این پاورپوینت در مورد انحصار متقابل و همگام سازی در سیستم عامل در 93 اسلاید کامل با افکت مناسب و شامل: انحصار متقابل و همگام سازی در سیستم عامل،تعريف سيستم عامل، نخها، چندپردازشی متقارن و ریز هسته ها،تعاریف سخت افزار،Operating System،تعريف سيستم عامل ،سخت افزار،انواع سیستم عامل های شبكه ،سیستم های چند پردازنده ای ،شبكه هاي بلادرنگساختارهای کنترلی سیستم عامل،سیستم های عامل توزیعی و...ومنابع می باشد.
فرآیند دو خصوصیت زیر را دارد:
انحصار متقابل باید اعمال گردد:
فرایندی که در بخش غیر بحرانی خود متوقف می شود ، باید طوری عمل کند که هیچ دخالتی در فرایند های دیگر نداشته باشد .
برای فرایندی که نیاز به دسترسی یک بخش بحرانی دارد،نباید به تاخیر انداختن نا محدود آن وجود داشته باشد ، بن بست یا گرسنگی نمی تواند مجاز باشد.
هنگامی که هیچ فرایندی در ناحیه بحرانی نیست ورود یک فرایند بدون تاخیر است.
هیچ فرضی در باره تعداد فرایند ها و یا سرعت آن داشت.
هر فرایندی تنها برای زمان محدودی در ناحیه بحرانی قرار می گیرد.
سیستم عامل باید به تواند فرایندهای فعال مختلف را دنبال کند که این کار توسط بلوک های کنترل فرایند انجام می شود.
سیستم عامل باید منابع را به هر یک از فرایند ها تخصیص دهد و یا باز پس بگیرد از جمله:
(وقت پردازنده، حافظه، پرونده هاريا، دستگاههای ورودی و خروجی)
- تملک منبع: ( فرآیند یا وظیفه )
به هر فرآیند یک آدرس مجازی برای نگهداری تصویر فرآیند می دهد.
- توزیع وقت فرآیند: ( نخ یا فرآیند سبک وزن )
فرآیند مسیر اجرای یک یا چند برنامه است و توسط سیستم عامل مورد زمان بندی و توزیع قرار می گیرد.
به قابلیتی از سیستم که امکان اجرای چند نخ را حمایت می کند.
تک نخی: به رویکرد سنتی یک نخ اجرا در هر فرآیند .
مانند MS-DOS از فرآیند تک کاربره و از یک نخ حمایت می کند.
استفاده بهینه از منابع و جلوگیری از به هدر رفتن آنها
تخصیص و آزاد سازی منابع
اداره صف‌ها و زمان بندی استفاده از منابع
حساب داری (Accounting) میزان استفاده از منابع
ایجاد امنیت (security)
ایجاد، حذف و اداره فرایند‌ها
ایجاد مکانیسم‌های ارتباط بین فرایند‌ها و همگام سازی آنها
به اشتراک گذاری منابع (Resource Sharing)
تعیین راهکار‌هایی برای اداره بن بست (deadlock)ها
جلوگیری از شرایط رقابتی (Race Condition) و تد
در فرهنگ رایانه سیستم عامل Operating System) نرم‌افزاری است که مدیریت منابع رایانه را به عهده گرفته و بستری را فراهم می‌سازد که نرم افزار کاربردی اجرا شده و از خدمات آن استفاده کنند.
از انواع مختلف سیستم عامل می‌توان به چند سیستم زیر اشاره کرد:
Real-Time Operating System: در دستگاههای صنعتی کاربرد دارد. دستگاه‌هایی مثل CNC که برای انجام تراش قطعات صنعتی به نوعی برنامه نویسی نیاز دارد. این نوع سیستم‌ها توانایی تغییر بسیار کمی دارند و هر بار که کاری توسط دستگاه انجام میشود آن را در زمان معین و ثابتی انجام می‌دهد.
Single-User ,Single-Task: همان طور که از نام آن پیداست فقط برای کار توسط یک کاربر در یک زمان است. سیستم عامل Palm نمونه مناسبی برای این سیستم است.
Single-User ,MultiTasking: این همان سیستم عاملی است که در کامپیوتر از آن استفاده میشود و به یک کاربر اجازه اجرای چندین برنامه را می‌دهد.سیستم عامل‌های ویندوز و مکینتاش از این نوع هستند.
