Прямой доступ к памяти…
Хотя ввод-вывод, управляемый прерываниями, более эффективен, чем простой программируемый ввод-вывод, он все еще занимает много процессорного времени для передачи данных между памятью и контроллером ввода-вывода (при этом через процессор должны пройти все пересылаемые данные). Таким образом, обе описанные формы ввода-вывода обладают двумя недостатками:
Скорость передачи данных при вводе-выводе ограничена скоростью, с которой процессор может проверять и обслуживать устройство.
Процессор занят организацией передачи данных; при вводе-выводе для каждой передачи данных должна быть выполнена определенная последовательность команд.
Для перемещения больших объемов данных может использоваться более эффективный метод — прямой доступ к памяти (direct memory access — DMA). Функции DMA выполняются отдельным контроллером системной шины или могут быть встроены в контроллер ввода-вывода. В любом случае метод работает следующим образом. Когда процессору нужно прочитать или записать блок данных, он генерирует команду для модуля DMA, посылая ему следующую информацию:
1)указание, требуется ли выполнить чтение или запись;
2)адрес устройства ввода-вывода;
3)начальный адрес блока памяти, использующегося для чтения или записи;
4)количество слов, которые должны быть прочитаны или записаны.
Передав полномочия по выполнению этих операций контроллеру DMA, процессор продолжает работу. Контроллер DMA слово за словом передает весь блок данных в память или из нее, не задействуя при этом процессор. После окончания передачи контроллер DMA посылает процессору сигнал прерывания. Таким образом, процессор участвует только в начале и в конце передачи.
Для передачи данных в память и из нее контроллеру DMA нужен контроль над шиной. Если в это время процессору также нужна шина, может возникнуть конфликтная ситуация, и процессор должен ждать окончания работы модуля DMA. Заметим, что в этом случае нельзя говорить о прерывании, так как процессор не сохраняет информацию о состоянии задачи и не переходит к выполнению других операций. Вместо этого он вынужден сделать паузу на время выполнения одного цикла шины. В результате это приведет к тому, что во время передачи данных с использованием прямого доступа к памяти замедляется выполнение процессором тех команд, для которых ему требуется шина. Тем не менее при передаче большого количества информации прямой доступ к памяти намного более эффективен, чем программируемый ввод-вывод или ввод-вывод, управляемый прерываниями.
6. Функции операционных систем. Уровни вычислительной системы.
Операционная система — это программа, контролирующая работу прикладных программ и системных приложений и исполняющая роль интерфейса между приложениями и аппаратным обеспечением компьютера. Ее предназначение можно разделить на три основные составляющие:
Удобство. Операционная система делает использование компьютера простым и удобным.
Эффективность. Операционная система позволяет эффективно использовать ресурсы компьютерной системы.
Возможность развития. Операционная система должна быть организована так, чтобы она допускала эффективную разработку, тестирование и внедрение новых приложений и системных функций, причем это не должно мешать нормальному функционированию вычислительной системы.
Уровни вычислительной системы…
http://life-prog.ru/view_os.php?id=1 честно?... Просто лень все копировать… Более того – это написано в конспекте…
7. Понятие процесса. Требования к многозадачной ОС. Модель процесса с двумя состояниями. Родительский и дочерний процессы. Создание и завершение процессов.
Есть много определений термина "процесс", в том числе:
выполняющаяся программа; экземпляр программы, выполняющейся на компьютере;
объект, который можно идентифицировать и выполнять на процессоре;
единица активности, которую можно охарактеризовать единой цепочкой последовательных действий, текущим состоянием и связанным с ней набором системных ресурсов.
Требования к многозадачной Ос…
1)Чередование нескольких процессов для эффективного использования процессов и разумного времени отклика…
2) Разумное распределение ресурсов между процессами в соответствии с приоритетами, избегая взаимоблокировок…
3) Должна поддерживать обмен информацией между процессами и возможность создания процессов пользователями…
8. Модель процессов с 5 состояниями. Очереди блокированных процессов.
Если бы все процессы всегда были готовы к выполнению, то очередь на рис. 3.2,6 могла бы работать вполне эффективно. Такая очередь работает по принципу обработки в порядке поступления, а процессор обслуживает имеющиеся в наличии процессы круговым (round-robin)5 методом (каждому процессу в очереди отводится определенный промежуток времени, по истечении которого процесс возвращается обратно в очередь, если он не был блокирован). Однако даже в таком простом примере, который был описан выше, подобная реализация не является адекватной: некоторые из не выполняющихся процессов готовы к выполнению, в то время как другие являются заблокированными и ждут окончания операции ввода-вывода. Таким образом, при наличии только одной очереди диспетчер не может просто выбрать для выполнения первый процесс из очереди. Перед этим он должен будет просмотреть весь список, отыскивая незаблокированный процесс, который находится в очереди дольше других.
Естественнее было бы разделить все не выполняющиеся процессы на два типа: готовые к выполнению и заблокированные. Такая схема показана на рис. 3.3. Здесь добавлены еще два состояния, которые окажутся полезными в дальнейшем. Опишем каждое из пяти состояний процессов, представленных на диаграмме.
1)Выполняющийся. Процесс, который выполняется в текущий момент времени. В настоящей главе предполагается, что на компьютере установлен только один процессор, поэтому в этом состоянии может находиться только один процесс.
2) Готовый к выполнению. Процесс, который может быть запущен, как только для этого представится возможность.
3) Блокированный. Процесс, который не может выполняться до тех пор, пока не произойдет некоторое событие, например завершение операции ввода-вывода.
4) Новый. Только что созданный процесс, который еще не помещен операционной системой в пул выполнимых процессов. Обычно это новый процесс, который еще не загружен в основную память.
5) Завершающийся. Процесс, удаленный операционной системой из пула выполнимых процессов. http://life-prog.ru/view_os.php?id=24 – подробнее…
9. Свопинг. Приостановленные процессы.
Теперь вспомним, что причиной разработки всех этих схем послужило более медленное, по сравнению с вычислениями, выполнение операций ввода-вывода, приводящее к простоям процессора в однозадачной системе. Однако организация работы в соответствии со схемой, помещенной на рис. 3.5,6, полностью эту проблему не решает. Конечно, при работе в соответствии с такой моделью в памяти находится несколько процессов, и пока одни процессы ожидают окончания операций ввода-вывода, процессор может перейти к выполнению других процессов. Но процессор работает настолько быстрее выполнения операций ввода-вывода, что вскоре все находящиеся в памяти процессы оказываются в состоянии ожидания. Таким образом, процессор может простаивать даже в многозадачной системе.
Другим решением проблемы является свопинг, который включает в себя перенос части процессов из основной памяти на диск. Если в основной памяти нет ни одного готового к выполнению процесса, операционная система переносит один из блокированных процессов на диск (осуществляет его свопинг), помещая его в очередь приостановленных процессов, которые временно извлечены из основной памяти. Затем операционная система загружает другой процесс из очереди приостановленных, после чего продолжает его выполнение.
Тем не менее свопинг сам по себе является операцией ввода-вывода, поэтому есть риск ухудшить ситуацию, вместо того чтобы улучшить ее. Однако благодаря тому что обмен информацией с диском обычно происходит быстрее прочих операций ввода-вывода (например, запись-считывание с ленты или вывод на принтер), свопинг чаще всего повышает производительность работы системы в целом.
Если в модель поведения процессов ввести описанный свопинг, то нам придется ввести и новое состояние — состояние приостановленного процесса (рис. 3.6,о). Когда все процессы в основной памяти находятся в блокированном состоянии, операционная система может приостановить процесс, переведя его в приостановленное состояние и сбросив на диск. Освободившееся в основной памяти пространство можно будет использовать для загрузки другого процесса.
После того как операционная система выгрузила один из процессов на диск, у нее есть две возможности выбора процесса для загрузки в основную память: она может либо создать новый процесс, либо загрузить процесс, который был приостановлен перед этим. Может показаться, что лучше было бы загрузить для обработки ранее приостановленный процесс, что не приведет к увеличению нагрузки на систему.
Однако это не совсем так. Все процессы перед тем как они были приостановлены, находились в блокированном состоянии. Ясно, что возвращение в память блокированного процесса не даст никаких результатов, потому что он по-прежнему не готов к выполнению. Вспомним также, что каждый процесс в приостановленном состоянии блокирован в ожидании какого-то определенного события, и если это событие происходит, процесс перестает быть блокированным и можно продолжить его выполнение.
Это следует учесть при разработке операционной системы. Мы имеем дело с двумя независимыми ситуациями: ожидает ли процесс какого-либо события (т.е. блокирован он или нет), и выгружен ли процесс из основной памяти (т.е. приостановлен он или нет). Чтобы учесть 2x2 возможных комбинации, нужны четыре перечисленных ниже состояния.
1)Готовый. Процесс, который находится в основной памяти и готов к выполнению.
2)Блокированный. Процесс, находящийся в основной памяти и ожидающий какого-то события.
3)Блокированный/Приостановленный. Процесс, находящийся во вторичной памяти (на диске) и ожидающий какого-то события.
4)Готовый/Приостановленный. Процесс, находящийся во вторичной памяти, но уже готовый к выполнению; для этого его нужно только загрузить в основную память.