İşletim Sistemi nedir? + Unix
Adettendir, işletim sistemi nedir bir konuşalım, kısa keseceğim.
En altta donanım var, üstte kullanıcı yazılımları arada da işletim sistemi, OS.
İşletim sisteminin kalbine kernel deniyor. OS’un yaptığı temel şeylerden biri her şeyi sanallaştırmak daha doğru tabirle soyutlamak. Buradaki sanallaştırmayı Virtual Box, VMWare gibi şeylerle karıştırmayın. Aslında tüm çalışan uygulamalara Bilgisayarda bir tek sen çalışıyorsun, tüm donanım ve kaynaklar senin, valla bak! şeklinde yalan söylemeye yarıyor. Yani tüm uygulamalar bütün bellek kendisindeymiş, tüm CPU kendisindeymiş gibi çalışıyor. Yani işlemci, bellek gibi donanımların sanallaştırılmasını sağlıyor. Bunun yanında dosya sistemi, file system FS, gibi hizmetleri sunuyor. Ayrıca TCP/IP katmanı gibi ağ protokolleri de yine kernel tarafından implement ediliyor. Elbette bunlar genel geçer laflar, xv6 bu kadar yetenekli değil.
Bir önemli işlevi de donanımın soyutlanmasıdır. Yani mesela Firefox gibi bir internet tarayıcısı üzerinde çalıştığı donanımın detaylarını pek bilmez, hangi marka işlemci, hangi marka disk, hangi marka arayüz gibi. Bunlar işletim sistemi tarafından soyutlanır.
Bknz: Soyutlama Katmanları, Arayüzler ve Standart C Kütüphanesi
OS policy belirler fakat tipik olarak implementation donanım tarafından
yapılır. Yani OS, Şu program buralara erişsin başka yere erişemesin diye
kuralı koyar ama bu kuralı çoğu zaman donanım kontrol eder, CPU veya MMU
mekanizmaları ile. İzin verilmeyen işlemleri donanım durdurur, OS’a ispiyonlar
Bak şu process şunu yaptı diye. Kararı OS verir. Mesela erişmemesi gereken bir
belleğe bir process erişirse işlemci bu erişim durdurur, OS’a haber verir, OS da
tipik olarak process’i öldürür, SIGSEGV.
OS uygulamaları birbirinden izole eder, birbirlerinin bellek alanına eriştirmez. Aynı donanımın (mesela ekran, yazıcı) birden fazla uygulama tarafından paylaşılmasını sağlar.
Bir işletim sisteminin kullanışlı olması için uygulama geliştirenlere kullanılabilir, doğru düzgün arayüzler sunması gerekiyor.
Bu arayüzler
verimli
basit
güvenli
esnek
ileriye ve geriye dönük uyumlu
karmaşık işlerin yapılmasına izin veren
olmalı. Bu kolay bir iş değil.
Unix
xv6’nin Unix temelli olduğundan bahsetmiştik. Biraz Unix’e bakalım.
Unix, bilgisayar ve işletim sistemi tarihinde çok önemli bir işletim sistemidir. Unix felsefesi denen bir kavram oluşmuştur (burada değinmiyorum) [1]. Programcılara sunduğu arayüz tasarımı o kadar tutulmuştur ki günümüzde kullandığımız Linux, BSD, macOS, Solaris gibi işletim sistemleri (ucundan Windows da) bu arayüz tasarımını benimsemiştir.
Altta duran kernel, programlara kullanabileceği servisler sunar. Çalışan her programa process diyoruz. Her process’in bir bellek alanı var. Burada çalışacak komutlar (instructions), data ve stack alanı var.
Process kernelden bir şey istemek iin system call ya da kısaca syscall yapmalı. Bir process’in çalışma zamanının bir kısmı user space içerisinde geçiyor bir kısmı da kernel space içerisinde geçiyor. Yani bazen (çoğunlukla) kullanıcının yazdığı kod çalışıyor ama syscall yaparsa o program o syscall kernel fonksiyonlarını çalıştırdığı için kernel kodlarında da zaman geçiyor.
shell, cat bunlar kullanıcı uygulamaları, user space’te. kernel space’te bir
tek kernel var (hiç aklınıza gelmemişti di mi). user space uygulamaları syscall
yaparak kernel ile konuşuyor.
Kaynak
Bknz: Linux Kernel Arayüzü ve Merhaba Dünya!
User space’te çalışan kodlar çeşitli kısıtlamalara sahiptir. OS, işlemciyi ayarlayarak bu kısıtlamaları getirir. Bazı komutlar user space’te çalıştırılamaz ve belleğin bazı alanlarına erişilemez. Fakat kernel space içerisinde bu kısıtlamalar genelde olmaz. Bu yüzden bazı işlerin mecburen syscall’lar ile kernel tarafından yapılması gerekir.
Kernel bir syscall seti sunar, kullanıcı bunu kullanabilir. xv6, Unix tarzı
syscall’ları destekler. Kitapta Figure 1.2 olarak verilmiş ben tek tek
yazmıyorum. Ama başlıcaları: fork, exit, open, write, read, exec
shell
Unix, Linux gibi sistemlerde kullanıcılar tipik olarak bir shell üzerinden işlerini yaparlar, GUI olayı ayrı elbette. BASH, ZSH, Fish vs bunlar shell örneğidir. Shell, özel bir program değildir, o da standart bir user programdır yani bir ayrıcalığı yoktur kernel açısından. O da tüm uygulamaların kullanabileceği desteklenen syscall’lar ile işini yaptırır.
xv6’da Unix Bourne shell’den esinlenilmiş basit bir shell bulunur.
💭 Yorumlar
Yorum altyapısı giscus tarafından (evet tarafından!) sağlanmaktadır. Yorum yazabilmek için GitHub hesabınız üzerinden giriş yapmanız gerekmektedir. Yorumlar, Github Discussions üzerinde saklanmaktadır.
cc32c812-9f88-4c7f-8072-c18e6d7015e6