Multi User: این نوع سیستم به چندین کاربر توانایی استفاده همزمان و دسترسی به برنامه‌های مختلف را در یک زمان ثابت می‌دهد. سیستم عامل «یونیکس» و سیستم عامل‌های ابرکامپیوتر‌ها مانند MVS از این قبیل هستند.
در اینجا کمی سخت است که بین سیستم عامل‌های شبکه و سیستم عامل‌های MultiUser تفاوت قایل شد. سیستم عاملی مثل ویندوز 2000 در حقیقت مانند باقی ویندوزها یک سیستم عامل SingleUser است و تفاوت آن با سیستم عامل‌های MultiUser این است که تنظیمات شبکه و اطلاعات کاربران شبکه فقط به صورت یک برنامه روی آن اجرا میشود و کاربران دیگر شبکه توسط سیستم عامل ویندوز 2000روی شبکه قرار می‌گیرند و باقی کارکرد آنها توسط سیستم عامل کامپیوتر خودشان انجام می‌گیرد.
وقتی کامپیوترتان را روشن می‌کنید، برنامه‌ای به نام ( POST(Power-On Self Test از روی ROM اجرا میشود. این برنامه کوچک، تمام قطعات کامپیوتر را چک می‌کند. ابتدا پردازشگر و بعد RAM و BIOS [چطور حافظه کامپیوتر کار می‌کند؟]. سپس برنامه دیگری از ROM اجرا میشود که هارد دیسک شما را فعال می‌سازد و به دنبال اولین قسمت سیستم عامل یعنی BootstrapLoader می‌گردد. Bootstrap سیستم عامل را به ترتیب اجرا می‌کند تا جایی که کنترل کامپیوتر را به آن می‌سپارد.
پیش از این گفتیم که مدیریت و هدایت پردازش‌های کامپیوتر توسط سیستم عامل انجام میشود. مدیریت پردازش شامل تقسیم بندی و اولویت دهی به پردازش‌ها است. نرم افزاری که سیستم عامل برای اینکار از آن استفاده می‌کند به نام Process یا Thread معروف است.
در حقیقت سیستم عامل کار برنامه‌ها را به صورت پردازش در می‌آورد و آنها را به پردازشگر می‌فرستد. مشکلی که در اینجا با آن روبرو می‌‌شویم این است که پردازشگر فقط توانایی انجام یک پردازش در یک لحظه را دارد. برای اینکه کار سیستم MultiTask یا چند کاره به نظر برسد، پردازشگر باید چندین بار در هر لحظه به چندین پردازش مخ تلف بپردازد. بیایید به این عملیات به صورت نزدیک‌تری نگاه کنیم.
فرض کنید دو برنامه داریم که هر کدام پردازش‌های خود را به پردازشگر می‌فرستد. ابتدا برنامه‌ای که اولویت بیشتری دارد پردازش میشود. پردازش اول کامل نمی‌شود و پردازشگر اطلاعات برنامه اول را تا جایی که پردازش شده، ضبط می‌کند. سپس نوبت به برنامه دوم می‌رسد. همین اتفاق برای برنامه دوم می‌افتد. سپس پردازشگر از همانجایی که برنامه اول متوقف شده شروع به پردازش می‌کند. و بعد نوبت به تمام کردن پردازش دوم می‌رسد. این اطلاعات پردازش‌ها در قسمتی از RAM به نام Process Control Block ذخیره میشود. این اطلاعات شامل شماره مخصوصی است که به هر پردازش داده میشود. اولویت پردازش، محلی که پردازش درآنجا متوقف شده، تعداد فایل‌هایی که توسط پردازش‌ها باز شده و اطلاعات سخت افزار‌های خروجی/ ورودی که توسط پردازش مورد استفاده قرار گرفته‌اند، نیز در این اطلاعات وجود دارد.
هر پردازشی با توجه به اولویت و مرحله‌ای که در آن قرار دارد یک وضعیت (Status) دریافت می‌کند. برای مثال پردازشی که برای اجرا شدن نیاز به دستور کاربر دارد، تا زمانی که این دستور برای مثال توسط فشاردادن دکمه صفحه کلید وارد نشود، این پردازش به صورت غیر فعال و در حالت انتظار (Pending) قرار می‌گیرد و در این حالت پردازشگر را مشغول نمی‌سازد.
عملیات تغییر وضعیت پردازش‌ها و جابجایی بین آنها نیز بخشی از ظرفیت پردازشگر را اشغال می‌کند. اگر سیستم عامل در انجام این عملیات دارای خطا باشد، بجای کنترل کردن درست پردازش‌ها و هدایت آنها به سمت پردازشگر تمام ظرفیت پردازشگر را برای جابجا کردن پردازش‌ها صرف می‌کند. این کار سرعت کامپیوتر را به شدت کاهش می‌دهد. این مشکل به Thrashing معروف است.
فرآیند دو خصوصیت زیر را دارد:
انحصار متقابل باید اعمال گردد:
فرایندی که در بخش غیر بحرانی خود متوقف می شود ، باید طوری عمل کند که هیچ دخالتی در فرایند های دیگر نداشته باشد .
برای فرایندی که نیاز به دسترسی یک بخش بحرانی دارد،نباید به تاخیر انداختن نا محدود آن وجود داشته باشد ، بن بست یا گرسنگی نمی تواند مجاز باشد.
هنگامی که هیچ فرایندی در ناحیه بحرانی نیست ورود یک فرایند بدون تاخیر است.
هیچ فرضی در باره تعداد فرایند ها و یا سرعت آن داشت.
هر فرایندی تنها برای زمان محدودی در ناحیه بحرانی قرار می گیرد.
سیستم عامل باید به تواند فرایندهای فعال مختلف را دنبال کند که این کار توسط بلوک های کنترل فرایند انجام می شود.
سیستم عامل باید منابع را به هر یک از فرایند ها تخصیص دهد و یا باز پس بگیرد از جمله:
(وقت پردازنده، حافظه، پرونده هاريا، دستگاههای ورودی و خروجی)
- تملک منبع: ( فرآیند یا وظیفه )
به هر فرآیند یک آدرس مجازی برای نگهداری تصویر فرآیند می دهد.
- توزیع وقت فرآیند: ( نخ یا فرآیند سبک وزن )
فرآیند مسیر اجرای یک یا چند برنامه است و توسط سیستم عامل مورد زمان بندی و توزیع قرار می گیرد.
به قابلیتی از سیستم که امکان اجرای چند نخ را حمایت می کند.
تک نخی: به رویکرد سنتی یک نخ اجرا در هر فرآیند .
مانند MS-DOS از فرآیند تک کاربره و از یک نخ حمایت می کند.
استفاده بهینه از منابع و جلوگیری از به هدر رفتن آنها
تخصیص و آزاد سازی منابع
اداره صف‌ها و زمان بندی استفاده از منابع
حساب داری (Accounting) میزان استفاده از منابع
ایجاد امنیت (security)
ایجاد، حذف و اداره فرایند‌ها
ایجاد مکانیسم‌های ارتباط بین فرایند‌ها و همگام سازی آنها
مدیریت فایل‌ها و پوشه‌ها
مدیریت حافظه‌های اصلی و جانبی
برقراری امکان دسترسی چندتایی (Multiaccess) و اجرای هم روند (Concurrent) فرایندهابه اشتراک گذاری منابع (Resource Sharing)
تعیین راهکار‌هایی برای اداره بن بست (deadlock)ها
جلوگیری از شرایط رقابتی (Race Condition) و تد
در فرهنگ رایانه سیستم عامل Operating System) نرم‌افزاری است که مدیریت منابع رایانه را به عهده گرفته و بستری را فراهم می‌سازد که نرم افزار کاربردی اجرا شده و از خدمات آن استفاده کنند.
از انواع مختلف سیستم عامل می‌توان به چند سیستم زیر اشاره کرد:
Real-Time Operating System: در دستگاههای صنعتی کاربرد دارد. دستگاه‌هایی مثل CNC که برای انجام تراش قطعات صنعتی به نوعی برنامه نویسی نیاز دارد. این نوع سیستم‌ها توانایی تغییر بسیار کمی دارند و هر بار که کاری توسط دستگاه انجام میشود آن را در زمان معین و ثابتی انجام می‌دهد.
Single-User ,Single-Task: همان طور که از نام آن پیداست فقط برای کار توسط یک کاربر در یک زمان است. سیستم عامل Palm نمونه مناسبی برای این سیستم است.
Single-User ,MultiTasking: این همان سیستم عاملی است که در کامپیوتر از آن استفاده میشود و به یک کاربر اجازه اجرای چندین برنامه را می‌دهد.سیستم عامل‌های ویندوز و مکینتاش از این نوع هستند.
Multi User: این نوع سیستم به چندین کاربر توانایی استفاده همزمان و دسترسی به برنامه‌های مختلف را در یک زمان ثابت می‌دهد. سیستم عامل «یونیکس» و سیستم عامل‌های ابرکامپیوتر‌ها مانند MVS از این قبیل هستند.
در اینجا کمی سخت است که بین سیستم عامل‌های شبکه و سیستم عامل‌های MultiUser تفاوت قایل شد. سیستم عاملی مثل ویندوز 2000 در حقیقت مانند باقی ویندوزها یک سیستم عامل SingleUser است و تفاوت آن با سیستم عامل‌های MultiUser این است که تنظیمات شبکه و اطلاعات کاربران شبکه فقط به صورت یک برنامه روی آن اجرا میشود و کاربران دیگر شبکه توسط سیستم عامل ویندوز 2000روی شبکه قرار می‌گیرند و باقی کارکرد آنها توسط سیستم عامل کامپیوتر خودشان انجام می‌گیرد.
وقتی کامپیوترتان را روشن می‌کنید، برنامه‌ای به نام ( POST(Power-On Self Test از روی ROM اجرا میشود. این برنامه کوچک، تمام قطعات کامپیوتر را چک می‌کند. ابتدا پردازشگر و بعد RAM و BIOS [چطور حافظه کامپیوتر کار می‌کند؟]. سپس برنامه دیگری از ROM اجرا میشود که هارد دیسک شما را فعال می‌سازد و به دنبال اولین قسمت سیستم عامل یعنی BootstrapLoader می‌گردد. Bootstrap سیستم عامل را به ترتیب اجرا می‌کند تا جایی که کنترل کامپیوتر را به آن می‌سپارد.
پیش از این گفتیم که مدیریت و هدایت پردازش‌های کامپیوتر توسط سیستم عامل انجام میشود. مدیریت پردازش شامل تقسیم بندی و اولویت دهی به پردازش‌ها است. نرم افزاری که سیستم عامل برای اینکار از آن استفاده می‌کند به نام Process یا Thread معروف است.
در حقیقت سیستم عامل کار برنامه‌ها را به صورت پردازش در می‌آورد و آنها را به پردازشگر می‌فرستد. مشکلی که در اینجا با آن روبرو می‌‌شویم این است که پردازشگر فقط توانایی انجام یک پردازش در یک لحظه را دارد. برای اینکه کار سیستم MultiTask یا چند کاره به نظر برسد، پردازشگر باید چندین بار در هر لحظه به چندین پردازش مخ تلف بپردازد. بیایید به این عملیات به صورت نزدیک‌تری نگاه کنیم.
فرض کنید دو برنامه داریم که هر کدام پردازش‌های خود را به پردازشگر می‌فرستد. ابتدا برنامه‌ای که اولویت بیشتری دارد پردازش میشود. پردازش اول کامل نمی‌شود و پردازشگر اطلاعات برنامه اول را تا جایی که پردازش شده، ضبط می‌کند. سپس نوبت به برنامه دوم می‌رسد. همین اتفاق برای برنامه دوم می‌افتد. سپس پردازشگر از همانجایی که برنامه اول متوقف شده شروع به پردازش می‌کند. و بعد نوبت به تمام کردن پردازش دوم می‌رسد. این اطلاعات پردازش‌ها در قسمتی از RAM به نام Process Control Block ذخیره میشود. این اطلاعات شامل شماره مخصوصی است که به هر پردازش داده میشود. اولویت پردازش، محلی که پردازش درآنجا متوقف شده، تعداد فایل‌هایی که توسط پردازش‌ها باز شده و اطلاعات سخت افزار‌های خروجی/ ورودی که توسط پردازش مورد استفاده قرار گرفته‌اند، نیز در این اطلاعات وجود دارد.
هر پردازشی با توجه به اولویت و مرحله‌ای که در آن قرار دارد یک وضعیت (Status) دریافت می‌کند. برای مثال پردازشی که برای اجرا شدن نیاز به دستور کاربر دارد، تا زمانی که این دستور برای مثال توسط فشاردادن دکمه صفحه کلید وارد نشود، این پردازش به صورت غیر فعال و در حالت انتظار (Pending) قرار می‌گیرد و در این حالت پردازشگر را مشغول نمی‌سازد.
عملیات تغییر وضعیت پردازش‌ها و جابجایی بین آنها نیز بخشی از ظرفیت پردازشگر را اشغال می‌کند. اگر سیستم عامل در انجام این عملیات دارای خطا باشد، بجای کنترل کردن درست پردازش‌ها و هدایت آنها به سمت پردازشگر تمام ظرفیت پردازشگر را برای جابجا کردن پردازش‌ها صرف می‌کند. این کار سرعت کامپیوتر را به شدت کاهش می‌دهد. این مشکل به Thrashing معروف است.
