İşletim Sistemleri Kavramları 1

İşletim sistemleri kavramları ile ilgili özet kavramları aşağıda paylaşıyorum . Öncelikle bunlar tamamen başlangıç ve kolayca öğrenilmesi amaçlanan temel bilgilerdir. Umarım işinize yarar.

İşletim Sistemi Nedir ?
Bilgisayar donanımı ile bilgisayar kullanıcısı arasında bir ara katman olarak aracılık eden bir yapıdır.

İşletim Sistemlerinin Hedefleri Nelerdir?

– Kullanıcı programlarını çalıştırmak ve kullanıcı problemlerini çözmeyi kolaylaştırmak,
– Bilgisayar sisteminin kullanımını kolaylaştırmak,
– Bilgisayar donanımını verimli bir şekilde kullanmak

Bilgisayar sistemi yapısı kaç bileşene ayrılır?
-Donanım(İşlemci,Hafıza,I/O Cihazları)
-İşletim Sistemi,
-Uygulama Programları,
-Kullanıcılar (İnsanlar,makinalar,diğer bilgisayarlar.)

Gönderiyor => Sistem ve Uygulama Programları => İşletim Sistemi => Bilgisayar Donanımı

Resource Allocator
Tüm kaynakları yöneten,birbirine aykırı istekler doğrultusunda verimli ve adil kullanım gözeterek karar veren yapıdır.

Kontrol Program nedir?
Programların çalışması ve uygun ve hatalı olan kullanımlara engel olmak için kontroller yapar. İşletim sistemi buna örnektir.

Çekirdek(Kernel) Nedir ?
Bilgisayarda her zaman çalışan en küçük yapıdır. Diğer herşey ya sistem programıdır(İşletim sistemi ile birlikte gelir.) ya da uygulama programıdır.

Bootstrap Program Nedir?
Bilgisayar yeniden başlatıldığında veya açıldığında yüklenen programdır. Genellikle aygıt yazılımı(firmware) olarak adlandırılır. Sistemi tüm yönleri ile başlatır. İşletim sistemi çekirdeğini yükler ve çalıştırır.

Bilgisayar Sistem İşleyişi nasıldır ?
-Bir veya daha fazla işlemci ve cihaz denetleyici(device controller) ortak bir veri yolu üzerinden hafızaya bağlanır. Aynı anda çalışan işlemciler ve cihazlar hafızaya erişmek için birbirleriyle yarışırlar.
I/O cihazları ve CPU aynı anda çalışabilir.
-Tüm cihaz denetleyicilerinin local buffer vardır.
-CPU ana hafıza ile local buffer arasında çift yönlü veri taşır.
-I/O işlemi, cihazdan , denetleyicinin local buffer’ına gider.
-Cihaz denetleyicisi işinin bittiğini ; işlemciye (interrupt) göndererek bildirir.
-Hangi servis rutinin hangi hafıza adresinde bulunğunduğu (interrupt vector.)
-İşletim sistemleri kesintilerle(interruptlar) yönlendirilirler
-Kesintiler kontrolü o kesintiye ait (interrupt servicre routine) ile yönlendirir.
– Servis rutinleri kesinti sonucu yapılması gereken işi gerçekleştiren yazılım parçacıklarıdır.
– Hangi servis rutinin hangi hafıza adresinde bulunduğu interrupt vector’de bulunmaktadır.
– Bilgisayar kesinti sonunda yarıda kesilen işleme geri dönebilmek için kesilen işlemin işetilen son komutunun adresini saklaması gekir.
Trap Nedir ?
-Yazılım tarafından oluşturulmuş kesintilerdir.
-Tuzaklara yazılım hataları ya da kullanıcı istekleri neden olmaktadır.
– İşletim sistemleri kesintiler ile yölendirilmektedirler.(Interrupt Driven.)

Program Counter Nedir ?
– İşletim sisteminde CPU’nun durumunu kaydeden yapıdır. Registers ve Program Counter bu amaçla çalışmaktadır.
– Kesintilerde hangi tür kesintinin gerçekleştiği belirlenir.
-Sorgulama(Polling) : Hangi cihazdan kesintinin gerçekleştiği bulunur.
-Vektör Kesinti Sistemi : Cihazı belirten kod, kesinti ile birlikte gönderilmektedir.

Her bir kesinti için; hangi işlemin gerçekleştirileceği ayrı bir kod parçası tarafından belirlenir.

Direk Hafıza Erişim Yapısı( Direct Memory Access)
-Hafıza hızına yakın bilgi aktarması yapabilen yüksek hızlı I/O cihazları için kullanılmaktadır.
-Cihaz denetleyicisi; CPU’nun çalışmasını bölmeden, veri bloklarını cihazın tampon belleğinden direk olarak hafızaya aktarır.
– Her byte için kesinti göndermek yerine, her bir blok için kesinti gönderilir.


Ana Hafıza (Main Memory) nedir ?
CPU’nun direkt erişebileceği tek geniş depolama birimidir.

İkincil Depolama alanı nedir ?
Kalıcı bir şekilde bilgilerin depolandığı ana hafızanın uzantısı olan alandır.

Manyetik Diskler Nedir
Manyetik Kayıt metaryaliyle kaplı sert metal ve cam tabakalardır.
-Disk yüzeyi mantıksal olarak (tracks) yapılara bölünür.
-Her bir tracks sektörlere bölünür.
-Bilgisayar ile cihaz arasındaki mantıksal etkileşimi sağlayan yapı ise ; Disk Denetleyicisi olarak adlandırılır

Depolama birimleri nasıl organize edilir?
Hız(Speed),
Maliyet(Cost)
Gelgeçlik (Volatility)

Ön Belleğe Alma(Caching) nedir ?
– Bilgiyi daha hızlı olan depolama birimine geçici olarak alma işlemidir.

