- •Основы построения операционных систем
- •Введение
- •1. Основные аспекты операционных систем
- •1.1. Программные системы
- •1.2. Ресурсы вычислительных систем
- •1.3. Функции операционных систем
- •1.3.1. Упрощение доступа к компьютеру
- •1.3.2. Повышение эффективности использования ресурсов
- •1.4. Классификация операционных систем
- •2. Управление файлами
- •2.1. Файлы
- •2.1.1. Имя файла
- •2.1.2. Типы файлов
- •2.1.3. Атрибуты файла
- •2.2. Функции системы управления файлами
- •2.3. Способы организации файлов
- •2.3.1. Последовательное размещение
- •2.3.2. Размещение с помощью сцепленных блоков
- •2.3.3. Организация файлов на основе таблиц размещения
- •2.3.4. Размещение с использованием таблицы индексов
- •2.3.5. Индексно-последовательное размещение
- •2.3.6. Библиотечная структура данных
- •2.4. Методы доступа к содержимому файлов
- •2.4.1. Последовательный доступ
- •2.4.2. Прямой доступ
- •2.4.3. Другие методы доступа
- •2.5. Способы организации файловой структуры
- •2.6. Манипулирование файловой структурой
- •3. Управление памятью
- •3.1. Простое непрерывное распределение
- •3.2. Распределение с несколькими непрерывными разделами
- •3.2.1. Мультипрограммирование и разбиение на разделы
- •3.2.2. Разделы с фиксированными границами
- •3.2.3. Разделы с подвижными границами
- •3.2.4. Своппинг
- •3.3. Организация виртуальной памяти
- •3.3.1. Основные концепции виртуальной памяти
- •3.3.2. Страничная организация памяти
- •3.3.3. Сегментная организация памяти
- •3.3.4. Сегментно-страничная организация памяти
- •3.4. Управление виртуальной памятью
- •3.4.1. Алгоритмы выталкивания страниц
- •3.4.2. Подкачка страниц по запросу
- •3.4.3. Подкачка страниц с опережением
- •3.4.4. Освобождение страниц
- •3.4.5. Размер страниц
- •4. Управление процессами
- •4.1. Концепции процесса
- •4.1.1. Понятие последовательного процесса
- •4.1.2. Состояния процесса
- •4.1.3. Блок управления процессом
- •4.1.4. Планирование процессов
- •4.1.5. Обработка прерываний
- •4.2. Синхронизация параллельных процессов
- •4.2.1. Параллельная обработка
- •4.2.2. Взаимное исключение
- •4.2.3. Алгоритм Деккера
- •4.2.4. Аппаратная реализация взаимного исключения
- •4.2.5. Семафоры
- •4.2.6. Мониторы
- •4.2.7. Передача сообщений
- •4.3. Тупиковые ситуации
- •4.3.1. Условия возникновения дедлоков
- •4.3.2. Основные направления исследований по проблеме тупиков
- •4.3.3. Предотвращение тупиков
- •4.3.4. Обход дедлоков
- •4.3.5. Алгоритм банкира
- •4.3.6. Распознавание дедлоков
- •4.3.7. Восстановление после тупиков
- •5. Управление процессором
- •5.1. Диспетчеризация процессов
- •5.2. Приоритеты
- •5.3. Алгоритмы диспетчеризации с одной очередью
- •5.3.1. Алгоритм fcfs (первый пришедший обслуживается первым)
- •5.3.2. Алгоритм spn (кратчайший процесс - следующий)
- •5.3.3. Алгоритм srt (по наименьшему остающемуся времени)
- •5.3.4. Алгоритм hrrn (по наибольшему относительному времени ответа)
- •5.3.5. Алгоритм циклической диспетчеризации rr
- •5.3.6. Сравнение алгоритмов диспетчеризации с одной очередью
- •5.4. Многоуровневые очереди с обратными связями
- •6. Управление устройствами
- •6.1. Общая организация ввода-вывода
- •6.2. Методы управления периферийными устройствами
- •6.3. Действия по вводу-выводу
- •6.3.1. Буферизация : прочитать и записать
- •6.3.2. Блокирование : получить и поместить
- •6.3.3. Подготовка : открыть и закрыть
- •6.4. Управление магнитными дисками
- •6.4.1. Физическая структура магнитного диска
- •6.4.2. Физическая структура формата данных дискеты
- •6.4.3. Логическая структура магнитного диска
- •6.4.4. Планирование работы с магнитными дисками
- •Заключение
- •Список используемых источников
- •Оглавление
6.2. Методы управления периферийными устройствами
В подсистемах управления вводом-выводом используются в основном два типа методов управления периферийными устройствами: прямой и косвенный. Методы отличаются степенью автономности операций ввода-вывода от центрального процессора.
Прямой метод управления основан на наличии непосредственной связи между центральным процессором и периферийным устройством (рис.6.3,а). На центральный процессор возлагается обязанность непосредственного управления работой устройства. Это предполагает наличие в составе команд процессора специальных команд по инициированию работы устройства, проверке готовности его к работе, останову устройства, записи информации и т. д. Особенностью этих команд является следующее. При попытке обращения к устройству для ввода или вывода информации, если устройство занято выполнением какой-либо ранее заданной операции, выполнение команды процессора блокируется до тех пор, пока устройство не освободится. Часто для предоставления возможности программировать совмещение счета на центральном процессоре и процесса выполнения отдельных операций ввода-вывода на периферийном устройстве в состав системы вводят флажок занятости устройства. Он программно доступен центральному процессору и устанавливается или сбрасывается аппаратно по мере занятости или освобождения устройства. Если флажок в некоторый момент времени находится в установленном состоянии (устройство занято), то процессор можно заставить (запрограммировать) выполнять некоторую счетную работу, а не простаивать в ожидании освобождения устройства.
Как при наличии, так и при отсутствии флажка занятости задачи совмещения работы центрального процессора и периферийного устройства полностью возлагаются на программиста. Он должен определенным образом расставить команды обращения к устройству в своей программе, с тем чтобы достигнуть максимального совмещения и, как следствие, минимизировать простои центрального процессора. Управление вводом - выводом при прямом методе управления построено по децентрализованной схеме и требует от программиста хорошего знания особенностей работы конкретного устройства.
Рис. 6.3.
Главный недостаток прямого метода управления вводом-выводом - практическая нереализуемость на его основе режима мультипрограммирования. Этого недостатка лишен метод косвенного ввода-вывода (рис.6.3,б). Метод основан на том, что между центральным процессором и периферийным устройством помещается специальный процессор, называемый каналом, который осуществляет фактическое управление операциями ввода-вывода. Таким образом, с центрального процессора снимаются несвойственные ему функции по управлению периферийными устройствами, доступ к которым теперь косвенный - через канал. Вместе с тем за центральным процессором остаются функции управления, но уже не устройствами, а каналом. Центральный процессор только инициирует ввод-вывод, а затем может выполнять необходимые программы вплоть до момента окончания инициированного процесса ввода-вывода. Фактической передачей данных управляет канал по специальной программе, исполнение которой в канале представляет собой внешний процесс. По мере развития внешнего процесса центральный процессор, канал и адресуемое периферийное устройство работают параллельно.