak, sistemde aynı anda birçok iģ paralel çalıģtığından, bazı iģler de görüntü ortamlarına kavuģtukları andan baģlayarak, diğerlerinin sonuçlanmasını beklemeden iģletimlerini tamamlayabilirler. Oysa ġekil-6'da verilen örnek, tek iģ düzeninde çalıģan bir sistemde uygulansaydı, birlikte sunulan üç iģten yalnız biri uygulanabilecek, diğerleri sıra ile bir öncekinin bitmesini bekleyecekti. Bu nedenle, iģlerin sonuçlanmaları için gereken sürenin, tek iģ düzenine göre ortalama olarak daha düģük olması doğaldır. Birlikte çalıģacak iģlerin seçimi, bu sürenin, tek iģ düzenine göre ortalama olarak daha düģük olması doğaldır. Birlikte çalıģacak iģlerin seçimi, bu sürenin artıp, eksilmesindeki baģlıca etkendir. Kullanıcılar AİB'ni Bekleme 1 2 AİB G/Ç AİB G/Ç b 21 a 11 a 21 g 11 g 21 a 31 b 11 a 12 a 22 g 12 g 22 b 12 a 13 a 23 b 32 3 AİB G/Ç b 31 g 31 I AİB Boş II Zaman T 19

20 ġekil-6. Çok ĠĢ Düzeninde AĠB Kullanımı Çok Görevli ĠĢlem (Multitasking) Bir sistemde bağımsız çalıģabilen en küçük iģletim birimi olarak tanımlanan görev, kullanıcıların bilgisayar sistemine sundukları iģlerin yürütülmesini sağlayan temel araçtır. Bir iģin sistemde çalıģması, iģletim sisteminin bu iģe en az bir görevi koģması ile gerçekleģir. Adımları sıradan uygulanacak bir iģ (ġekil-4a), sırası ile derleme, bağlama, uygulama adımlarını karģılayan programları çalıģtıracak tek bir görev tarafından yürütülebilir. Ancak, iģteki bazı adımları paralel olarak uygulamaya yöneldiğimizde (ġekil-4b), birlikte yürütülecek her adım için ayrı bir görevin kullanılması gerekir. Böyle bir çalıģma ortamını kurma olanağını sağlayan iģletim sistemleri, çok görevli iģlem yapan (multitasking) sistemler olarak tanımlanır. ĠĢletim sistemleri, bağımlı ve bağımsız birçok iģlemi birlikte yürütmekle yükümlü olduklarından, doğal olarak çok görevli yapıda çalıģırlar. Bu görevlerden yalnız sınırlı bir kesimi, kullanıcıların iģlerini yürütürler. ĠĢletim sistemleri içinde çalıģan görevler, ya da ayrı kullanıcılara hizmet üreten tek tek görevlerden oluģan bir topluluk, bir bilgisayar sisteminde çok görevli iģlem yapıldığı anlamını taģımaz. ġekil- 7'de birlikte çalıģan iki kullanıcının (çok iģ düzeni) oluģturdukları ortam gösterilmiģtir. Birinci kullanıcı, uygulama adımını tek bir görevle yürütmektedir. Ġkinci kullanıcı ise (ġekil-4b'de iģlenen örnekte olduğu gibi), ilk iki derleme adımını birlikte yürüterek, çok görevli iģlem yapmaktadır. Bu kullanıcı, derlemeler bittiğinde, bağlama sürecini tek bir görevle (birinci kullanıcı gibi) gerçekleģtirecektir. Daha sonra, uygulama adımlarını paralel yürütmek isterse, yeniden çok görevli bir ortam kuracaktır. Çok görevli iģlemde, kullanıcıların birlikte çalıģtırabilecekleri görev sayısı, iģletim sistemi içinde görevler için öngörülen yapı sayısı ile sınırlıdır. Ancak bu üst sınır, çoğu uygulama için yeterlidir. Ayrıca, birlikte çalıģacak görev sayısı, kullanılan diğer kaynaklar nedeniyle de, çoğu kez, iģletim sisteminin izin verdiği sayının çok altında kalır. 20

