کتاب صوتی قدرت در دستان شما: ساخت و فهم عمیق هسته سیستم عامل

🎓 دوره آموزشی جامع

📚 اطلاعات دوره

عنوان دوره: دوره قدرت در دستان شما: ساخت و فهم عمیق هسته سیستم عامل

موضوع کلی: طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌های عامل

موضوع میانی: طراحی و پیاده‌سازی هسته سیستم عامل از پایه

📋 سرفصل‌های دوره

• 1. مقدمه‌ای بر طراحی سیستم‌های عامل: چرا خودمان یک هسته بسازیم؟
• 2. معماری سخت‌افزار پایه: آنچه یک هسته‌نویس باید بداند
• 3. فرآیند بوت شدن سیستم: از روشن شدن تا اجرای اولین دستورالعمل هسته
• 4. آماده‌سازی محیط توسعه: کامپایلر متقاطع و شبیه‌ساز
• 5. اولین گام‌ها در کد اسمبلی: نقطه ورود و تنظیمات اولیه
• 6. گذار از اسمبلی به C: برپایی پشته و فراخوانی تابع اصلی هسته
• 7. تابع اصلی هسته (nulluser): قلب تپنده اولیه سیستم
• 8. خروجی ساده: پیاده‌سازی kprintf برای چاپ روی کنسول
• 9. مبانی وقفه‌ها (Interrupts) و استثناها (Exceptions)
• 10. جدول توصیف‌گر وقفه (IDT) و راه‌اندازی آن
• 11. پیاده‌سازی یک کنترل‌کننده وقفه عمومی
• 12. ساختارهای داده بنیادین در هسته: لیست‌های پیوندی
• 13. ساختارهای داده بنیادین در هسته: صف‌ها
• 14. تعاریف و ثوابت سراسری هسته: هدرهای اصلی
• 15. مفهوم فرآیند (Process) و بلوک کنترل فرآیند (PCB)
• 16. حالت‌های مختلف یک فرآیند: از ایجاد تا خاتمه
• 17. ایجاد اولین فرآیند: پیاده‌سازی تابع create
• 18. لیست آماده (Ready List): مدیریت فرآیندهای آماده اجرا
• 19. زمان‌بند (Scheduler): انتخاب فرآیند بعدی برای اجرا
• 20. تعویض زمینه (Context Switch): جادوی چندوظیفگی
• 21. پیاده‌سازی تابع resched: واگذاری داوطلبانه پردازنده
• 22. پایان دادن به یک فرآیند: پیاده‌سازی تابع kill
• 23. فرآیند تهی (Null Process): وقتی هیچ کاری برای انجام نیست
• 24. مشکلات همزمانی: شرایط رقابتی (Race Condition)
• 25. ناحیه بحرانی (Critical Section) چیست؟
• 26. ساده‌ترین راه‌حل: غیرفعال و فعال کردن وقفه‌ها
• 27. مفهوم سمافور (Semaphore) و ضرورت آن
• 28. پیاده‌سازی سمافور: ساختار داده و صف انتظار
• 29. پیاده‌سازی عملیات wait (P) و signal (V)
• 30. استفاده از سمافور برای انحصار متقابل (Mutual Exclusion)
• 31. استفاده از سمافور برای همگام‌سازی (Synchronization)
• 32. حل مسئله تولیدکننده-مصرف‌کننده با سمافور
• 33. بن‌بست (Deadlock): تعریف و شرایط وقوع
• 34. ارتباط بین فرآیندی (IPC): ارسال و دریافت پیام
• 35. پیاده‌سازی توابع send و receive
• 36. ارسال پیام بافرنشده و بافرشده
• 37. پورت‌ها: یک انتزاع برای مدیریت پیام‌ها
• 38. پیاده‌سازی و مدیریت پورت‌ها در هسته
• 39. اولویت فرآیندها و زمان‌بندی اولویت‌محور
• 40. وراثت اولویت (Priority Inheritance) به عنوان راه حل وارونگی اولویت
• 41. مدیریت حافظه: نگاهی کلی به چالش‌ها
• 42. نقشه حافظه سیستم در ابتدای کار
• 43. ساده‌ترین تخصیص‌دهنده حافظه: لیست پیوندی از بلوک‌های آزاد
• 44. پیاده‌سازی getmem: درخواست یک بلوک حافظه
• 45. پیاده‌سازی freemem: آزاد کردن یک بلوک حافظه
• 46. مشکل تکه‌تکه شدن حافظه (Fragmentation)
