Шпаргалка по "Информатике"

1. предшествования - один всегда находится в активном состоянии раньше, чем другой;

2. приоритетности - когда процесс может быть переведен в активное состояние только в том случае, если в состоянии готовности нет процессов с более высоким приоритетом, или процессор свободен, или на нем реализуется процесс с меньшим приоритетом;
3. взаимного исключения - в процессе используется общий критический ресурс, и процессы не могут развиваться одновременно: если один из них использует критический ресурс, то другой находится в состоянии ожидания

 

8.Понятие  процесса, ресурса.  Контекст и дескриптор  процесса. Уровни  планирования процессора

Контекст  и дескриптор процесса

Процесс - программа на этапе  выполнения.

Любому процессу как абстрактному понятию присущи, однако, две реальные части:

-программа развития процесса в активном состоянии;

-дескриптор процесса.

Динамика процесса определяется динамическими характеристиками дескриптора. В нем отображаются динамически изменяемые связи процесса с другими процессами. Все процессы, находящиеся в текущий момент в одном и том же состоянии, объединяют через дескрипторы в  одну списковую структуру, но с учетом приоритетов процессов. По функциональному  назначению информация в дескрипторе  делится на следующие группы:

1.Идентификация – содержит имя процесса, которое используется в управлении над процессом как над поименованным объектом.

2.Информация о ресурсах, которые затребованы или используются процессом в данный момент.

3.Информация о состоянии процесса, которая определяет текущее состояние и возможность перехода в следующее.

4.Информация о родственных связях, используемых для корректного окончания процесса и установки информационных связей.

5.Информация для учета и планирования процессов, содержащих адресные ссылки на другие процессы, приоритет процесса в очередях, ссылки на средства синхронизации.

Уровни  планирования процессора

Принята двухуровневая  схема управления процессами: долгосрочное и краткосрочное планирование

На уровне долгосрочного планирования объектом является не отдельный процесс, а некоторое объединение процессов по функциональному назначению, которое называется работой (приложением). Каждая работа рассматривается как независимая от других работ деятельность, связанная с использованием одной или многих программ и характеризующаяся конечностью и определенностью. По мере порождения новых работ создается собственная виртуальная машина для их выполнения. Например, в ОС Windows 95 для каждого 32-разрядного приложения реализуется своя виртуальная машина. Распределение машин производится однократно в отличие от краткосрочного планирования, где процессор процессу может выделяться многократно.

На уровне краткосрочного планирования объектом управления являются процессы, которые выступают как потребители центрального процессора для внутренних процессов или внешнего процессора для внешних процессов.

9.Управление процессами. Планирование процессов и потоков. Создание процессов и потоков. Планирование и диспетчеризация потоков.

Создание  процессов и потоков

Создать процесс - это  означает создать описатель процесса, содержащий все сведения о процессе, необходимые ОС для управления им. Такими сведениями являются идентификатор  процесса, данные о расположении в  памяти исполняемого модуля, приоритет  и права доступа.

В мультипрограммной  системе поток может находиться в одном из трех основных состояний:

выполнение - активное состояние потока, во время которого поток обладает всеми необходимыми ресурсами и непосредственно выполняется процессором;

ожидание - пассивное состояние потока, находясь в котором, поток заблокирован по своим внутренним причинами (ждет осуществления некоторого события);

готовность - пассивное состояние потока, но в этом случае поток заблокирован в связи с внешним по отношению к нему обстоятельством

Планирование

Подсистема управления процессами и потоками ответственна за обеспечение процессов необходимыми ресурсами.

Процесс требует  для своего выполнения несколько  более мелких работ, для обозначения которых используют термин поток. В простейшем случае процесс состоит из одного потока. Потоки возникли в ОС как средство распараллеливания вычислений.

Переход от выполнения одного потока к другому осуществляется в результате планирования и диспетчеризации.

Работа  по определению того, в какой момент необходимо прервать выполнение текущего активного потока и какому потоку предоставить возможность выполняться, называется планированием.

 

10.Организация  памяти. Понятие о  сегментированной  модели памяти. Понятие  о страничной модели  памяти. Сегментно-страничный  способ распределения  памяти.

Организация памяти

Физическая память, к которой микропроцессов имеет  доступ по шине адреса, называется оперативной памятью ( или оперативным запоминающим устройством - ОЗУ).

ОП организована как последовательность байтов. Каждому байту соответствует уникальный адрес (его номер), который называется физическим адресом.

Понятие о сегментированной модели памяти.

Память для  программы делится на непрерывные  области памяти, называемые  сегментами.

Сегменты - это логические элементы программы.

Сама программа  может обращаться только к данным, которые находятся в этих сегментах.

Сегмент представляет собой независимый, поддерживаемый на аппаратном уровне блок памяти.

Сегментация - механизм адресации, обеспечивающий существование нескольких независимых адресных пространств как в пределах одной задачи, так и в системе в целом для защиты задач от взаимного влияния.

Понятие о страничной модели памяти.

ОП делится  на блоки фиксированного размера 4 Кб (должно быть число, кратное степени  двойки, чтобы операции сложения можно  было бы заменить на операции конкатенации). Каждый такой блок называется страницей.