21 1.İş İş Adımları Uygulama Derleme Görevler 1.Kullanıcı g 1 g j g i Gerçek Zaman Saati 2.İş Uygulama Bağlama Derleme Derleme 2.Kullanıcı g 1 g m g k İşletmen iletişimi g 2 İşletim Sistemi Görev Yönetici 2.2. Sistem Kullanım Biçimine Göre Sınıflama ġekil-7. Çok Görevli ĠĢlem Bir bilgisayar sisteminde hizmet üretim süreci; hazırlık + sunuş + işletim + sonuçlama olarak tanımlanan evrelerden oluģur. ĠĢletim sistemlerinde, iģletim dıģında kalan evrelerin düzenleniģ biçimleri, kullanıcıların bilgisayar sistemine nasıl eriģeceklerini, gereksedikleri hizmeti alırken nasıl davranacaklarını, doğrudan belirleyen etmenlerdir. Bir iģte, çalıģma ortamının hazırlanması, uygulanacak programın iģletim sistemine aktarılması ve sonuçların kullanıcıya iletilmesinde benimsenen yaklaģımlara göre, iģletim sistemleri; a) AdanmıĢ iģlem (Dedicated Processing), b) Toplu ĠĢlem (Batch Processing), c) EtkileĢimli iģlem (Interactive Processing), yapan sistemler biçiminde sınıflanmaktadır AdanmıĢ ĠĢlem (Dedicated Processing) AdanmıĢ iģlem, bilgisayar sisteminin belirli bir süre için, tümüyle bir kullanıcının hizmetine verildiği çalıģma türüdür. Ġlk kuģak bilgisayar sistemlerinde ve yetmiģli yılların minibilgisayarlarında yaygın olarak kullanılmaya baģlanmıģtır. Günümüzde kiģisel bilgisayarlar ile yeniden gündeme gelen bu çalıģma türü, kullanıcıya, iģin her adımını izleyip, elde edilen sonuçlara göre, iģ akıģını dinamik biçimde yönlendirme esnekliğini sağlar. Örneğin metin düzenleme, derleme ve uygulama adımlarını içeren bir iģte (ġekil- 8), kullanıcı kaynak program ile verilerini metin düzenleyiciyle günleyip, düzeltebilecek, derleme aģamasına hatasız olduğuna inandığı programı sunacaktır. Derleme veya uygulama adımında herhangi bir aksama olduğunda, 21

22 yeniden önceki adımlara dönüp, gereken düzeltmeleri yapması olanaklıdır. Kullanıcı, bilgisayar sistemi ile karģı karģıya bulunduğundan, gereksinim duyduğu denetim komutları yalın ve az sayıdadır. AdanmıĢ iģlem, kullanıcılara etkin bir çalıģma ortamı sağlamasına karģın, sistem kullanım düzeyinin çok düģük kalması nedeniyle, bilgisayar sistemlerinin görünümleri büyüdüğünde, çok pahalı bir yaklaģım olmaktadır. Metin Düzenleme Derleme Uygulama Kullanıcı ġekil-8. AdanmıĢ ĠĢlemde ĠĢ AkıĢı Toplu ĠĢlem (Batch Processing) Bir bilgisayar sisteminde iģlerin akıģını hızlandıracak en etkin önlem, uygulama sürecinin her adımında yinelenen hazırlanıģ ve sunuģ evrelerinde tüketilen süreleri kısaltmaktır. Bu da, gereksinen çalıģma ortamının önceden planlanıp, düzenlenmesi ve doğrudan insan etkeninin katılmadığı, otomatik bir iģ akıģ mekanizmasının kurulmasıyla gerçekleģtirilebilir. Toplu iģlem bu ilkelerin uygulandığı ilk çalıģma düzenidir. Bu çalıģma düzeninde, iģteki adımlar, tüketilen kaynaklar, iģletimde oluģabilecek koģullara göre izlenmesi gerekecek yollar, iģ sisteme aktarılmadan önce kesinlikle belirlenir. Kullanıcı iģ tanımını, programlarını, verilerini bilgisayar sistemine topluca aktarır (ġekil 9). ĠĢ denetim dilleri, kullanıcının iģini dolaylı yoldan yönetebilmesi için, bu çalıģma düzeninin zorunlu kıldığı araçlardır. 22

