- •1. Структура программного обеспечения вычислительной системы.
- •2. Назначение операционных систем. Слои и точки зрения на вычислительную систему.
- •3. Сервисы операционных систем.
- •4 Понятие ресурса. Классификация ресурсов.
- •5 Ядро операционной системы. Требования к ядру.
- •Модульное ядро
- •Микроядро
- •Экзоядро
- •Наноядро
- •Гибридное ядро
- •6 Эволюция операционных систем. Последовательная обработка данных.
- •7 Эволюция операционных систем. Простые пакетные системы. Мониторы, jcl.
- •10 Эволюция операционных систем. Многозадачные системы с разделением времени. Алгоритм планирования на основе абсолютного приоритета (с вытеснением).
- •11. Проблемы классификации операционных систем.
- •Классификация ос
- •12. Управление выполнением приложений. Понятия процесса и потока
- •13 Процесс. Элементы процесса. Pcb. Элементы процесса в Windows nt.
- •14 Создание и завершение процессов. Этапы создания процесса в Windows nt.
- •Контекст и дескриптор процесса
- •15.Состояния процессов.
- •21. Многопоточность. Однопоточная и многопоточная модели процессов.
- •22. Преимущества использования потоков.
- •23. Состояния потоков.
- •24. Структура потоков в Windows 2000.
- •25. Взаимодействие «клиент-сервер». Использование потоков на стороне клиента для вызова удалённо-вызываемых процедур: однопоточный и многопоточный клиенты.
- •26. Взаимодействие «клиент-сервер». Использование потоков на стороне сервера: однопоточный сервер, многопоточный сервер, многопоточный сервер на базе пула потоков.
- •27.Реализация потоков в системе. Потоки на уровне пользователя.
- •28.Реализация потоков в системе. Потоки на уровне ядра.
- •29.Реализация потоков в системе. Комбинированный подход
- •31. Кластеры. Системное программное обеспечение кластеров. Типы кластеров.
- •32. Многопроцессорные системы. Соглашения относительно многопроцессорных систем. Диспетчеризация потоков на smp.
- •33.Диспетчеризация потоков в Windows 2000 при однопроцессорной и многопроцессорной конфигурации.
- •34. Модели параллелизма. Примеры.
- •35.Монолитная архитектура операционной системы. Преимущества и недостатки
- •Монолитные системы
- •36. Микроядерная архитектура операционной системы.
- •37. Архитектура операционных систем семейства Windows nt.
- •38.Архитектура операционной системы Linux.
- •39.Архитектура операционной системы qnx.
- •40. Процессы и синхронизация. Основные понятия: состояние, действие, история. Независимость параллельных процессов.
- •41. Разделяемый и критический ресурс. Доказательство корректности параллельных алгоритмах Примеры.
- •42.Понятие синхронизации. Виды синхронизации.
- •43. Мелкомодульная неделимость. Условие «не больше одного».
- •44.Задача критической секции.
- •45.Активные блокировки. Алгоритм «Проверить-установить». Недостатки.
- •46.Активные блокировки. Алгоритм «Проверить-проверить-установить».
- •47. Реализация взаимоисключения. Аппаратная поддержка. Реализация алгоритма «Проверить-установить» на x86 с использованием инструкции xchg.
- •48.Спин-блокировки в Windows 2000. Назначение спин-блокировок. Спин-блокировки очередями.
- •49.Задача критической секции. Решения со справедливой стратегией.
- •50.Семафоры Дейкстры. Псевдокод реализации семафора. Бинарные семафоры.
- •51.Реализация семафора средствами Windows api.
- •52.Семафорные механизмы в Windows api.
- •53.Задача «производитель/потребитель». Реализация на бесконечном буфере.
- •54.Задача «читатели-писатели».
- •55.Задача «обедающие философы». Заговоры и голодовка. Решения.
- •56. Мониторы. Мониторы с сигналами.
- •57.Мониторы. Мониторы с оповещением и широковещанием.
- •58.Принципы взаимного блокирования. Условия возникновения взаимоблокировок.
- •59. Управление памятью. Требования к управлению памятью.
- •60.Управление памятью. Распределение памяти. Фиксированное распределение. Алгоритм размещения при фиксированном распределении.
- •61.Управление памятью. Распределение памяти. Динамическое распределение. Алгоритмы размещения при динамическом распределении.
- •Не с лекции: Распределение памяти разделами переменной величины
- •62.Управление памятью. Перемещение. Типы адресов. Аппаратная поддержка перемещения.
- •63.Управление памятью. Простая страничная организация. Трансляция логических адресов. Страничная организация
- •Страничное распределение
- •64.Управление памятью. Простая сегментная организация. Трансляция логических адресов.
- •65. Виртуальная память (вп). Основные идеи. Выполнение программы с использованием вп. Преимущества вп. Поддержка функционирования вп.
- •66. Виртуальная память (вп). Типы памяти. Виртуальное адресное пространство. Пробуксовка (Thrashing). Принцип локализации.
- •67. Страничная организация вп. Биты таблицы страниц. Многоуровневая адресация. Страничная адресация в 80386.
- •68.Ассоциативный буфер трансляции (tlb). Функционирование tlb.
- •69.Размеры страниц. Влияние размеров страниц на поведение процесса.
- •70. Сегментная вп. Таблицы сегментов. Трансляция при сегментной организации.
- •1)Сегментная схема функционирования вп
- •71.Сегментно-страничная организация. Трансляция адресов при сегментно-страничной организации в 80386.
- •72.Задачи управления памятью. Стратегии выборки.
- •73.Задачи управления памятью. Стратегии размещения.
- •74.Задачи управления памятью. Стратегии замещения.