Суть его  заключается в том, что у микропроцессора  существует возможность по обмену страницами памяти с жестким диском. В случае, если программа требует памяти больше, чем объем физической памяти, редко  используемые страницы памяти записываются на жесткий диск в специальный  файл виртуальной памяти(файл подкачки). В настоящее время файл подкачки может динамически изменять свой размер в зависимости от потребностей системы.

Основное  достоинство страничного способа распределения памяти -минимально возможная фрагментация (эффективное распределение памяти).

Недостатки: 1)потери памяти на размещение таблиц страниц 2)     потери процессорного времени на обработку таблиц страниц (диспетчер памяти).

11.Управление  памятью. Функции  ОС по управлению  памятью. Типы  адресов.

Необходимым условием для того, чтобы программа  могла выполняться, является ее нахождение в оперативной памяти. Только в этом случае процессор может извлекать команды из памяти и интерпретировать их, выполняя заданные действия. Объем оперативной памяти, который имеется в компьютере, существенно сказывается на характере протекания вычислительного процесса.

Функции ОС по управлению памятью

отслеживание  свободной и занятой памяти;

выделение памяти процессам и освобождение памяти по завершении процессов;

вытеснение кодов  и данных процессов из оперативной  памяти на диск (полное или частичное), когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней  всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в  ней освобождается место;

настройка адресов  программы на конкретную область  физической памяти.

Защита памяти — это еще одна важная задача операционной системы, которая состоит  в том, чтобы не позволить выполняемому процессу записывать или читать данные из памяти, назначенной другому процессу. Эта функция, как правило, реализуется  программными модулями ОС в тесном взаимодействии с аппаратными средствами.

Типы  адресов.

Для идентификации  переменных и команд на разных этапах жизненного цикла программы используются символьные имена (метки), виртуальные  адреса и физические адреса

►    Физические адреса соответствуют номерам ячеек  оперативной памяти, где в действительности расположены или будут расположены  переменные и команды.

►    Символьные имена, называемые иногда логическими  адресами, присваивает пользователь при написании программы на алгоритмическом  языке или ассемблере.

►    Виртуальные адреса называемые иногда математическими, вырабатывает транслятор, переводящий программу на машинный язык.

 

12.Управление  памятью. Алгоритмы  распределения памяти.

Необходимым условием для того, чтобы программа  могла выполняться, является ее нахождение в оперативной памяти. Только в этом случае процессор может извлекать команды из памяти и интерпретировать их, выполняя заданные действия. Объем оперативной памяти, который имеется в компьютере, существенно сказывается на характере протекания вычислительного процесса.

Алгоритмы распределения памяти

Разные ОС по-разному  отвечают на эти и другие базовые  вопросы управления памятью.  Простейший способ управления оперативной памятью  состоит в том, что память разбивается  на несколько областей фиксированной  величины, называемых разделами.

1. Разбиение памяти  фиксированными разделами. В этом случае разбиение может быть выполнено вручную оператором во время старта системы или во время ее установки. После этого границы разделов не меняются. Недостаток – жесткость. Независимо от размера программа будет занимать весь раздел. Возможно, не позволит выполнить процесс, программа которого не помещается  ни в один из разделов, хотя им было бы достаточно памяти нескольких разделов.

2. Распределение памяти  динамическим разделами. В этом случае память машины заранее не делится. Сначала вся память, отводимая для приложений, свободна. Каждому вновь поступающему приложению на этапе создания процесса выделяется вся необходимая ему память(если достаточный объем памяти отсутствует, то приложение на выполнение не принимается и процесс для него не создается). После завершения процесса память освобождается, и на это место может быть загружен другой процесс. Т.о., в произвольный момент времени оперативная память представляет собой случайную последовательность занятых и свободных участков (разделов) произвольного размера. Этот алгоритм более гибок по сравнению с первым, но имеет недостаток – фрагментацию памяти. Фрагментация – это наличие большого числа несмежных участков свободной памяти очень маленького размера (фрагментов).

13.Подсистема  управление вводом-выводом.  Кэширование операций  ввода-вывода

Одной из главных  функций ОС является управление всеми  устройствами ввода-вывода компьютера. ОС должна передавать устройствам команды, перехватывать прерывания и обрабатывать ошибки; она также должна обеспечивать интерфейс между устройствами и  остальной частью системы. В целях  развития интерфейс должен быть одинаковым для всех типов устройств (независимость  от устройств).

Кэширование операций ввода-вывода

Буферирование (буфер — это область памяти, используемая для временного хранения данных при вводе или выводе) ввода-вывода данных при использовании в качестве устройств ввода-вывода магнитных дисков носит название кэширование

Кэш можно рассматривать  как некоторое множество (пул) буферов, управляемых некоторым системным  процессом. Дисциплина управления состоит  в том, что считанное с диска  множество секторов остается в кэше до тех пор, пока не будет заменено другим множеством. При необходимости повторного использования данные считываются не с диска, а берутся из кэша, что резко повышает производительность (средняя длительность сектора, выбираемого случайным способом на диске, составляет 20 мс, а время выполнения операции центральным процессором с частотой 1ГГц – 0,5 нс!). Точно также при записи данных задачи на диск моментом её окончания можно считать момент размещения данных в кэше. Это называется отложенной записью (lazu write, «ленивая» запись). При отсутствии отложенной записи в каждый момент записывать свои данные на диск может только одна задача, что подвергает ожидающую информацию риску искажения.