‫שבוע ‪#2‬‬ ‫מבנה מערכת ההפעלה והקשר עם החומרה‬ ‫חלק ב'‬ ‫קורס מערכות הפעלה א'‬ ‫מכללת הדסה ‪ /‬מכללה חרדית‬ ‫צבי מלמד‬ ‫‪[email protected]‬‬ ‫הרצאות הקורס מבוססות במידה רבה ביותר על ההרצאות של ד"ר יורם ביברמן‬ ‫© כל הזכויות שמורות לד"ר יורם ביברמן ולצבי מלמד‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪1‬‬ ‫נושאים להרצאה זאת )שבוע ‪(#3‬‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫‪User mode and Kernel mode‬‬ ‫תוכניות המערכת ‪System Programs‬‬ ‫מבנה מערכת יוניקס‬ ‫מיקרו‪-‬גרעין ‪Microkernel‬‬ ‫‪System Calls‬‬ ‫סוגים של ‪System Calls‬‬ ‫פסיקות ‪Interrupts‬‬ ‫סיגנלים ‪Signals‬‬ ‫הגנה על הזכרון‬ ‫הגנה על המעבד‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪2‬‬ ‫‪User mode and Kernel mode‬‬ ‫אופנות גרעין‪/‬משתמש‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪3‬‬ ‫‪User mode and Kernel mode‬‬ ‫אופנות גרעין‪/‬משתמש‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫התוכנה של ה‪ kernel-‬נחשבת לתוכנה ש"אפשר לבטוח בה"‬ ‫‪ .trusted software‬שאר התוכנה נחשבת ל‪untrusted software -‬‬ ‫לאבחנה הזאת יש תמיכה בחומרה – המעבד יודע )על פי ביט‬ ‫מסוים )‪ (mode-bit‬שדלוק או כבוי( אם אנחנו מריצים תוכנה‬ ‫שהיא ‪ trusted‬או ‪.untrusted‬‬ ‫פקודות מסוימות וגם פניות לאזורי זיכרון מסוימים או לרגיסטרים‬ ‫מיוחדים של המעבד‪ ,‬מותרים או אסורים בהתאם למצב הביט הזה‬ ‫כאשר הביט =‪ – 0‬אנו במצב של ‪ ,kernel-mode‬נקרא גם‬ ‫‪) privileged‬מיוחס(‬ ‫כאשר הביט =‪ – 1‬אנו במצב שנקרא ‪ ,user-mode‬נקרא גם‬ ‫‪unprivileged‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪4‬‬ ‫‪User mode vers. Kernel mode‬‬ ‫אופנות גרעין‪/‬משתמש‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫קימים שני אופני פעולה של המעבד‪:‬‬ ‫– ‪Kernel (Supervisor) Mode‬‬ ‫– ‪User Mode‬‬ ‫המעבד נמצא באופנות גרעין כאשר ה‪ CPU mode bit -‬ב‪ Status Register -‬הוא‬ ‫אפס‪.‬‬ ‫המעבד נמצא במצב זה כאשר‪:‬‬ ‫– מפעילים את המחשב‬ ‫– כתוצאה מפסיקה‪ ,‬או שגיאה או חריגה )‪(exception or trap‬‬ ‫המעבד יוצא ממצב זה כאשר הוא נכנס לאופנות משתמש‪.‬‬ ‫– זה מתבצע על ידי פקודה ספציפית שמציבה ערך ‪ 1‬לתוך הביט הזה‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪5‬‬ ‫‪User mode vers. Kernel mode‬‬ ‫אופנות גרעין‪/‬משתמש‬ ‫• במעבדי אינטל המעבד עשוי להיות מעבר לשתי אופנויות אילו גם‬ ‫במצבים‪:‬‬ ‫– מצב מנהלי התקן )שמועדים יותר לבאגים מהגרעין(‬ ‫– מצב תכניות המערכת )שהוזכרו מעל‪ ,‬וידונו בהמשך(‪.