سیستم‌عامل یا سامانه عامل (Operating System) بدون شک مهمترين نرم افزار در کامپيوتر است. سیستم عامل اولین نرم افزاری است که پس از روشن کردن کامپیوتر مشاهده می شود، و همچنین آخرین نرم افزاری خواهد بود که قبل از خاموش کردن کامپیوتر مشاهده می شود. سرفصل هایی که در این آموزش به آن پرداخته شده است: درس یکم: مفاهیم اولیه درس دوم: فرایند –نخ درس سوم: زمان بندی پردازنده درس چهارم: بن بست ... برای توضیحات بیشتر و تهیه این آموزش لطفا به لینک زیر مراجعه بفرمائید: http://faradars.org/courses/fvsft103

1. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
‫مدرس‬:
‫شیرافکن‬ ‫فرشید‬
‫تهران‬ ‫دانشگاه‬ ‫دکتری‬ ‫دانشجوی‬
(‫ارشد‬ ‫کارشناسی‬ ‫و‬ ‫کارشناسی‬:‫افزار‬ ‫نرم‬ ‫کامپیوتر‬( )‫دکتری‬:‫انفورماتیک‬ ‫بیو‬)
‫عامل‬ ‫های‬ ‫سیستم‬
1
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

2. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
‫فصل‬6(‫سوم‬ ‫بخش‬)
‫حافظه‬ ‫مدیریت‬
2
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

3. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
‫چند‬ ‫بندی‬ ‫صفحه‬‫سطحی‬
‫سیستم‬‫های‬‫مدرن‬‫از‬‫فضای‬‫آدرس‬‫منطقی‬‫گسترده‬‫ای‬‫پشتیبانی‬‫می‬‫کنند‬.
‫در‬‫این‬‫محیط‬‫ها‬‫درایه‬‫های‬‫جدول‬‫صفحه‬‫زیاد‬‫خواهند‬‫شد‬‫و‬‫در‬‫نتیجه‬‫اندازه‬‫جدول‬‫صفحه‬‫بزرگ‬‫شده‬‫و‬
‫چون‬‫نمی‬‫خواهیم‬‫جدول‬‫صفحه‬‫را‬‫به‬‫طور‬‫همجوار‬‫در‬‫حافظه‬‫اصلی‬‫تخصیص‬،‫دهیم‬‫باید‬‫آن‬‫را‬‫به‬‫فضاها‬‫ی‬
‫کوچکتری‬‫تقسیم‬‫کرد‬.
‫برای‬‫این‬‫کار‬‫می‬‫توان‬‫از‬‫الگوی‬‫صفحه‬‫بندی‬‫دو‬‫سطحی‬‫استفاده‬‫کرد‬‫که‬‫خود‬‫جدول‬،‫صفحه‬‫نیز‬‫ص‬‫فحه‬
‫بندی‬‫می‬‫شود‬.
3
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

4. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
‫مثال‬
‫مجازی‬ ‫های‬ ‫آدرس‬ ‫و‬ ‫سطحی‬ ‫دو‬ ‫صفحه‬ ‫جدول‬ ‫یک‬ ‫از‬ ‫سیستمی‬32‫کند‬ ‫می‬ ‫استفاده‬ ‫بیتی‬.‫اندازه‬‫صفحات‬‫بایت‬‫است‬( .4‫بایت‬ ‫کیلو‬)
‫ایندکس‬‫سطح‬‫اول‬‫و‬‫دوم‬10‫بیتی‬،‫است‬‫پس‬‫هر‬‫جدول‬‫صفحه‬‫در‬‫این‬‫دو‬‫سطح‬‫دارای‬1024‫درایه‬‫است‬.
12
2
20
2
4
‫یک‬‫فرایند‬20‫کیلو‬‫بایتی‬‫نیاز‬‫به‬5‫صفحه‬‫دارد‬.‫اگر‬‫از‬‫صفحه‬‫بندی‬‫تک‬‫سطحی‬‫استفاده‬،‫کنیم‬‫جدول‬‫صفحه‬‫دارای‬‫درایه‬‫خواهد‬
‫بود‬‫که‬‫فقط‬5‫درایه‬‫آن‬‫استفاده‬‫خواهد‬‫شد‬.
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

5. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
‫مثال‬
‫سیستمی‬‫با‬‫مشخصات‬‫زیر‬‫را‬‫در‬‫نظر‬‫بگیرید‬.‫به‬‫دلیل‬‫آنکه‬‫هر‬‫جدول‬‫باید‬‫داخل‬‫یک‬‫صفحه‬‫جای‬،‫گیرد‬‫یک‬‫جدول‬‫صفحه‬
‫چند‬‫سطحی‬‫استفاده‬‫شده‬‫است‬.‫چند‬‫سطح‬‫مورد‬‫نیاز‬‫است؟‬
‫فضای‬‫آدرس‬‫پذیر‬‫مجازی‬=18‫بیتی‬‫و‬‫ظرفیت‬‫صفحات‬=64‫بایت‬‫و‬‫اندازه‬‫هر‬‫مدخل‬‫جدول‬‫صفحه‬=4‫بایت‬
5
‫صفحه‬ ‫هر‬ ‫اندازه‬64‫بایت‬:6‫بیت‬‫آفست‬
‫بنابراین‬12‫داریم‬ ‫جا‬ ‫صفحه‬ ‫شماره‬ ‫برای‬ ‫بیت‬.‫حال‬‫این‬ ‫که‬ ‫ببینیم‬ ‫باید‬12‫کنیم‬ ‫تقسیم‬ ،‫قسمت‬ ‫چند‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫بیت‬.
‫تعداد‬‫گیرد‬ ‫جای‬ ‫صفحه‬ ‫یک‬ ‫در‬ ‫تواند‬ ‫می‬ ‫که‬ ‫صفحه‬ ‫جدول‬ ‫هر‬ ‫های‬ ‫مدخل‬:
‫های‬ ‫اندیس‬ ‫پس‬‫برابر‬4‫است‬ ‫بیت‬.
‫آدرس‬‫منطقی‬:
464
2
4

iPT
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

6. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
TLB
Translation Lookaside Buffers
‫یک‬‫سخت‬‫افزار‬‫جستجوی‬،‫سریع‬‫کوچک‬‫و‬‫پنهان‬
‫ثباتهای‬‫انجمنی‬TLB‫را‬‫میانگیرهای‬‫دم‬‫دستی‬‫یا‬‫بافرهای‬‫کناری‬‫ترجمه‬‫نیز‬‫می‬‫نامند‬.
6
‫نسبت‬‫اصابت‬(hit ratio):‫درصد‬‫تعداد‬‫دفعاتی‬‫که‬‫شماره‬‫صفحه‬‫در‬‫ثباتهای‬‫انجمنی‬‫پیدا‬‫شود‬.
‫مثال‬‫نسبت‬‫اصابت‬%80،‫یعنی‬‫که‬%80‫از‬‫تعداد‬‫دفعاتی‬‫که‬‫به‬‫ثباتهای‬‫انجمنی‬‫مراجعه‬،‫کردیم‬‫شماره‬‫صفحه‬‫پیدا‬‫شده‬‫اس‬‫ت‬.
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

7. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
7
‫و‬ ‫بندی‬ ‫صفحه‬ ‫عملیات‬TLB
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

8. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
‫اگر‬TLB‫پر‬،‫باشد‬‫سیستم‬‫عامل‬‫باید‬‫یکی‬‫از‬‫ورودی‬‫ها‬‫را‬‫حذف‬‫کرده‬‫و‬‫ورودی‬‫جدید‬‫را‬‫به‬‫جای‬‫آن‬
‫قرار‬‫می‬‫دهد‬.
‫هر‬‫بار‬‫که‬‫تعویض‬‫بستر‬(‫انتخاب‬‫جدول‬‫صفحه‬‫جدید‬)‫رخ‬،‫دهد‬‫باید‬TLB‫پاک‬‫شود‬‫تا‬‫فرایند‬‫بعدی‬‫که‬
‫می‬‫خواهد‬‫اجرا‬،‫شود‬‫از‬‫اطالعات‬‫ترجمه‬‫ای‬‫نادرست‬‫استفاده‬‫نکند‬.
8
‫در‬‫صفحه‬‫بندی‬‫تعداد‬‫اندکی‬‫از‬‫ورودی‬‫های‬‫جدول‬‫صفحه‬‫در‬TLB‫قرار‬‫می‬‫گیرد‬.‫وقتی‬‫آدرسی‬‫تولید‬‫می‬،‫شود‬‫اگر‬‫شماره‬
‫صفحه‬‫در‬‫ثباتهای‬‫انجمنی‬‫پیدا‬،‫شود‬‫از‬‫شماره‬‫قاب‬‫آن‬‫برای‬‫دستیابی‬‫به‬‫حافظه‬‫استفاده‬‫می‬‫شود‬.‫اگر‬‫موجود‬‫نباش‬،‫د‬‫ارجاع‬
‫به‬‫جدول‬‫صفحه‬‫باید‬‫انجام‬‫گرفته‬‫و‬‫شماره‬‫صفحه‬‫و‬‫شماره‬‫قاب‬‫به‬TLB‫اضافه‬‫می‬‫شود‬‫تا‬‫در‬‫مراجعات‬‫بعدی‬‫به‬‫سرعت‬‫پیدا‬
‫شود‬.
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

9. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
9
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

10. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
‫زمان‬‫موثر‬‫دسترسی‬
‫مجموع‬‫زمان‬‫ترجمه‬‫آدرس‬‫و‬‫زمان‬‫دسترسی‬‫به‬‫کلمه‬‫مورد‬‫نظر‬‫در‬‫حافظه‬‫اصلی‬‫پس‬‫از‬‫محاسبه‬
‫آدرس‬‫فیزیکی‬.
10
‫زمان‬‫از‬ ‫استفاده‬ ‫فرض‬ ‫با‬ ‫دسترسی‬ ‫موثر‬TLB‫صفحه‬ ‫جدول‬ ‫و‬‫ساده‬
Access Translation MemT T T 
Translation TLB TLB Mem TLB MemT H T (1 H) (T T ) T (1 H) T         
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

11. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
‫مثال‬
‫با‬‫فرض‬‫اینکه‬‫جدول‬‫صفحه‬‫در‬‫حافظه‬‫ذخیره‬‫شده‬‫باشد‬‫و‬%85‫از‬‫ارجاعات‬‫به‬‫حافظه‬‫از‬‫طریق‬TLB‫انجام‬
‫شود‬‫و‬‫هزینه‬‫هر‬‫ارجاع‬‫حافظه‬250‫نانو‬‫ثانیه‬‫و‬‫ارجاع‬‫به‬TLB‫با‬‫هزینه‬5‫نانو‬‫ثانیه‬‫انجام‬،‫شود‬‫با‬‫فرض‬‫عدم‬
‫رخداد‬‫نقصان‬‫صفحه‬‫و‬‫عدم‬‫توازی‬‫عملیات‬‫در‬‫معماری‬‫سیستم‬،‫مذکور‬‫هر‬‫ارجاع‬‫به‬‫حافظه‬‫به‬‫طور‬‫متوس‬‫ط‬
‫چقدر‬‫طول‬‫می‬‫کشد‬‫؟‬
Translation TLB MemT T (1 H) T   
5 (0.15 250) 42.5 ns   
Access Translation MemT T T 42.5 250 292.5ns    
11
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

12. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
‫کوبیدگی‬(Thrashing)
‫تعداد‬‫کل‬‫قاب‬‫صفحاتی‬‫که‬‫می‬‫توان‬‫در‬‫یک‬‫سیستم‬‫به‬‫مجموعه‬‫فرایندها‬،‫داد‬‫مقداری‬‫ثابت‬‫و‬‫متناسب‬‫با‬‫اندازه‬‫حافظه‬‫اصلی‬‫است‬.
‫کاهش‬‫تعداد‬‫قاب‬‫ها‬‫باعث‬‫می‬‫شود‬‫که‬‫یک‬‫فرایند‬‫نتواند‬‫مجموعه‬‫صفحاتی‬‫که‬‫در‬‫طی‬‫یک‬‫زمان‬‫از‬‫آنها‬‫استفاده‬‫می‬‫کند‬‫را‬‫در‬‫حافظه‬‫اصلی‬
‫بارگذاری‬‫کند‬.‫در‬‫نتیجه‬‫تعداد‬‫نقص‬‫صفحه‬‫ها‬‫زیاد‬‫می‬‫شود‬.
‫در‬‫این‬،‫وضعیت‬‫زمان‬CPU‫به‬‫جای‬‫اجرای‬،‫فرایندها‬‫صرف‬‫مبادله‬‫صفحه‬‫ها‬‫می‬‫شود‬‫و‬‫کارایی‬‫سیستم‬‫کاهش‬‫می‬‫یابد‬.
‫به‬‫این‬،‫پدیده‬‫کوبیدگی‬(Thrashing)‫می‬‫گویند‬.
12
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

13. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
‫کاری‬ ‫مجموعه‬ ‫مدل‬(Working Sets)
‫در‬‫هر‬‫لحظه‬‫زمانی‬(t)،‫مجموعه‬‫ای‬‫از‬‫صفحات‬‫وجود‬‫دارد‬‫که‬‫در‬k‫مراجعه‬‫اخیر‬‫به‬،‫حافظه‬‫مورد‬‫استفاده‬
‫واقع‬‫شده‬‫اند‬.‫به‬‫این‬،‫مجموعه‬‫مجموعه‬‫کاری‬‫می‬‫گویند‬.
‫سیستم‬‫عامل‬‫با‬‫نظارت‬‫به‬‫مجموعه‬‫کاری‬‫هر‬،‫فرایند‬‫به‬‫آن‬‫قاب‬‫کافی‬‫اختصاص‬‫می‬‫دهد‬.
‫اگر‬‫مجموع‬‫اندازه‬‫های‬‫مجموعه‬‫کاری‬،‫فرایندها‬‫زیادتر‬‫از‬‫تعداد‬‫کل‬‫قاب‬‫ها‬،‫شود‬‫پردازش‬‫معلق‬‫شده‬‫و‬‫از‬
‫کوبیدگی‬‫پیشگیری‬‫می‬‫شود‬.
13
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

14. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
‫مثال‬
‫ارجاعات‬‫یک‬‫برنامه‬‫به‬‫صفحات‬‫حافظه‬:
0 , 1 , 4 , 2 , 0 , 2 , 6 , 5 , 1 , 2 , 3 , 2 , 1 , 2 , 6 , 2 , 1 , 3 , 6 , 2
T:‫زمان‬‫بین‬‫سیزدهمین‬‫و‬‫چهاردهمین‬‫ارجاع‬
:‫پنج‬‫ارجاع‬
‫مجموعه‬‫کاری‬:

14
{1,2,3}
0 , 1 , 4 , 2 , 0 , 2 , 6 , 5 , 1 , 2 , 3 , 2 , 1 , 2 , 6 , 2 , 1 , 3 , 6 , 2
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

15. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
‫مثال‬
15
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

16. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
‫بندی‬ ‫صفحه‬ ‫پیش‬(PrePaging)
‫سیاست‬‫واکشی‬‫در‬‫مورد‬‫تعیین‬‫زمانی‬‫که‬‫یک‬‫صفحه‬‫باید‬‫به‬‫داخل‬‫حافظه‬‫آورده‬،‫شود‬‫دو‬‫رویکرد‬‫دار‬‫د‬:
1-‫صفحه‬‫بندی‬‫درخواستی‬2-‫پیش‬‫صفحه‬‫بندی‬
‫در‬‫صفحه‬‫بندی‬‫درخواستی‬،‫فقط‬‫زمانی‬‫که‬‫مراجعه‬‫ای‬‫به‬‫مکانی‬‫از‬‫یک‬‫صفحه‬،‫شود‬‫آن‬‫صفحه‬‫به‬‫حافظه‬‫اصلی‬‫آورده‬‫می‬‫ش‬‫ود‬.
‫ولی‬‫در‬‫پیش‬‫صفحه‬‫بندی‬،‫صفحه‬‫هایی‬‫به‬‫غیر‬‫از‬‫آنچه‬‫به‬‫وسیله‬‫خطای‬‫صفحه‬‫درخواست‬‫شده‬‫نیز‬‫به‬‫داخل‬‫آورده‬‫می‬‫شو‬‫ند‬.
‫یکی‬‫از‬‫خصوصیات‬‫صفحه‬‫بندی‬‫درخواستی‬،‫رخ‬‫دادن‬‫تعداد‬‫زیادی‬‫خطای‬‫صفحه‬‫در‬‫شروع‬‫یک‬‫کار‬‫می‬،‫باشد‬‫که‬‫پیش‬‫ص‬‫فحه‬
‫بندی‬‫سعی‬‫به‬‫جلوگیری‬‫از‬‫این‬‫صفحه‬‫بندی‬‫زیاد‬‫دارد‬‫و‬‫از‬‫ابتدا‬‫تمام‬‫صفحات‬‫مورد‬‫نیاز‬‫فرایند‬‫را‬‫به‬‫صورت‬،‫یکجا‬‫به‬‫حافظه‬‫می‬
‫آورد‬.
‫سیاست‬‫پیش‬‫صفحه‬‫بندی‬‫می‬‫تواند‬‫یا‬‫در‬‫زمان‬‫شروع‬‫فرایند‬‫به‬‫کار‬‫گرفته‬‫شود‬‫یا‬‫هر‬‫بار‬‫که‬‫یک‬‫خطای‬‫صفحه‬‫رخ‬‫می‬‫دهد‬.
16
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

17. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
‫صفحه‬ ‫نقص‬ ‫فرکانس‬ ‫الگوریتم‬(PFF)
Page Fault Frequency
‫در‬‫این‬‫روش‬‫کران‬‫باال‬‫و‬‫پایین‬‫برای‬‫نرخ‬‫خطای‬‫صفحه‬‫تعیین‬‫می‬‫شود‬.‫اگر‬‫نرخ‬‫خطای‬‫صفحه‬‫از‬‫کرا‬‫ن‬
،‫باال‬‫بیشتر‬،‫شود‬‫قاب‬‫دیگری‬‫به‬‫آن‬‫فرایند‬‫تخصیص‬‫داده‬‫می‬‫شود‬.‫اگر‬‫نرخ‬‫خطای‬‫صفحه‬‫از‬‫کران‬‫پایین‬
‫کمتر‬،‫شود‬‫قابی‬‫از‬‫فرایند‬‫پس‬‫گرفته‬‫می‬‫شود‬.
17
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

18. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
‫بنابراین‬PFF‫سعی‬‫می‬‫کند‬‫که‬‫نرخ‬‫صفحه‬‫بندی‬‫را‬‫بین‬‫دو‬‫حد‬‫قابل‬
‫قبول‬‫نگه‬‫دارد‬‫تا‬‫از‬‫تفریط‬(‫کوبیدگی‬)‫و‬‫افراط‬(‫اتالف‬‫حافظه‬)‫ج‬‫لوگیری‬
‫شود‬.
18
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

19. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
19
‫پایان‬‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org

20. ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬‫عامل‬
faradars.org/fvsft103
20
‫فرادرس‬ ‫در‬ ‫شده‬ ‫مطرح‬ ‫نکات‬ ‫مبنای‬ ‫بر‬ ‫ها‬ ‫اسالید‬ ‫این‬
«‫عامل‬ ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫آموزش‬»
‫است‬ ‫شده‬ ‫تهیه‬.
‫نمایید‬ ‫مراجعه‬ ‫زیر‬ ‫لینک‬ ‫به‬ ‫آموزش‬ ‫این‬ ‫مورد‬ ‫در‬ ‫بیشتر‬ ‫اطالعات‬ ‫کسب‬ ‫برای‬.
‫س‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ﺮ‬‫ﻓ‬
FaraDars.org