İşletim Sistemleri (Operating Systems) 1
İşletim Sistemleri (Operating Systems) Genel bilgiler Ders kitabı: Tanenbaum & Bo, Modern Operating Systems:4th ed., Prentice-Hall, Inc. 2013 Operating System Concepts, A. Silberschatz, G. Gagne, P. B. Galvin, Wiley, 2013. Değerlendirme Arasınav : %40 Lab. Uyg. ve Ödevler : %20 Final Sınavı: %40 2
İşletim Sistemleri (Operating Systems) Ders içeriği 1. Bilgisayar Sistemlerinin Yapısı 2. İşletim Sistemlerine Giriş 3. Process (İşlem-Süreç) 4. Threads (İşlemcik) 5. Process Zamanlama 6. Process Senkronizasyonu 7. Ölümcül Kilitlenme (Deadlocks) 8. Bellek Yönetimi 9. Sanal Bellek Yönetimi 10. İkincil Bellek Yönetimi 11. Disk Çizelgeleme 12. Dosya Sistemi 13. Giriş Çıkış Sistemleri 14. Koruma ve Güvenlik 3
Bilgisayar sistemi organizasyonu Bilgisayar sistemi mimarisi 4
İşletim Sistemi nedir? İşletim sistemi; donanımın doğrudan denetimi ve yönetiminden, temel sistem işlemlerinden, bilgisayar kaynaklarının paylaşımından ve uygulama programlarını çalıştırmaktan sorumlu olan sistem yazılımıdır. İşletim sistemi, bütün diğer yazılımların belleğe, girdi/çıktı aygıtlarına ve dosya sistemine erişimini sağlar. Birden çok yazılım aynı anda çalışıyorsa, her yazılıma yeterli sistem kaynağını ayırmaktan ve birbirleri ile çakışmamalarını sağlamaktan da sorumludur. 5
İşletim Sistemi nedir? İşletim sistemi birincil olarak bir kaynak yöneticisi olarak tanımlanabilir. Yönetilen kaynaklardan en önemlisi donanımdır. Bu anlamda işletim sistemlerinin anahtar kaynakları genel olarak Merkezi İşlem Birimi (MİB) Bellek Girdi / Çıktı aygıtları Veri olarak sınıflandırılabilir. 6
Bilgisayar donanımı, sayısal bir bilgisayarı (tüm yan birimleriyle) oluşturan elektronik yapıtaşları ve bunların bir araya gelmesinden oluşan işlevsel birimlerdir. Bilgisayarlar, program adı verilen bir dizi komut sayesinde verileri işleyerek komutlarda belirtilen işlemleri gerçekleştirirler. Üst düzey bir dille yazılan bir programın işlenebilmesi için makina diline çevrilmesi ve ana bellekte bulundurulması gerekir. Bütün bu işlemler, temel 4 işlevsel birimden (Merkezi İşlemci birimi, Bellek, Girdi ara birimleri, Çıktı ara birimleri) oluşan bilgisayarlarca görev dağılımıyla gerçekleştirilir. Bu birimler veri, adres ve kontrol yolları (bus) ile birleştirilirler. 7
Sayısal bilgisayarın en temel üniteleri; Merkezi işlem Birimi (Central Processing Unit-CPU) Bellek (Memory) Girdi/Çıktı birimleri (Input/Output devices) 8
Merkezi İşlemci Birimi : aritmetik-mantık ve kontrol alt birimlerinden oluşur. Programın komutlarının işlenmesi, aritmetiksel/mantıksal işlemler, tüm sistemin veri akışının kontrolü. Bellek : RAM, ROM. RAM işlevi: Makina diliyle yazılmış programları ve verileri işlenirken saklamak. ROM işlevi: Değişmeyen (sabit) programları saklamak Girdi Ara Birimleri : Değişik tipte veri girişi; Klavye, disket sürücü, CD sürücü, Fare, ses kartları. Çıktı Ara Birimleri : Değişik tipte veri çıkışı; Ekran, disket sürücü, CD sürücü, hoparlör, ses kartları, grafik kartları. 9
Bilgisayarın üç birimi arasındaki veri ve program akışını sağlamak üzere, çok sayıda bağlantıdan oluşan yollar bulunmaktadır. Bu yollar; Veri Yolu (Data Bus), Adres Yolu (Adress Bus), Kontrol Yolu (Control Bus) 10
Adres Yolu (Address Bus) : İşlemcinin bilgi yazacağı veya okuyacağı her hafıza hücresinin ve çevre birimlerinin bir adresi vardır. İşlemci, bu adresleri bu birimlere ulaşmak için kullanır. Bir işlemcinin ulaşabileceği maksimum adres, adres yolunun genişliği ile ilişkilidir. Bu yüzden adres yolunun tek yönlü olduğu söylenebilir. Mikroişlemcinin kullanabileceği bellek kapasitesi adres hattı sayısı ile yakından ilgilidir. N=Adress hattı sayısı ise kullanılabilecek bellek kapasitesi; Max. Bellek Büyüklüğü=2 N ile gösterilir. 11
Veri Yolu (Data Bus): İşlemci, hafıza elemanları ve çevresel birimleriyle çift yönlü veri akışını sağlar. CPU veri yolunu çevresel cihaz veya hafızayla arasında veri transferi için kullanır. Birbirine paralel iletken hat sayısı veri yolunun kaç bitlik olduğunu gösterir. Örneğin, iletken hat sayısı 64 olan veri yolu 64 bitliktir. Yüksek bit sayısına sahip veri yolları olması sistemin daha hızlı çalışması anlamına gelir. 12
Kontrol Yolu (Control Bus): İşlemcinin diğer birimleri yönetmek ve eşzamanlamayı (senkronizasyon) sağlamak amacı ile kullandığı sinyallerin gönderildiği yoldur. Örnek olarak oku ve yaz sinyalleri. CPU dan hafıza veya çevresel cihazlara tek-yönlü bir bağlantı sağlar. 13
14
Günümüz genel amaçlı bilgisayarları bir veya birden fazla CPU ya, ortak bus üzerinden kontrol edilen cihazlara ve paylaşılmış hafızaya sahiptir. CPU ile Input/Output Controller eş zamanlı çalışırlar ve paylaşılmış hafızaya aynı anda erişmek isteyebilirler. Memory Controller erişimi yönetir. 15
16
Bilgisayar sisteminin çalışması : Bilgisayar çalışmaya başladığında, başlangıç programı olarak bootstrap programını kullanır. Bootstrap programı, EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) veya Flash EEPROM içerisinde saklanır. Bootstrap programlarına firmware adı verilir. Firmware programı bilgisayarın tüm bileşenlerini (CPU register, cihaz denetleyicileri, hafıza içeriği) başlatır. Bootstrap programı, işletim sistemi kernel ının bulunduğu konumu bilmek ve hafızaya yüklemek zorundadır. Bilgisayar gerçekte Kernel olarak bilinen kısmı sürücüden bilgisayar belleğine kopyalar. 17
Bilgisayar sisteminin çalışması : Kernel yüklendikten sonra sisteme ve kullanıcılara servis sağlamaya başlar. Kernel: İşletim sisteminin ana kısmını teşkil eder Bütün uygulamaları başlatır Birimleri ve belleği düzenler Bellekte ayarlama yapar Diğer gerekli fonksiyonları çalıştırır 18
Bir işlemcinin çalışma döngüsündeki 4 ana evre Von Neumann mimarisine sahip bir sistemde komut çalışmaya fetch (komutun hafızadan CPU içerisindeki register a alınması) ile başlanır. Fetch aşaması sonucunda komut instruction register a alınır. Komut çözümlenir, çalıştırılır ve sonucu (varsa) hafızaya aktarılır. 19