‬‬ ‫• יוניקס‪ ,‬לינוקס וחלונות לא מנצלים את שתי האופנויות הנוספות‬ ‫• בהתאמה‪ :‬גם מקטעי הזיכרון מסומנים כך שתכנית תוכל לפנות‬ ‫רק למקטעים ברמת הגנה כמו שלה‪ ,‬או פחותה‪.‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪6‬‬ ‫תוכניות המערכת ‪System Programs‬‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫תוכניות נלוות לגרעין )אינן חלק ממנו( שמספקות שירותים רבים שאנו רגילים‬ ‫וצריכים לקבל‬ ‫בדרך כלל כמשתמשים אנו חשופים יותר לתכניות המערכת‪ ,‬אשר רצות במצב‬ ‫משתמש‪:‬‬ ‫– ה‪ shell -‬על פקודותיו השונות‬ ‫– מנהל שולחן עבודה )‪ ,(desktop manager‬המתבסס על תכנת חלונות‬ ‫)‪.(windows manager‬‬ ‫– תכניות שונות לטיפול בקבצים‪cat, cd, chmod, cp, diff, find, grep, :‬‬ ‫‪mkdir, pwd, rm, tail‬‬ ‫– תכניות המספקות מידע‪man, whatis, cal, date, look, who, finger :‬‬ ‫– עורכים‪ed, vi, emacs, troff :‬‬ ‫– תמיכה בשפות תכנות‪g++, cc, gcc, make, lint, ar, ranlib, yacc :‬‬ ‫– תקשורת‪mail, write (to another user), talk :‬‬ ‫– תכניות אחרות‪ :‬דפדפן‪ ,‬מסד נתונים‪ ,‬מעבד תמלילים‪ ,‬משחקים‪...‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪7‬‬ ‫תוכניות המערכת ‪System Programs‬‬ ‫• מימוש תכניות המערכת עשוי להתבצע באחד משני אופנים‪:‬‬ ‫א‪ -‬מפרש הפקודות )‪ (shell‬מכיל את קוד הפקודות לביצוע ‪ -‬פונקציות בתכניתו‬ ‫)מק(‬ ‫ב‪ -‬מפרש הפקודות מפעיל תכנית נפרדת למימוש כל פקודה‪) .‬כך יוניקס(‪.‬‬ ‫• יתרונות וחסרונות‪:‬‬ ‫• בגישה ב' )יוניקסית(‪:‬‬ ‫– קל להוסיף פקודות\תכניות‪-‬מערכת חדשות )ואין צורך לשנות את ה‪-‬‬ ‫‪.(shell‬‬ ‫– העברת הפרמטרים לתכנית האחרת מורכבת יותר‪.‬‬ ‫– טעינת תכנית חדשה לשם ביצוע כל פקודה הינה איטית יותר )לעומת‬ ‫קריאה לפונקציה בתוכנית הנוכחית(‬ ‫– יש פחות אינטגרטיביות ואולי אחידות בין תכניות המערכת השונות‪.‬‬ ‫• גם ביוניקס‪/‬לינוקס‪ ,‬קיימות בתוך ה‪ shell-‬פקודות )מעטות( שהן‪built-in :‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪8‬‬ ‫מבנה מערכת יוניקס‬ ‫‪.1‬‬ ‫החומרה והבקרים שלה‬ ‫‪.2‬‬ ‫גרעין מערכת ההפעלה )‪(Kernel‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫•‬ ‫תיפעול החומרה‪ ,‬בפרט ע"י מנהלי‬ ‫ההתקנים הנכללים בגרעין‪.‬‬ ‫•‬ ‫ניהול התהלכים )יצירה‪ ,‬הקצאת מעבד‪,‬‬ ‫סיום‪ ,‬מתן שירותים(‬ ‫מפרש הפקודות )‪ shell‬או ‪CLI=Command‬‬ ‫‪(Line Interpreter‬‬ ‫•‬ ‫‪.4‬‬ ‫מאפשר הרצה של תכניות‪ ,‬בפרט של‬ ‫תכניות המערכת‪.