- •75.Задачи управления памятью. Буферизация страниц. Буферизация страниц в Windows 2000.
- •76.Управление резидентным множеством. Фиксированное распределение, локальное замещение.
- •77.Управление резидентным множеством. Переменное распределение, глобальное замещение.
- •78.Управление резидентным множеством. Переменное распределение, локальное замещение.
- •79.Управление резидентным множеством. Стратегия рабочего множества. Управление рабочим множеством в Windows 2000.
- •80.Архитектура компьютерной системы. Подключение устройств к магистрали. Иерархия магистралей.
- •83.Вызов сервисов операционной системы с использованием прерываний. Вызов сервисов в Windows nt.
- •84.Вызов сервисов операционной системы с использованием инструкций мп Pentium II sysenter/sysexit. Вызов сервисов в Windows 2000/xp/Server 2003.
- •85.Сложность систем ввода-вывода. Модуль (контроллер) ввода-вывода. Структура и функции модуля ввода-вывода.
- •86.Решения по организации ввода-вывода: программируемый (pio), управляемый прерываниями, прямой доступ к памяти (dma).
- •87.Ввод-вывод в операционных системах. Требования к эффективности и универсальности.
- •88.Подсистема ввода-вывода в операционной системе. Обзор функций.
- •89.Подсистема ввода-вывода. Организация параллельной работы устройств ввода-вывода и процессора.
- •90.Подсистема ввода-вывода. Согласование скоростей обмена. Буферизация в операциях ввода-вывода.
- •91. Подсистема ввода-вывода. Кэширование данных: кэширование на основе логических и виртуальных блоков.
- •93.Синхронный и асинхронный ввод-вывод. Средства поддержки асинхронного ввода-вывода в Windows api.
- •94.Подсистема ввода-вывода. Поддержка различных файловых систем. Ifs в системах Windows nt.
- •95.Файловые системы fat и ntfs. Отказоустойчивость в ntfs.
- •96.Отказоустойчивые дисковые массивы raid. Raid 0 6.
- •97.Многослойная модель подсистемы ввода-вывода. Многослойная модель подсистемы ввода-вывода в Windows nt.
- •12. Общие принципы построения операционных систем.
65. Виртуальная память (вп). Основные идеи. Выполнение программы с использованием вп. Преимущества вп. Поддержка функционирования вп.
Основные идеи
Обращения логическим адресам памяти динамически транслируются в физические адреса во время исполнения
Процесс может быть выгружен на диск и вновь загружен в основную память таким образом он может находится в разных местах основной памяти
Процесс может быть разбит на несколько блоков (страниц/сегментов), которые не обязательно занимают смежные адреса в основной памяти
Нет необходимости загружать в основную память сразу все блоки.
Выполнение программы
Операционная система помещает в основную память несколько блоков (страниц/сегментов) программы
Множество блоков, загруженных в основную память называется резидентным множеством
При обращении процесса к логическому адресу, отсутствующего в оперативной памяти блока, генерируется прерывание.
Операционная система переводит процесс в состояние блокировки.
Блок процесса, которому принадлежит логический адрес помещается (погружается) в основную память
Операционная система инициирует операцию ввода-вывода с диска
К процессору подключается другой процесс (поток) из очереди готовых.
После завершения операции ввода-вывода генерируется прерывание.
Система переводит блокированные процесс в состояние готовности.
Преимущества технологии виртуальной памяти
Больше процессов может одновременно находится в основной памяти
Загружены только некоторые блоки процессов
При большом количестве процессов в основной памяти высока вероятность существования готовых к выполнению процессов в любой момент времени.
Процесс может быть больше, чем вся основная память.
Поддержка функционирования ВП
Аппаратное обеспечение должно поддерживать сегментную, страничную или сегментно-страничную организацию
Операционная система должна иметь возможность для переноса страниц и /или сегментов между основной и вторичной памятью.
Не с лекции:
Уже достаточно давно пользователи столкнулись с проблемой размещения в памяти программ, размер которых превышал имеющуюся в наличии свободную память. Решением было разбиение программы на части, называемые оверлеями. 0-ой оверлей начинал выполняться первым. Когда он заканчивал свое выполнение, он вызывал другой оверлей. Все оверлеи хранились на диске и перемещались между памятью и диском средствами операционной системы. Однако разбиение программы на части и планирование их загрузки в оперативную память должен был осуществлять программист.
Развитие методов организации вычислительного процесса в этом направлении привело к появлению метода, известного под названием виртуальная память. Виртуальным называется ресурс, который пользователю или пользовательской программе представляется обладающим свойствами, которыми он в действительности не обладает. Так, например, пользователю может быть предоставлена виртуальная оперативная память, размер которой превосходит всю имеющуюся в системе реальную оперативную память. Пользователь пишет программы так, как будто в его распоряжении имеется однородная оперативная память большого объема, но в действительности все данные, используемые программой, хранятся на одном или нескольких разнородных запоминающих устройствах, обычно на дисках, и при необходимости частями отображаются в реальную память.
Таким образом, виртуальная память - это совокупность программно-аппаратных средств, позволяющих пользователям писать программы, размер которых превосходит имеющуюся оперативную память; для этого виртуальная память решает следующие задачи:
- размещает данные в запоминающих устройствах разного типа, например, часть программы в оперативной памяти, а часть на диске;
- перемещает по мере необходимости данные между запоминающими устройствами разного типа, например, подгружает нужную часть программы с диска в оперативную память;
- преобразует виртуальные адреса в физические.
Все эти действия выполняются автоматически, без участия программиста, то есть механизм виртуальной памяти является прозрачным по отношению к пользователю.
Наиболее распространенными реализациями виртуальной памяти является страничное, сегментное и странично-сегментное распределение памяти, а также свопинг.