23 2. Adım Hazırlama 1. Adım Son Adım Sonuçlanma İş Akış Dili 3. Adım Kullanıcı ġekil-9. Toplu ĠĢlemde ĠĢ AkıĢı Toplu iģlem yapılan sistemlerde kullanılan en yaygın giriģ birimi, kart okuyuculardı. Günümüzde, disket birimlerinin delikli kartların yerini alması, mantıksal açıdan eģdeğerli sayılabilecek bu birimlerin de, toplu iģlem düzeninin giriģ birimleri arasında sayılmalarını gerektirmektedir. Bunların dıģında, birçok iģi baģka bir sistemde mıknatıslı ortama aktararak (örneğin mıknatıslı Ģerit), bilgisayar sistemine yığılmıģ ve hızlı okuma yapabilen giriģ uçlarından sunan çeģitli sistemlerde bulunmaktadır. Uzaktan iģ giriģi (Remote Job Entry) toplu iģlem yapılan bir sisteme uzak bir noktadan iģ sunma ve çıktıları uzak bir yazıcıdan alma olanağı sağlayan eriģim biçimine verilen addır. Toplu iģlem, bilgisayar sistemlerinin daha verimli kullanılmalarını sağlayarak, iģ baģına düģen sistem giderlerinin azalmasına yol açmıģtır. Bu olumlu yönün yanısıra, toplu iģlemin sakıncalı sayılabilecek iki yönü bulunmaktadır. Bunlardan ilki; iģ yönetiminin, durgun ve iģ denetim dilinin olanaklarıyla sınırlı bulunmasıdır. Kullanıcı, iģletimde oluģan ve öngörmediği durumları çözümlemek için, iģin sonuçlanıp kendisine ulaģmasını beklemek zorundadır. Doğru bir sonuç alabilmek için, iģi yeniden sisteme vermesi gerekmektedir. Ġkinci sakınca, sonuçlanma evresinden kaynaklanmaktadır. Çoğu iģletim ortamında iģler sonuçlanmıģ olsalar bile, çıktıların kullanıcıya ulaģması dakika, saat ile ölçülebilen düzeye çıkabilmektedir EtkileĢimli ĠĢlem (Interactive Processing) EtkileĢimli iģlem kullanıcılara, iģlerini dinamik biçimde yönlendirme, yapılan uygulamanın sonuçlarını aracısız elde edip, hızla önlem alma olanağını sağlayan çalıģma türüne verilen addır. Bu yaklaģımla yönetilen bilgisayar sistemlerinin bir baģka özelliği de, birlikte çalıģacak kullanıcı sayısının yüksek olabilmesidir. Zaman bölüģümü (Time Sharing), "kullanıcılara bir bilgisayar sisteminde tek baģına çalıģıyormuģ izlenimi veren" ve bu sistemi birçok uygulama arasında bölüģtüren, etkileģimli iģlem yaklaģımına verilen addır. EtkileĢimli iģlemde, hizmet üretim süreci; 23