‬‬ ‫ברמה האחרונה מצויים המשתמשים הפונים‬ ‫למערכת באמצעות מפרש הפקודות‪.‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪9‬‬ ‫מיקרו‪-‬גרעינים ‪Microkernels‬‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫העקרון‪ :‬בנית מערכת מינימלית באופן מודולרי )להבדיל ממונוליתי(‪.‬‬ ‫הגרעין מכיל רק את המינימום ההכרחי )וכל היתר הופך לתכניות מערכת(‪.‬‬ ‫מה שלא נכלל במיקרו‪-‬קרנל‪ :‬מודולים נפרדים‪ ,‬מעבירים הודעות זה לזה‬ ‫התפקיד המרכזי של הגרעין‪ :‬לאפשר העברת הודעות בין תכניות שונות הרצות‬ ‫במרחב המשתמש‪.‬‬ ‫הטיפול בציוד יתבצע ע"י מודולים שירוצו באופנות משתמש‪ ,‬ויקבלו הודעות‬ ‫מתכניות הזקוקות לשרותיהם‪.‬‬ ‫יתרונות‪:‬‬ ‫– שינויים במערכת לא מחייבים שינויים בגרעין‪.‬‬ ‫– הגרעין קטן ולכן תחזוקתו יחסית קלה‪.‬‬ ‫– בשל קוטן הגרעין נקל יותר להשיג ‪.portability‬‬ ‫– בטיחות‪ :‬הגרעין קטן ‪‬מעט עבודה בגרעין ‪ ‬יותר בטוח‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪10‬‬ ‫‪System Calls‬‬ ‫• הגרעין מטפל בציוד ובמבני הנתונים של מערכת ההפעלה‪.‬‬ ‫• תוכנית שמעונינת לבצע ‪ IO‬או לקרוא‪/‬לכתוב נתונים אלו )כמו לברר תאריך או‬ ‫מספר תהליך( צריכה לקבל שירות זה מהגרעין‪.‬‬ ‫כיצד?‬ ‫• זימון פונקציה שנקראת "קריאת מערכת" ‪system call‬‬ ‫• הפונקציה של הגרעין‪ ,‬מתבצעת ב‪kernel mode -‬‬ ‫• אבחנה חשובה‪ :‬פונקציות ספריה לעומת קריאת מערכת‬ ‫– פונקציות ספריה )לדוגמא ספריות ‪ C‬או ‪ – (C++‬כמוהן כפונקציות שאנו‬ ‫כותבים – רצות ב‪ . user-mode-‬לדוגמא‪ .cin, scanf :‬הן מכינות את‬ ‫הנתונים לקריאת המערכת ומבצעת את זימון הפונקציה הזאת‪.‬‬ ‫– חלקן אינן מצריכות קריאת מערכת – לדוגמא פונקציות מתמטיות רבות או‬ ‫)(‪strlen‬‬ ‫– פרק ‪ #2‬בדפי ה‪ man -‬של יוניקס מתאר את קריאות המערכת )בניגוד לפרק‬ ‫‪ #3‬המתאר את פונקציות הספרייה(‪.‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪11‬‬ ‫‪System Calls‬‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫•‬ ‫בעקבות זימון פונקצית מערכת – מתבצעת פסיקה תוכנה )פקודת‬ ‫אסמבלר מיוחדת(‬ ‫בעקבות פסיקת התוכנה – השליטה עוברת לגרעין‪ ,‬הוא מתעורר‬ ‫במצב של ‪ kernel-mode‬וממשיך את ביצוע הפונקציה )קריאת‬ ‫המערכת(‪.‬‬ ‫בסיום הביצוע של קריאת המערכת‪ ,‬מתבצעת פקודה שמעבירה‬ ‫את המצב ל‪ user-mode-‬וחוזרים מהזימון "כרגיל"‬ ‫הערות‪:‬‬ ‫‪ .1‬כל השלבים האילו מתבצעים על ידי תהליך אחד!‬ ‫‪ .2‬מבחינת התכנת – אין הבדל בין קריאת מערכת לפונקציה‬ ‫אחרת‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪12‬‬ ‫‪API = Application Procedural Interface‬‬ ‫• פונקציות הספרייה מגדירות לנו ‪ API‬של מערכת ההפעלה ‪.‬‬ ‫• שלושה ‪ API‬נפוצים‪:‬‬ ‫– ‪ Win32‬למערכת חלונות‪.‬‬ ‫– ‪POSIX API‬‬ ‫– ‪ Java API‬לתכניות הרצות על ‪(Java Virtual Machine) JVM‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪13‬‬ :2008 POSIX ‫ למסמך ההגדרה של‬IEEE ‫מתוך המבוא של‬ ‫ מגדיר ממשק וסביבה סטנדרטיים למערכת הפעלה‬POSIX • ‫ ותוכניות שירות לתמיכה‬,("shell") ‫הכוללים מפרש פקודות‬ "‫המקור‬-‫בפורטביליות ברמת קוד‬ – POSIX.1-2008 defines a standard operating system interface and environment, including a command interpreter (or “shell”), and common utility programs to support applications portability at the source code level. POSIX.1-2008 is intended to be used by both application developers and system implementors 14 ‫©צבי מלמד‬ Win32 API Example 15 ‫©צבי מלמד‬ ‫תוכנית דוגמא וקריאות מערכת‬ ‫מטרה‪ :‬לקרוא נתונים מקובץ א'‪ ,‬ולכתוב אותם על קובץ ב'‬ ‫מהלך‪:‬‬ ‫‪ .1‬הצג פרומפט למשתמש )ק‪.‬מ‪(.‬‬ ‫‪ .2‬קרא את שמות הקבצים מהמקלדת )ק‪.‬מ‪(.‬‬ ‫‪ .3‬פתח את קובץ הקלט לקריאה )ק‪.‬מ‪(.‬‬ ‫‪) .4‬ק‪.‬מ‪ :(.‬אם הפתיחה נכשלה – החזר ערך >‪) 0‬שלילי(‬ ‫‪ .5‬פתח את קובץ הפלט לקריאה )ק‪.‬מ‪(.‬‬ ‫‪) .6‬ק‪.‬מ‪ :(.‬אם הפתיחה נכשלה – החזר ערך >‪) 0‬שלילי(‬ ‫‪ .7‬לולאה )כל עוד‪(...‬‬ ‫‪ (a‬קרא נותן מקובץ א' )ק‪.‬מ(‬ ‫‪ (b‬צא מהלולאה אם קראנו ‪EOF‬‬ ‫‪ (c‬כתוב את הנתון לקובץ ב' )ק‪.‬מ‪(.‬‬ ‫‪ .8‬בתום הפעולה סגור את הקבצים )ק‪.‬מ‪.(2 X .‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪16‬‬ ‫סוגים של ‪System Calls‬‬ ‫•‬ ‫ניתן לחלק את קריאות המערכת לחמש קבוצות עיקריות‪:‬‬ ‫‪.I‬‬ ‫בקרת תהליכים‪.‬‬ ‫‪.II‬‬ ‫טיפול בקבצים‬ ‫‪ .III‬טיפול בציוד‬ ‫‪ .IV‬אחזקת מידע‬ ‫‪.V‬‬ ‫תקשורת‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪17‬‬ ‫סוגים של ‪System Calls‬‬ ‫‪.I‬‬ ‫בקרת תהליכים )‪(Process Control‬‬ ‫–‬ ‫יצירת תהליך‪.‬‬ ‫–‬ ‫סיום תהליך באופן תקין‪.‬‬ ‫–‬ ‫סיום תהליך באופן שגוי )עם‪/‬בלי ‪.(core-dump‬‬ ‫–‬ ‫טעינת והרצת תכנית אחרת במקום הנוכחית‪.‬‬ ‫–‬ ‫שליפה\עדכון תכונות תהליך )קדימות‪ ,‬זמן ריצה מותר(‪.‬‬ ‫–‬ ‫הריגת תהליך‪.‬‬ ‫–‬ ‫המתנה פרק זמן ‪.X‬‬ ‫–‬ ‫המתנה לאירוע כלשהו )סיום בן(‪.‬‬ ‫–‬ ‫שליחת איתות לתהליך אחר‪.‬‬ ‫–‬ ‫הרצת תכנית פקודה‪ ,‬פקודה‪.‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪18‬‬ ‫סוגים של ‪System Calls‬‬ ‫‪.II‬‬ ‫טיפול בקבצים‬ ‫–‬ ‫יצירה\מחיקה של קובץ‪.‬‬ ‫–‬ ‫פתיחה\סגירה של קובץ לק'\כ'‪.‬‬ ‫–‬ ‫ק\כ מ\על קובץ‪.‬‬ ‫–‬ ‫תזוזה למקום רצוי בקובץ‪.‬‬ ‫–‬ ‫שליפת\עדכון תכונות קובץ )‪.(chmod‬‬ ‫–‬ ‫העתקת\העברת קובץ‪.‬‬ ‫–‬ ‫כנ"ל עבור מדריכים‪.‬‬ ‫‪ .III‬אחזקת מידע‬ ‫–‬ ‫קריאת תאריך\שעה‪.‬‬ ‫–‬ ‫מספר המשתמשים‪ ,‬גרסת מ‪.‬ה‪ ,.‬שטח הדיסק הפנוי‪...‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪19‬‬ ‫סוגים של ‪System Calls‬‬ ‫‪ .II‬תקשורת בין תהליכים באותו מחשב או במחשבים שונים‬ ‫–‬ ‫ברור כתובת ה‪ IP -‬של המחשב‪.‬‬ ‫–‬ ‫פתיחת\סגירת ערוץ תקשורת‪.‬‬ ‫–‬ ‫קבלה\שליחה של מידע מ\על הערוץ‪.‬‬ ‫–‬ ‫הקצאת\שחרור זיכרון משותף‪.‬‬ ‫–‬ ‫יצירת\סגירת כלים אחרים להעברת הודעות‪.‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪20‬‬ ‫פסיקות ‪Interrupts‬‬ ‫•‬ ‫פסיקה‪ :‬איתות למערכת ההפעלה‪ ,‬שחל אירוע כלשהו שמצריך את התערבותה ‪/‬‬ ‫פעולתה‪ ,‬לאלתר‬ ‫•‬ ‫הפסיקה עשויה להגיע מהחומרה‪ ,‬או מהמעבד עצמו )מהתכנה( )פקודת אסמבלר(‬ ‫•‬ ‫החומרה שולחת פסיקה אסינכרונית ע"י העברת איתות חשמלי לקו הפסיקות‬ ‫)‪.(interrupt request line‬‬ ‫•‬ ‫בסוף ביצוע כל פקודת מכונה‪ ,‬בודק המעבד האם יש פסיקה ממתינה‪ ,‬ואם כן‬ ‫מטפל בה טרם ביצוע הפקודה הבאה‪.‬‬ ‫•‬ ‫וקטור הפסיקות‪ :‬מערך ה‪ Interrupt Descriptor Table (IDT) -‬מכיל לכל‬ ‫מספר פסיקה אפשרי את כתובת הפונקציה לטיפול באותה פסיקה‬ ‫•‬ ‫כתובת המערך‪ ,‬ותפקיד כל כניסה בו נקבעים ע"י החומרה‬ ‫– דוגמא‪ :#0 :‬שגיאה בחילוק‪ :#128 ,timer :#32 ,page fault :#14 ,‬ק‪.‬מ‪.‬‬ ‫– ה‪ BIOS -‬מאתחל את המערך‪ ,‬ומערכת ההפעלה דורסת )‪(overwrite‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪21‬‬ ‫פסיקות ‪Interrupts‬‬ ‫•‬ ‫פסיקת תכנה )מכונה באינטל‪ :‬חריגה ‪ (excption‬נשלחת ע"י המעבד לעצמו‬ ‫)כלומר‪ :‬פקודת מכונה‪/‬אסמבלר( כדי לאותת על אנומליה‪.‬‬ ‫•‬ ‫שלושה סוגי פסיקות תכנה‪:‬‬ ‫– ‪ – trap‬זימון לקריאת‪-‬מערכת‪ .‬פקודת אסמבלר ייעודית‪ ,‬שגורמת להפעלת‬ ‫הפונקציה המתאימה של מערכת ההפעלה ב‪kernel mode -‬‬ ‫– ‪ – abort‬פסיקה שמציינת שגיאת ביצוע חמורה כגון הרצת פקודה שמורה‬ ‫ב‪ user-mode-‬או גישה לא‪-‬חוקית לזכרון )‪  (segmentation fault‬יש‬ ‫להעיף את התוכנית!‬ ‫– ‪ – fault‬התכנית בצעה שגיאה 'שלא בעוונותיה'‪ .‬על מ‪.‬ה‪ .‬לדאוג 'להסדרת‬ ‫העניינים'‪ ,‬ויש לחזור על ביצוע הפקודה שכשלה‪ .