• 47. ادغام بلوک‌های آزاد مجاور برای مقابله با تکه‌تکه‌شدگی
• 48. استخرهای بافر (Buffer Pools): مدیریت کارآمد بلوک‌های با اندازه ثابت
• 49. پیاده‌سازی getbuf و freebuf
• 50. مدیریت پشته‌های اختصاصی برای هر فرآیند
• 51. محافظت از سرریز پشته (Stack Overflow)
• 52. مقدمه‌ای بر حافظه مجازی: صفحه‌بندی (Paging)
• 53. زیرسیستم ورودی/خروجی (I/O): یک معماری لایه‌ای
• 54. مفهوم درایور دستگاه (Device Driver)
• 55. جدول سوئیچ دستگاه (Device Switch Table): رابطی یکپارچه برای دستگاه‌ها
• 56. نیمه بالایی و نیمه پایینی یک درایور دستگاه
• 57. مدیریت وقفه‌های سخت‌افزاری: کنترل‌کننده وقفه قابل برنامه‌ریزی (PIC)
• 58. طراحی یک توزیع‌کننده وقفه (Interrupt Dispatcher)
• 59. دستگاه ساعت و زمان‌سنجی در سیستم‌عامل
• 60. پیاده‌سازی کنترل‌کننده وقفه ساعت
• 61. به خواب بردن فرآیندها برای مدتی معین: پیاده‌سازی sleep
• 62. لیست دلتا (Delta List): روشی کارآمد برای مدیریت رویدادهای زمان‌بندی‌شده
• 63. بیدار کردن فرآیندها: پیاده‌سازی wakeup
• 64. دستگاه سریال (TTY): ارتباط با دنیای بیرون
• 65. ورودی/خروجی بافری برای دستگاه سریال
• 66. پیاده‌سازی توابع خواندن (read) از دستگاه سریال
• 67. پیاده‌سازی توابع نوشتن (write) در دستگاه سریال
• 68. مدیریت کاراکترهای کنترلی در درایور TTY
• 69. رابط عمومی برای دستگاه‌های بلوکی (Block Devices)
• 70. پیاده‌سازی یک درایور دیسک مجازی در حافظه (RAM Disk)
• 71. مقدمه‌ای بر سیستم فایل: مفاهیم و اهداف
• 72. طراحی یک سیستم فایل ساده بر روی دیسک
• 73. ساختار کلی دیسک: بلوک راه‌انداز، سوپربلاک، و نواحی داده
• 74. فهرست راهنما (Directory) و ساختار آن
• 75. ایندکس نود (Inode) یا معادل آن برای توصیف فایل‌ها
• 76. پیاده‌سازی ساختار دایرکتوری روی دیسک
• 77. باز کردن و بستن فایل‌ها: جداول فایل در سطح سیستم و فرآیند
• 78. پیاده‌سازی فراخوان سیستمی open
• 79. پیاده‌سازی فراخوان سیستمی close
• 80. پیاده‌سازی فراخوان سیستمی read برای فایل‌ها
• 81. پیاده‌سازی فراخوان سیستمی write برای فایل‌ها
• 82. پیاده‌سازی فراخوان سیستمی seek برای جابجایی در فایل
• 83. مدیریت بلوک‌های داده آزاد روی دیسک
• 84. مدیریت اینودهای آزاد
• 85. نام‌گذاری و تحلیل مسیر (Path Resolution)
• 86. نصب (Mount) کردن یک سیستم فایل
• 87. ایجاد فایل‌ها و دایرکتوری‌های جدید
• 88. حذف فایل‌ها و دایرکتوری‌ها
• 89. دستگاه‌های مجازی در فضای نام سیستم فایل (مانند /dev/console)
• 90. پوسته (Shell): رابط خط فرمان کاربر
• 91. طراحی حلقه اصلی پوسته: خواندن، تجزیه، اجرا
• 92. پیاده‌سازی یک تجزیه‌کننده ساده برای دستورات
• 93. جدول دستورات و مکانیزم توزیع (Dispatching)
• 94. پیاده‌سازی دستورات داخلی: help, clear
• 95. پیاده‌سازی دستور ps برای نمایش وضعیت فرآیندها
• 96. پیاده‌سازی دستور mem برای نمایش وضعیت حافظه
• 97. پیاده‌سازی دستور kill برای ارسال سیگنال به فرآیندها
• 98. فراخوان‌های سیستمی: مرز بین فضای کاربر و هسته
• 99. گذر از مرز: مکانیزم تله (Trap) برای فراخوان‌های سیستمی
• 100. اشکال‌زدایی (Debugging) هسته: تکنیک‌ها و ابزارها