24 a) ĠĢlenecek bilginin (transaction) sisteme yöneltilmesi, b) ĠĢletim için beklemesi, c) ĠĢletim, d) Sonuçların dökümü, e) Kullanıcının düģünme süresi, biçiminde beģ evreye ayrılır (ġekil-10). İşletim için Bekleme İşletim Dilimleri Düşünme Süresi İşlenecek Bilginin Girilmesi İşletim Evresi Yanıt Süresi Sonuçların Dökümü İşlenecek Bilginin Girilmesi Bir İşletim Süreci ġekil-10. EtkileĢimli ĠĢlemde ĠĢletim Süreci ĠĢlenecek bilginin girilmesinden baģlayarak, sonuçların dökümüne kadar geçen süreyi sistemin yanıt süresi olarak adlandırıyoruz. ġekil-10'dan görüleceği gibi yanıt süresi, iģletim için gereksenen süre kadar (iģletim dilimlerinin toplamı), iģletim evresine geçmek için beklenen süreye ve iģletim dilimleri arasında AĠB'nin diğer görevlere yöneltildiği sürelere de bağlıdır. EtkileĢimli iģlemde, iģletim sisteminin baģlıca iģlevlerinden biri "bu dilimlerin, kullanıcıların hiçbirini fazla bekletmeyecek biçimde" dağılmasını sağlamaktır. Yanıt süresi için, kesin bir üst sınırın çizildiği etkileģimli uygulamaları, Gerçek Zamanlı (Real Time) olarak niteliyoruz. Veri toplama, süreç denetimi gibi, fiziksel sistemlerin izlenmesi, yönetilmesine iliģkin uygulamaların yer aldığı bu iģlem türünde, yanıt süreleri çoğunlukla mikrosaniye, milisaniye, saniye ile ölçülen kısa dilimlerle sınırlıdır. Kullanılan zaman birimi ne olursa olsun bu sistemlerin temel özelliği, istenen hizmeti, önceden belirlenen süre içinde gerçekleģtirmeye çalıģmaktır. Ancak milisaniyenin altında tutulması gereken yanıt süreleri söz konusu olduğunda, günümüz bilgisayar teknolojisinin sınırları zorlandığından, çok özel yaklaģımların benimsenmesi gerekmektedir. Bu tür sistemlerin yapıları, doğal olarak, genel amaçlı kullanıma açık olanlardan farklıdır Yapılarına Göre Sınıflama ĠĢletim sistemlerini gerçekleģtirirken benimsenen ilkeler, bu sistemleri sınıflamada kullanılabilecek ölçütlerdir. Örneğin, sistemde görevlerarası zaman uyumunda uygulanan yaklaģımlara göre, iģletim sistemlerini yapılarına göre iki grupta toplamak olanaklıdır; 24

25 a) Ġletiye dayalı sistemler (message oriented systems), b) Yordam çağırmaya dayalı sistemler (procedure oriented systems), Bunun dıģında sistemde temel birim varsayılan öğeler üzerinde (örneğin görev, iģ, kütük, program, vb.) yapılan iģlemler de, ayırıcı etken sayılmaktadır. 3. ĠĢletim Sistemlerinde Temel ĠĢlevler ĠĢletim sistemlerinin temel iģlevleri; a) Yazılım-donanım bütünlüğünün sağlanması, b) Kaynakların yönetimi, c) Kullanıcılar ile sistem arasındaki iliģkinin,uyum ve düzeninin kurulması, diye üç ana grupta toplayabiliriz Yazılım-Donanım Bütünlüğünün Sağlanması Donanım üzerindeki denetim iģlevleri ve çevre birimlerinin yönetimi, çekirdek sistem denilen, temel yazılım katmanı tarafından yürütülmektedir. Bu çekirdek, donanım ve yazılım arasındaki geçiģi, kaynaģmayı sağlayarak, daha üst katmanlara, bilgisayar sistemini düzenli, yalın kurallar içinde yönetilen bir bütün olarak yansıtma görevini üstlenmiģtir. Örneğin, verilerin çevre birimleri ile ana bellek arasında nasıl aktarıldığı, program ya da donanımda oluģan aksamaların nasıl yakalanıp iģlendiği, bu katmanın üzerinde yer alan kesimlere yansımayan iģlemlerdir. Bilgisayar sistemlerinde yazılım ile donanım arasındaki iletiģim, yazılımdan donanıma doğru sistemin temel komutları, donanımdan yazılıma doğru