‬לדוגמא‪page-fault :‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪22‬‬ ‫פסיקות ‪Interrupts‬‬ ‫• ריבוי פסיקות ופוסקים‪:‬‬ ‫– במקרה של כמה פסיקות בו זמנית – בקר הפסיקות אוגר את‬ ‫קוד הפסיקות‪.‬‬ ‫– לעתים צריך לברר איזה התקן )מכמה אפשריים( שלח את‬ ‫הפסיקה‪.‬‬ ‫– ישנה אפשרות למסך פסיקות )לא את כולן( בזמן שמבצעים‬ ‫קטע קריטי‬ ‫– מנגנון של עדיפויות בפסיקות – מאפשר למסך סלקטיבית‬ ‫פסיקות בעדיפות נמוכה ולבצע פסיקות בעדיפות גבוהה‬ ‫– מהירות ביצוע הפסיקה היא קריטית ‪ IDT -‬מאפשר קפיצה‬ ‫"מידית" לפונקצית הטיפול בפסיקה הספציפית‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪23‬‬ ‫סיגנלים ‪Signals‬‬ ‫•‬ ‫מערכת ההפעלה מאותתת לתכנית על אירוע חריג כלשהו הוא ע"י שליחת סיגנל‪.‬‬ ‫•‬ ‫)גם תכניות המשתמש יכולות לשלוח סיגנלים אלה לאלה(‬ ‫•‬ ‫דוגמות‬ ‫– גודל קובץ עלה על המותר‪.‬‬ ‫– התהליך ביצע פקודה לא חוקית‪.‬‬ ‫– המשתמש הקיש ‪ ^c‬או ‪.^z‬‬ ‫•‬ ‫תהליך יכול לקבל סיגנל רק עת הוא רץ במצב משתמש )אחרת הסיגנל ימתין לו(‪.‬‬ ‫•‬ ‫סיגנל ממתין נקרא ‪.pending signal‬‬ ‫•‬ ‫בכל פעם שהתהליך מתחיל לרוץ במצב משתמש נבדק האם ממתינים לו סיגנלים‬ ‫•‬ ‫סיגנל סינכרוני ‪ -‬נשלח לתכנית בשל תקלה בהרצה‬ ‫•‬ ‫סיגנל אסינכרוני ‪ -‬נשלח לתכנית ע"י תכנית אחרת‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪24‬‬ ‫סיגנלים ‪Signals‬‬ ‫• כמה דוגמות לסיגנלים בלינוקס‪:‬‬ ‫• ‪ SIGFPE‬נשלח לתכנית שניסתה לחלק באפס בשלמים‬ ‫• ‪ SIGSEGV‬נשלח לתכנית שפנתה לכתובת שגויה‪.‬‬ ‫• ‪ SIGINT‬בקשה מהתכנית להסתיים )המשתמש הקיש ‪.(^C‬‬ ‫• ‪ SIGKILL‬על התכנית להסתיים מייד!‬ ‫• ‪ SIGSTOP‬על התכנית לעצור )עבור דבגינג(‪.‬‬ ‫• )‪ man -7 signal‬יציג לכם את הסיגנלים השונים(‪.‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪25‬‬ ‫סיגנלים ‪Signals‬‬ ‫•‬ ‫ביצוע פעולה שעלולה להיכשל )פתיחת קובץ‪ ,‬הקצאת זיכרון( לא גורם לסיגנל!‬ ‫)במקום‪ :‬מוחזרת שגיאה(‬ ‫•‬ ‫סיגנל נשלח עת התקלה חלה בכל מקום שהוא בתכנית‪ ,‬ואינה אמורה‬ ‫להיבדק\להיות‪-‬מנוטרת ע"י התכנית‪.‬‬ ‫•‬ ‫כברירת מחדל‪ :‬התהליך המקבל סיגנל בד"כ יועף‪) ,‬אולי תוך שפיכת ‪core-‬‬ ‫‪.(dump‬‬ ‫•‬ ‫תהליך יכול להחליט על התנהגותו הרצויה ביחס לסיגנלים‪:‬‬ ‫– להתעלם מהסיגנל‪.‬‬ ‫– "לתפוש אותו" ולטפל בו אמצעות ‪) signal handler‬פונקציה ייעודית(‬ ‫•‬ ‫מהסיגנלים‪ SIGKILL, SIGSTOP :‬לא ניתן להתעלם‪ ,‬ולא ניתן לתפסם‪.‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪26‬‬ ‫הגנה על הזכרון‬ ‫• להגן על הזיכרון המוקצה למערכת ההפעלה מפני פגיעה ע"י תכניות‬ ‫משתמשים‬ ‫• להגן על הזיכרון המוקצה לתכנית א' מפני תכנית ב'‪.‬‬ ‫•‬ ‫)בתחילת סמסטר ב' נתאר מכניזמים מתקדמים‪ .‬כעת‪ :‬מכניזם פרימיטיבי(‬ ‫• נניח שלתכנית מוקצה שטח זיכרון רציף‪ .‬שני רגיסטרים מתארים‬ ‫את השטח‪:‬‬ ‫– אוגר בסיס )‪ :(base register‬כתובת הזיכרון הנמוכה ביותר‬ ‫של מרחב הכתובות של התהליך‪.‬‬ ‫– אוגר גבול )‪ :(limit register‬יכיל את גודל שטח הזיכרון‬ ‫המוקצה לתכנית‪.‬‬ ‫– שינוי ערך האוגרים‪ :‬רק על ידי פקודות מיוחסות )‪(priviledge‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪27‬‬ ‫הגנה על הזכרון‬ ‫• בדיקת חוקיות הכתובת‪:‬‬ ‫– המעבד בודק )בזמן אמת = הריצה( שהכתובות נמצאות בתחום‬ ‫הזה‬ ‫– במקרה של הפרה ‪ - violation‬נוצרת חריגה‪ ,‬בעקבותיה סיגנל‪,‬‬ ‫והתכנית מועפת‪.‬‬ ‫• ב‪ DOS -‬לא הייתה הגנה שכזו‪ ,‬ולכן תכניות המשתמשים יכלו‬ ‫לעשות שמות במערכת ההפעלה ‪‬ביצוע ‪ reboot‬לעתים תכופות‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪28‬‬ ‫הגנה על המעבד‬ ‫•‬ ‫להגן שתכנית המשתמש לא תחזיק במעבד עד אינסוף‪...‬‬ ‫•‬ ‫הפתרון‪ :‬עיתאי )‪ (timer‬אשר יישלח פסיקה אחרי פרק זמן קבוע מראש‬ ‫– ערך מקובל ביוניקס‪ 0.01 :‬שנ' עד ‪ 0.001‬שנ' = ‪100Hz-1000Hz‬‬ ‫•‬ ‫עת חלה פסיקה )כל פסיקה( השליטה עוברת\חוזרת למערכת ההפעלה שמחליטה‬ ‫למי לאפשר לרוץ )להמשיך תוכנית נוכחית או לעבור לתוכנית אחרת(‬ ‫•‬ ‫"בהזדמנות זאת" – משתמשת מערכת ההפעלה במעבד למשימותיה‪....‬‬ ‫– עדכון מבני הנתונים שלה )כמה זמן התכנית רצה(‪ ,‬החלטה מי תהיה התכנית‬ ‫הבאה שתזכה במעבד וכו'‬ ‫•‬ ‫כמובן שהטיפול בטיימר יעשה ע"י פקודות מיוחסות‪.‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪29‬‬ ‫הגנה על המעבד‬ ‫• האם להגדיל את הקצב )להקטין את ‪ Quantum‬הזמן?‬ ‫– ערך מקובל ביוניקס‪ 0.01 :‬שנ' עד ‪ 0.001‬שנ' = ‪100Hz-‬‬ ‫‪1000Hz‬‬ ‫– הגדלת התדר )הקטנת הזמן( – יותר ‪overhead‬‬ ‫– לעתים קרובות תהליכים "עפים" בגלל קו"פ עוד לפני שתם‬ ‫זמנם‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪30‬‬ ‫תוספות ‪ /‬גיבוי‪:‬‬ ‫מבטים שונים על מבנה יוניקס‪/‬לינוקס‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪31‬‬ ‫מבנה יוניקס‪ :‬מבט ‪#1‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪32‬‬ ‫מבנה יוניקס – מבט ‪#2‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪33‬‬ ‫מבנה יוניקס – מבט ‪#3‬‬ ‫©צבי מלמד‬ ‫‪34‬‬