Ön Belleğe Alma (Caching) nasıl gerçekleşir?-Bir bilgisayarda pek çok seviyede donanım, işletim sistemi, yazılım vb. gerçekleştirilen işlem olabilir.
-Kullanılan bilgi yavaş depolama birinden hızlı depolama birimine kopyalanır.
-Aranan bilgi öncelikle daha hızlı depolama birinde mi (ön bellek) diye kontrol edilir.
– Eğer aranan bilgi oradaysa, bilgi direk olarak ön bellekten alınır ve bu durum hızlı bir şekilde gerçekleşir.
– Eğer aranan bilgi orada değilse; ön belleğe alınır ve oradan kullanılır.
– Ön bellek yönetimi önemli bir tasarım problemidir.


Paralel Sistemler
Çokişlemcili Sistemleri giderek yaygınlaşmaktadır ve önem kazanmaktadır.
-Paralel sistemler ve sıkıca bağlantılı sistemler olarak bilinmektedirler.

– Artan üretilen iş(throughput) olarak bilinirler.
– Ekonomik olarak ve güvenilirlik açısından etkilidir.
-Çoklu işlemciler iki farklı türden oluşur.
– Güvenilirlik(Reliability) bakımından gelişmişlerdir.
Paralel Sistemler; Asimetrik ve Simetrik çoklu işlemciler olmak üzere iki kısımda incelenirler.
Asimetrik çoklu işlemciler : Görev dağıtan bir işlemci vardır; diğerleri ise görev beklemektedir. Buna master-slave de denir.
Simetrik Çoklu İşlemciler: Tüm işlemciler her tür işi yapıyor.

Özetle Kavramlar;
Hardware : Fiziksel Programlardır
CPU: Beyin, CPU hızı kadar bilgisayar hızlıdır.
Memory : Birincil hafızadır.
RAM: Harddisk örnek verilebilir. Hafızadır ancak ikincil hafızadır.
IO Devices : Ekran klavye, mouse vb. Bilgisayar ile iletişim kurmayı sağlar. Bilgisayar bunlar olmasa da çalışabilir.
Firmware: Ekran,ses, hafıza birimlerini içeren yapıdır.
Kernel: İşletim sisteminde ilk yüklenen ve sürekli çaışan parçadır. Kernel yüklenir ve sürekli çalışır.
Interrupt: CPU’ya gelen mesajdır. CPU’u o an uğraştığı işi keser ve başka bir iş çalıştırır. Donanımdaki diğer cihazlardan bu istek gelebilir. Bir başka programdan gelebilir. Amaç CPU’yu sürekli çalıştırmak. CPU ne kadar fazla meşgul edersem o kadar iyi; boş kalıyorsa sıkıntıdır.
Volatle: Uçucudur. Bilgisayarı açıp kapattığında kaybolur
Nonvolatle: Uçucu değildir. SSD kartlar örnek verilebilir.
– Özdeş yapılar ortak hafızayı kullanır. Ortak cacheleri olabildiği gibi ayrı Cacheleri de olabilir.
Trap: Exceptionları yakalayan hata yakalayan yapılardır.
Dual Mode: İki birimden oluşan yapıdır. User Mode ve Kernel Mode
System Calls: İşletim Sistemi çağrılardır. Programcıların kullandığı API buna örnektir.

Özetle;

  • İşletim sisteminin çalışmasını sağlayan aslında donanımdır. Donanımı aktif hale getirdiğimizde doğrudan kod parçası çalışmaktadır.
  • Donanım içerisinde gömülü olan ve işletim sisteminin çalışmasını sağlayan yapıya Bootstrap adı verilmektedir.
  • Bir program çalışırken; klavyeden bir şeyler yazıldı. Klavyeen yazılan karakterlerin girdi olarak yazılabilmesi için Memory’e gelmesi lazımdır.
  • Interrupt işletim sistemlerini kesintiye uğratan yapılardır. Yapılan bir iş arasına sıkıştırılan yeni bir iş şeklidir.
  • Controller’da başlatılan iş sonuçlanırsa interrupt yani kesme oluşur.  Böylece ana işlemcinin dikkatini çeker. Interrupt iş; başlatılan işin düzgün mü hatalı mı oluştuğunu tespit etmek için oluşturulmaktadır.
  • Interrupt CPU üzerinde çalışmamaktadır. İşlemcinin donanım girişi vardır ve oradaki sinyal seviyesinde değişme gerçekleşmektedir. Bu seviye değiştiği zaman donanım tarafında yapılan işi bırakır ve kod parçasını çalıştırmaya başlar. Interrupt çalışıyor diye bir kavram yoktur. Interrupt oluşur.
  • İşlemci çok önemli bir iş yaptığında Interrupt Kabul etmek istemeyebilir.
  • İşletim sisteminin tamamının mantığı interrupt mantığı ile çalışmaktadır. Bir kullanıcı işletim sisteminden birşey talep etmediği sürece işletim sistemi ona geri bildirim yapmaz. Kullanıcılar ile işletim sistemleri arasındaki bütün etkileşim interruptlara bağlıdır. Hiçbir işletim sistemi; kullanıcıya ihtiyacın var mı diye soru sormaz. Kullanıcılar işletim sistemini interruptlar ile uyarır. Mouse’a tıklamak da bir interrup’tır. İşletim sistemindeki her olay interrupt mekanizması üzerine kuruludur.



Ders : İşletim Sistemleri( Doç. Dr. Ali Gökhan Yavuz )

Yıldız Teknik Ünviersitesi Bilgisayar Mühendisliği Bilgi Teknolojileri Programı



Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir