OS


Функции и структура операционных систем
Понятие процесса. Состояние процесса
Планирование
Способы распределения памяти
DMA контроллер
RAID массивы
ОС выполняет 2 основные функции:
Виртуальная машина – пользователю предоставляется не реальная машина а упрощенный вариант с которой легче работать.
Менеджер ресурсов – грамотное распределение ресурсов между задачами выполняемы на ЭВМ. К основным ресурсам машины относятся: память и процессорное время.
Структуры ОС:
Монолитные – ядро ОС компонуется как одна программа работающая в привилегированном режиме и использующая быстрый переход с 1 процедуры на другую.
Микроядерные – работает привилегированном режиме, но выполняет минимум функции ОС. Более высокоуровневые функции выполняются серверами работающие в пользовательском режиме.
Процесс (задача) - программа, находящаяся в режиме выполнения.
Выполнение - процесс выполняется, занят процессором
Ожидание - процесс - ожидает какого либо события
Готовность - процесс временно приостановлен, чтобы позволить выполняться другому процессу.
Планирование в системах пакетной обработки 
4.2.1 "Первый пришел - первым обслужен" (FIFO - First In Fist Out)
Процессы ставятся в очередь по мере поступления.
Преимущества:
Простата
Справедливость (как в очереди покупателей, кто последний пришел, тот оказался в конце очереди)
Недостатки:
Процесс, ограниченный возможностями процессора может затормозить более быстрые процессы, ограниченные устройствами ввода/вывода.
4.2.2 "Кратчайшая задача - первая"

Нижняя очередь выстроена с учетом этого алгоритма
Преимущества:
Уменьшение оборотного времени
Справедливость (как в очереди покупателей, кто без сдачи проходит в перед)
Недостатки:
Длинный процесс занявший процессор, не пустит более новые краткие процессы, которые пришли позже.
4.2.3 Наименьшее оставшееся время выполнение
Аналог предыдущего, но если приходит новый процесс, его полное время выполнения сравнивается с оставшимся временем выполнения текущего процесса.
 
4.2.4 Трехуровневое планирование

Трехуровневое планирование
Планировщик доступа выбирает задачи оптимальным образом (например: процессы, ограниченные процессором и вводом/выводом).
Если процессов в памяти слишком много, планировщик памяти выгружает и загружает некоторые процессы на диск. Количество процессов находящихся в памяти, называется степенью многозадачности.
Планирование в интерактивных системах4.3.1 Циклическое планирование
Самый простой алгоритм планирования и часто используемый.
Каждому процессу предоставляется квант времени процессора. Когда квант заканчивается процесс переводится планировщиком в конец очереди. При блокировке процессор выпадает из очереди.

Преимущества:
Простата
Справедливость (как в очереди покупателей, каждому только по килограмму)
Недостатки:
Если частые переключения (квант - 4мс, а время переключения равно 1мс), то происходит уменьшение производительности.
Если редкие переключения (квант - 100мс, а время переключения равно 1мс), то происходит увеличение времени ответа на запрос.
Планирование в системах реального времени
Системы реального времени делятся на:
жесткие (жесткие сроки для каждой задачи) - управление движением
гибкие (нарушение временного графика не желательны, но допустимы) - управление видео и аудио
Внешние события, на которые система должна реагировать, делятся:
периодические - потоковое видео и аудио
непериодические (непредсказуемые) - сигнал о пожаре
Что бы систему реального времени можно было планировать, нужно чтобы выполнялось условие:

m - число периодических событий
i - номер события
P(i) - период поступления события
T(i) - время, которое уходит на обработку события
Т.е. перегруженная система реального времени является не планируемой.
4) Менеджер памяти - часть операционной системы, отвечающая за управление памятью.
Основные методы распределения памяти:
Без использования внешней памяти
С использованием внешней памяти
Распределение памяти с фиксированными разделами.
Память просто разделяется на несколько разделов (возможно, не равных). Процессы могут быть разными, поэтому каждому разделу необходим разный размер памяти.
Системы могут иметь:
общую очередь ко всем разделам
к каждому разделу отдельную очередь

Распределение памяти с фиксированными разделами
Недостаток системы многих очередей очевиден, когда большой раздел может быть свободным, а к маленькому выстроилась очередь.
Алгоритмы планирования в случае одной очереди:
поочередный
выбирается задача, которая максимально займет раздел
Также может быть смешанная система.
Распределение памяти динамическими разделамиВ такой системе сначала память свободна, потом идет динамическое распределение памяти.

Распределение памяти динамическими разделами.
Недостатки:
Сложность
Память фрагментируется
5)
242929178407
Работа DMA - контроллера
С контроллером происходит следующее:
1) Процессор программирует контроллер (какие данные и куда переместить)
2) Процессор дает команду дисковому контроллеру прочитать данные в буфер
3) Считываются данные в буфер, контроллер диска проверяет контрольную сумму считанных данных, (процессор, до прерывания, переключается на другие задания).
4) Контроллер DMA посылает запрос на чтение дисковому контроллеру
5) Контроллер диска поставляет данные на шину, адрес памяти уже находится на шине, происходит запись данных в память
6) Когда запись закончена,  контроллер диска посылает подтверждение DMA контроллеру
7) DMA контроллер увеличивает используемый адрес и уменьшает значение счетчика байтов
8) Все повторяется с пункта 4, пока значение счетчика не станет равной нулю.
9) Контроллер DMA инициирует прерывание
6) Для увеличения производительности или надежности операций ввода-вывода с диском был разработан стандарт для распараллеливания или дублирования этих операций
Основные шесть уровней RAID:
RAID 0 - чередующий набор, соединение нескольких дисков в один большой логический диск, но логический диск разбит так, что запись и чтение происходит сразу с несколько дисков. Например, записываем блок 1, 2, 3, 4, 5, каждый блок будет записываться на свой диск.Преимущества- удобство одного диска- увеличивает скорость записи и чтенияНедостатки- уменьшает надежность (в случае выхода одного диска, массив будет разрушен), избыточность не предусмотрена.
RAID 1 - зеркальный набор, параллельная запись и чтение на несколько дисков с дублированием (избыточность).Преимущества- дублирование записей- увеличивает скорость чтения (но не записи)Недостатки- требует в два раза больше дисковых накопителей
RAID 2 - работает на уровне слов и даже байт. Например, берется полбайта (4 бита) и прибавляется 3 бита четности (1, 2, 4 - рассчитанные по Хэммингу), образуется 7-битовое слово. В случае семи дисков слово записывается побитно на каждый диск. Так как слово пишется сразу на все диски, они должны быть синхронизированы.Преимущества- надежность- увеличивает скорость записи и чтения (при потоке, но при отдельных запросах не увеличивает)Недостатки- нужна синхронизация дисков.
RAID 3 - упрощенная версия RAID 2, для каждого слова считается только один бит четности.Преимущества- надежность- увеличивает скорость записи и чтения  (при потоке, но при отдельных запросах не увеличивает)Недостатки- нужна синхронизация дисков.
RAID 4 - аналогичен уровню RAID 0, но с добавлением диска четности. Если любой из дисков выйдет из строя, его можно восстановить с помощью диска четности.Преимущества- надежность- не нужна синхронизация дисковНедостатки- не дает увеличения производительности, узким местом становится диск четности при постоянных пересчетах контрольных сумм.
RAID 5 - аналогичен уровню RAID 4, но биты четности равномерно распределены по дискам.

Приложенные файлы

  • docx 17410421
    Размер файла: 114 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий