دليل المراجعة · GKU 6

دليل مراجعة إدارة موارد الأنظمة (هندسة الحاسب)

للحاسوب بضع أنوية، وكمية ثابتة من الذاكرة، وعدد قليل من الأجهزة، وبرامج كثيرة تريدها كلها في آن واحد. ونظام التشغيل هو البرنامج الذي يوزعها بأمان ويبقي العتاد مشغولاً. تتبع هذه الوحدة هذا العمل نزولاً إلى العتاد: الخدمات التي يقدمها نظام التشغيل والحماية التي تجعلها آمنة، وكيف تُعالَج المقاطعة خطوة خطوة، وكيف يقرر المُجدوِل والمُرسِل من يعمل تالياً، وكيف تتيح تبديلات السياق لنواة واحدة تشغيل مهام كثيرة، وكيف يخفي هرم الذاكرة بطء التخزين. ويتناول الجزء الثاني العتاد المتوازي: متعددات المعالجات، والأنوية المتعددة، وآلات SIMD وMIMD، والذاكرة المشتركة والموزعة، والمشكلات التي يجلبها التزامن: حالات التسابق، والجمود، والدعم اللازم لجدولة الخيوط، بما في ذلك تعدد الخيوط المتزامن داخل نواة واحدة.

مبني على المعيار التخصصي الرسمي لهيئة تقويم التعليم والتدريب لهذا الموضوع: كل موضوع مُدرج وكل مخرج تعلّم، مع المعادلات والأشكال والأمثلة المحلولة. الأقسام الكاملة متاحة للأعضاء في التطبيق.

SKU 6.1 · أنظمة التشغيل

  1. وظيفة نظام التشغيل: الخدمات واستدعاءات النظام والحماية

    مهمتا نظام التشغيل (آلة أنظف للبرامج، وتقاسم عادل وآمن للآلة الحقيقية)، والخدمات التي يقدمها، ونمطا المستخدم والنواة اللذان يوفرهما العتاد لفرض ذلك، وكلفة استدعاء النظام، ولهذا يُخزَّن الإدخال والإخراج مؤقتاً.

  2. معالجة المقاطعات: الحفظ والتعرّف والخدمة والاستعادة

    ما يحدث بالترتيب بين رفع جهاز لطلب مقاطعة واستمرار البرنامج المقاطَع كأن شيئاً لم يحدث؛ وكيف يُتعرَّف على المصدر؛ وكم يستغرق ذلك في أسوأ حالة؛ ومتى يكون الاستطلاع أرخص من المقاطعات. أما آليات نقل الإدخال والإخراج من جهة المعالج ففي دليل المعمارية؛ وهذا القسم هو جانب نظام التشغيل.

  3. جدولة المهام وإرسالها: FCFS وSJF والأولوية والدور الدائري

    لماذا يحتاج نظام البرمجة المتعددة إلى مُجدوِل ومُرسِل، والمعايير التي يوازنان بينها (الاستغلال، ومعدل الإنجاز، وزمن الدوران، والانتظار، والاستجابة، والإنصاف)، والخوارزميات الكلاسيكية بصيغتيها الاستباقية وغير الاستباقية، مع حساب كلفة كل تبديل سياق هنا. ويتناول دليل هندسة البرمجيات (أنظمة التشغيل) الخوارزميات نفسها دون كلفة التبديل.

  4. المقاطعات والإرسال وتبديل السياق: كيف تشغّل نواة واحدة مهام كثيرة

    كيف تتضافر مقاطعة المؤقت وحالات العملية وكتلة التحكم في العملية والمُرسِل بحيث يبدو معالج واحد كأنه يشغّل برامج كثيرة في آن واحد، وما كلفة تبديل السياق المباشرة وغير المباشرة، وكيف توازن الحصة بين هذه الكلفة وسرعة الاستجابة.

  5. هرم الذاكرة: المخبأ والذاكرة الرئيسية والذاكرة الافتراضية

    لماذا تُبنى الذاكرة هرماً، وما يقدمه كل مستوى (المسجّلات والمخابئ والذاكرة الرئيسية والذاكرة الافتراضية على SSD أو القرص)، وكيف تجعل المحلية المجموعَ يتصرف بسرعة تقارب سرعة القمة وبحجم القاعدة، وكيف يُحسب متوسط زمن الوصول عبر المستويات كلها بما فيها أخطاء الصفحات. أما تنظيم المخبأ وترجمة العناوين فيُدرَّسان في دليل المعمارية.

SKU 6.2 · آليات المعالجة المتزامنة

  1. العتاد المتوازي: متعددات المعالجات والأنوية المتعددة وSIMD وMIMD والذاكرة المشتركة والموزعة

    مفردات الآلات المتوازية (فئات فلين الأربع، ومتعدد المعالجات مقابل متعدد الأنوية، والذاكرة المشتركة مقابل الموزعة)، وما يكلّفه كل تنظيم من جهد البرمجة والاتصال، وقانون أمدال للتسريع الذي يمكن أن يقدمه أي منها.

  2. حالات التسابق والجمود: ما الذي يفسد حين تعمل المهام بالتزامن

    كيف تنشأ حالة التسابق من قراءة وتعديل وكتابة غير محمية، والأوليات العتادية (التعليمات الذرية وحجب المقاطعات) التي تجعل المقاطع الحرجة ممكنة، والشروط الأربعة للجمود، ومخطط تخصيص الموارد، وعدد الموارد الذي يستبعد الجمود.

  3. جدولة الخيوط وتعدد الخيوط المتزامن

    ما يحتاجه نظام التشغيل لجدولة خيوط كثيرة (كتل التحكم في الخيوط، وخيوط تراها النواة، وطوابير تشغيل لكل نواة، ومؤقت، وتبديلات رخيصة، وأوليات حجب)، وكيف يتيح تعدد الخيوط المتزامن لنواة فائقة التدرج أن تصدر تعليمات من عدة خيوط في الدورة نفسها، مع حساب خانات الإصدار الذي يبين ما يكسبه.

أدلة أخرى في هندسة الحاسب

كل أدلة المراجعة

اقرأ الدليل كاملاً بجانب أسئلة تدريبك.

افتح التطبيق