da uyarılar yolu ile kurulur. AĠB'nin çözüp çözüp uyguladığı sistem komutları, donanımı denetleyen temel uyarıların üretilmesini sağlar. Sistemde var olan donanım birimleri ise, sonucu bilgisayar sistemindeki uygulamayı etkileyecek oluģumları, uyarılar biçiminde sisteme yansıtırlar. Örneğin satır yazıcının, bir satır yazdıktan sonra serbest duruma geçmesi, iģletmen ucundan girilen bir karakterin, ana sisteme aktarılmaya hazır duruma gelmesi, AMB'nin bir iģlemi tutarsız sonuçlandırması vb. olaylar uyarılar biçiminde AĠB'ne aktarılırlar. Çekirdek sistemin bu uyarıları yakalayıp, yorumlaması ve beklenen hizmeti üretecek yordama yöneltmesi gerekir. Bir bilgisayar sisteminde, donanımdan kaynaklanan uyarılar, yazılıma iki yoldan yansıtılır. Bunlardan birincisi; bu uyarıları özel yazmaçlarla saklayıp, çekirdek sistemin, gerekli gördüğü zaman bunları incelemesini beklemektir. Diğeri ise, AĠB'ni, uygulamakta olduğu programı bırakarak, bu yeni olayı iģleyecek yazılıma yönelmeye zorlamaktır Kaynakların Yönetimi ĠĢletim sistemlerinde, kaynakların yönetimi baģlığı altında toplanan kesim, kaynakların düzenlenmeleri ve bölüģülmelerini amaçlayan yazılımın incelenmesine yöneliktir. Bilgisayar sistemlerinde yer alan fiziksel ve mantıksal kaynaklar hem nitelik, 25

26 hem de nicelik yönünden farklı olduklarından, herbirinin yönetiminde benimsenen yaklaģımlar da ayrıdır. Ancak her kaynak yönetici: a) kaynağın durumunu izleyen, b) kime, ne zaman, ne süre ile atanacağını saptayan, c) kullanıma hazır duruma getiren, d) gerektiğinde geri alan iģlevlerden oluģur. Fiziksel kaynaklar: a) istenildiğinde bir kullanıcıdan geri alınıp, baģka birine yöneltilebilenler, b) doğası nedeniyle, kullanımı her zaman devredilemeyenler olmak üzere, iki grupta toplanabilir. AĠB ve ana bellek ilk grup, satır yazıcı ve kart okuyucu ikinci grupta yer alan kaynaklar için verebileceğimiz örneklerdir. Fiziksel kaynakların gerçek anlamda eģzamanlı bölüģümü, hiçbir zaman söz konusu değildir. Bir donanımın, sınırlı sürelerle birden fazla kullanıcının hizmetine verilmesini, baģka bir deyiģle, bir kullanıcının belirli bir birimden beklediği tüm hizmeti almadan, bu kaynağın baģka birine yöneltilmesini, eģzamanlı bölüģüm diye adlandırıyoruz. EĢzamanlı bölüģüm, yalnız AĠB ve ana bellek gibi yeniden kullanılır birimler için olanaklıdır. Ancak, böyle bir kaynağı kullanıcılar arasında anahtarlayabilmek için bazı önlemler almak, düzenlemeler yapmak zorunludur. Örneğin, AĠB'deki program sayacı, durum belirteçleri, genel amaçlı yazmaçlar kullanıcıya özgü verileri içerirler. AĠB nin bölüģülebilmesi için, bu yazmaçların yeni kullanıcının verileri ile günlenmeleri ve eski içeriklerinin saklanması gereklidir. Satır yazıcı gibi, istenildiğinde geri alınamayan (eģ zamanlı bölüģülemeyen) kaynaklar için de, yazılım yolu ile eģdeğerli birimler yaratmak olanaklıdır. Böylece her kullanıcı, kendi satır yazıcısını, kart okuyucusunu kullanabilir. ĠĢletim sisteminin, "görüntü" diye nitelendirilen bu kaynakları da yönetmesi ve görüntü kaynak-fiziksel birim iliģkisini kurması gereklidir. Yazılım nitelikli kaynakların eģ zamanlı bölüģümü, programların: a) yeniden girilir nitelikte (reentrant) olmalarına, b) herkesce bilinen, öğrenilebilen adlarla çağılmalarına bağlıdır. Ġlk özellik, çeģitli programlama teknikleri ile kullanıcılar, derleyiciler tarafından sağlanabilir. Ancak adlandırma sorunu, fiziksel kaynaklarda olduğu gibi, iģletim sisteminin yükümlülüğündedir. BölüĢülmesi istenen yazılım, sistemin sürekli birleģenleri arasında sayılıyorsa, baģka bir değiģle herhangi bir kullanıcı tarafından rastgele zamanlarda yaratılıp, yok edilmiyorsa, tüm kullanıcılarca bilinen ortak bir isimle çağırılabilir. Örneğin kimi sistemde derleyiciler, matematiksel ve istatistiksel iģlevler vb. yazılım, ana bellekte aynı isimle, birçok kullanıcı tarafından eģzamanlı bölüģülmektedir. Bir sistemde bölüģülen yazılımın, birbirinden habersiz kullanıcılar tarafından, dinamik olarak yaratılıp, yok edilmesi istenirse, iģletim sisteminin bu oluģumu izleyecek, gereken iliģkileri kuracak iģlevleri de içermesi gerekir. Günümüzde, bedeli yüksek olan bu seçeneği uygulayan sistem sayısı çok sınırlıdır. 26

27 Bir bilgisayar sisteminde belirli bir süre kullanılması amacıyla atanabilecek cinsten her türlü yapıta KAYNAK adı verilmektedir. Tipik bir sistemde bu yapıtlar Ģunlar olabilir; - K tane AĠB (CPU) - L byte'lık bellek - M tane disk - N tane manyetik teyp - P tane satır yazıcı - Q tane kart okuyucusu ve yazıcısı - R tane terminal... vb. ĠĢletim sistemleri açısından bir bilgisayar sisteminin kaynakları dört ayrı grupta toplanabilir. Bunlar; 1) Bellek (Ana bellek) 2) AĠB (CPU) 3) Yan-üniteler (yazıcılar, terminaller, diskler, vb.) 4) Bilgi (Files, Data-Bases) Bir bilgisayar sisteminin kaynaklarının, o sistemin performansını en yüksek düzeyde tutabilecek bir Ģekilde paylaģımlı olarak kullanılmasını sağlayan mekanizmaya YÖNETĠM adı verilir. Bir sistemin performansı temel olarak beģ ayrı kriterle ölçülür. Bunlar; 1) Verimlilik: ĠĢletim sistemleri genellikle karmaģık programlardan oluģmuģtur. Bu programların, yönetimini üstlendikleri sistem kaynaklarını kullanma oranı ne kadar düģük olursa, sistemin verimliliği de o derece yüksek olur. 2) Güvenilirlik: Sistem yönetimi, en azından üstünde kurulu olduğu donanım kadar güvenli olmalıdır. Donanım veya yazılım yönünden doğacak sorunları sezebilmeli ve bu sorunlardan doğacak zararları en aza indirmelidir. 3) Koruyuculuk: Yönetim bir kullanıcının, ki bu bir program da olabilir, yapacağı hataların diğer kullanıcıları hiçbir Ģekilde etkilememesini sağlayabilmelidir. 4) Sezdiricilik: Genellikle kullanıcıların sistemden isteklerinin neler olduğunu sezmek veya kestirmek kolay olmamaktadır. Ancak, kullanıcıların isteklerinin belirli süreler içinde büyük farklılıklar göstermediği de söylenebilir. Örneğin, kullanıcı sisteme bir iģ girdiğinde, o iģin kabaca ne zaman sonuçlanabileceğini kestirebilmelidir. 5) ElveriĢlilik: Kullanıcıların bir sistemin kaynaklarını paylaģımlı olarak kullanmaları, onların kendi istekleriyle değil de sistemin onlardan istediği ekonomik bir zorunluluktur. Dolayısıyla sistem yönetimi, kullanıcıya verilen servisin kolay elde edilebilir, yani elveriģli olmasını da sağlamalıdır. 27

28 Bir iģletim sisteminin yönetim fonksiyonlarını temel alarak dört ayrı gruba ayırabiliriz. Bunlar; 1) Kaynakların izlenmesi (KĠ), kaynağın statüsü, kullanıldığı yer, vb. 2) Kaynakların kullanım politikasının saptanması (KP), kim, ne zaman, ne kadar? 3) Kaynakların atanması (KA) 4) Kaynakların kullanıcılardan geri alınması (KG) dır Ana Belleğin Yönetimi YetmiĢli yılların ortalarına kadar, ana bellek, bölüģülür niteliği ve sistem içindeki yüksek ederi nedeniyle, üzerinde yolun çalıģma yapılan bir kaynak olmuģtur. Günümüzde, donanımın büyük ölçüde ucuzlaması, ana belleğin geçmiģe göre daha yalın yöntemlerle yönetilmesini olanaklı kılacaktır. Ancak, orta ve büyük boy birçok sistemin, yapılmıģ olan yatırımlar nedeniyle, geçmiģ dönemin izlerini taģıyacağı ve ana belleğin yönetimi için benimsenmiģ ilkelerin, daha bir süre yürürlükte kalacağı öngörülebilir. ġimdi yönetim fonksiyonlarının bellek için ne anlam taģıdıklarını inceleyelim. 1)KĠ: Belleğin hangi bölümlerinin kullanılmakta olduğunun ve kimler tarafından kullanıldığının, ayrıca belleğin hangi bölümlerinin kullanılabilir durumda (FREE) olduğunun izlenmesi. 2)KP: Eğer "Multi-Processing" yapılıyorsa belleğin hangi "Process"lere (görev veya iģbirimlerine) ne zaman ve ne kadar bir süre için verilmesi gerektiğinin saptanması. 3)KA: Sistemdeki bir "Process" bellek isteğinde bulunduğunda "Kullanım Politikası"na aykırı olmadıkça gereken atamanın saptanması. 4)KG: "Process"lerden, iģlerinin bitiminde, onlara atanmıģ bellek sahalarının geri alınıp, o sahalarla ilgili statü değiģikliklerinin yapılması. Bellek ve AĠB yönetimleri birbirlerine sıkı bağlarla bağlanmıģtır. Bir program ancak belleğe yerleģtirilmiģ ise iģlem görebilir. Dolayısıyla belirli bir süre için AĠB denetimini ele geçiremeyecek bir programın bellekte tutulması, o bellek bölümünün boģu boģuna harcanması demektir. Bir bilgisayar sisteminin en pahalı kaynaklarından biri olan belleğin bu Ģekilde harcanmasını önlemek için iģletim sistemi, daha doğrusu bellek yönetimi, belleğin iģlenebilir programlarla yüklü olmasını ve bellekte oluģan boģlukların kullanılabilir bir durumda düzenlenmesini sağlamakla yükümlüdür. Bu ve benzeri bellek yönetim sorunlarını çözmek için Relocation, Paging, Segmentation, Partition, Allocation, Swapping, Overlaying gibi çeģitli teknikler geliģtirilmiģtir. Ancak bu tekniklerin bellek yönetimi açısından getirdikleri kolaylıkları ve uygunluğu gerek 28