
- •1. Лекция: Понятие операционной системы (ос), цели ее работы. Классификация компьютерных систем
- •Введение
- •Комментарии к списку литературы
- •Краткое содержание курса
- •Почему важно знать операционные системы – мнение эксперта из Microsoft
- •Расцвет ос в 2000-х гг.
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •2. Лекция: История ос. Отечественные ос. Диалекты unix. Режимы пакетной обработки, мультипрограммирования, разделения времени
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •3. Лекция: Особенности ос для различных классов компьютерных систем. Ос реального времени. Ос для облачных вычислений
- •Введение
- •Особенности ос для персональных компьютеров
- •Параллельные компьютерные системы и особенности их ос.
- •Симметричные и асимметричные мультипроцессорные системы
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •4. Лекция: Архитектура компьютерной системы
- •Содержание
- •Введение
- •Архитектура компьютерной системы
- •Аппаратная защита адресов памяти в системах с теговой архитектурой
- •Организация аппаратной защиты памяти и процессора
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •5. Лекция: Архитектура ос. Управление процессами: Основные понятия. Семафоры и мониторы
- •6. Лекция: Обзор функций ос: управление памятью, файлами, процессами, сетями, командными интерпретаторами, сервисы ос, системные вызовы. Уровни абстракции ос. Архитектура unix и ms-dos
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •7. Лекция: Уровни абстракции ос. Ос с архитектурой микроядра. Виртуальные машины. Цели проектирования и разработки ос. Генерация ос
- •Механизмы и политики
- •Реализация операционных систем
- •Генерация операционной системы
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •8. Лекция: Управление процессами. Планирование и диспетчеризация процессов
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •9. Лекция: Методы взаимодействия процессов
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •10. Лекция: Потоки (threads) и многопоточное выполнение программ (multi-threading)
- •Потоки в Windows 2000
- •Потоки в Linux
- •Потоки в Java
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •11. Лекция: Стратегии и критерии диспетчеризации процессов
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •12. Лекция: Методы синхронизации процессов
- •Алгоритм решения проблемы критической секции
- •Алгоритм булочной (bakery algorithm)
- •Синхронизация на основе аппаратной поддержки атомарных операций
- •Синхронизация на основе общих семафоров
- •Реализация семафоров
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •13. Лекция: Тупики (deadlocks), методы предотвращения и обнаружения тупиков
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •14. Лекция: Алгоритм банкира
- •Методы обнаружения тупиков
- •Граф wait-for
- •Обнаружение тупиков для случая ресурсов с множественными экземплярами
- •Алгоритм обнаружения тупиков
- •Пример применения алгоритма обнаружения тупиков
- •Использование алгоритма обнаружения тупиков
- •Восстановление после тупика
- •Комбинированный подход к обработке тупиков
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •15. Лекция: Управление памятью
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •16. Лекция: Страничная организация памяти
- •Хешированные таблицы страниц
- •Инвертированные таблицы страниц
- •Разделяемые страницы
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •17. Лекция: Сегментная организация памяти
- •Пример сегментной организации памяти
- •Пример использования разделяемых сегментов
- •Сегментно-страничная организация памяти в системах multics и "Эльбрус"
- •Сегментно-страничная организация памяти в системе Intel 386
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •18. Лекция: Виртуальная память
- •Страничная организация в Solaris
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •19. Лекция: Системы файлов
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •20. Лекция: Виртуальные файловые системы (vfs). Реализации файловых систем. Сетевая файловая система nfs
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •21. Лекция: Системы ввода-вывода
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •22. Лекция: Сети и сетевые структуры
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •23. Лекция: Классические и современные сетевые коммуникационные протоколы
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •24. Лекция: Безопасность операционных систем и сетей. Trustworthy Computing
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •25. Лекция: Обзор архитектуры и возможностей системы Linux: архитектура, ядро, распространение и лицензирование, принципы проектирования, управление процессами
- •Планирование задач ядра и синхронизация в ядре
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •26. Лекция: Обзор архитектуры и возможностей системы Linux: управление памятью, ресурсами, файловые системы, драйверы устройств, сети, безопасность
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •27. Лекция: Обзор архитектуры и возможностей систем Windows 2000/xp/2003/Vista/2008/7
- •Подсистемы окружения в Windows 2000
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •28. Лекция: Системные механизмы Windows
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •29. Лекция: Академическая программа Microsoft Shared Source Initiative. Открытое ядро Windows для изучения и исследований (Windows Research Kernel)
- •Пакет учебных ресурсов crk
- •Исследовательское ядро Windows Research Kernel
- •Проект ProjectOz
- •Контактная информация и ссылки
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •30. Лекция: ос для мобильных устройств. Windows Mobile
- •Перспективы ос для мобильных устройств
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •31. Лекция: ос для облачных вычислений (cloud computing). Windows Azure
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •32. Лекция: Перспективы операционных систем и сетей
- •Ключевые термины
- •Краткие итоги
- •Набор для практики Вопросы
- •Упражнения
- •Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
- •Заключение
Планирование задач ядра и синхронизация в ядре
Напомним, счто планирование – это распределение операционной системой процессорного времени между различными задачами. В то время как в большинстве ОС под планированием понимается запуск и приостановка процессов, в Linux планирование также включает выполнение различных задач ядра. Выполнение задач ядра включает как задания, запрошенные данным процессом, так и задания, исполняемые в процессе работы драйверов.
Запрос на исполнение в режиме ядра может возникнуть в двух случаях:
Исполняемая программа может запросить сервис ОС, как явно с помощью системного вызова, так и неявно, например, при отказе страницы
Драйвер устройства может сгенерировать аппаратное прерывание, в результате которого процессор начнет исполнять в режиме ядра обработчик данного прерывания.
Синхронизация в ядре требует, чтобы критические секции ядра исполнялись без их прерывания другими критическими секциями.
Linux использует два метода для защиты критических секций:
Обычный код ядра - не прерываемый. Если получено прерывание по времени, в момент, когда процесс исполняет подпрограмму системного сервиса ядра, флаг need_resched служит для указания того, чтобы запустился планировщик, когда завершится системный вызов и управление должно быть передано непривилегированному коду.
Второй метод применяется к критическим секциям ядра, которые исполняются в сервисах обработки прерываний. Используя аппаратуру процессора, управляющую прерываниями, для отключения прерываний во время исполнения критической секции, ядро гарантирует, что оно может исполняться без риска одновременного обращения к общим структурам данных.
Во избежание потери производительности, ядро Linux использует архитектуру синхронизации, которая позволяет большим критическим секциям исполняться без необходимости отключения прерываний на все время исполнения критической секции.
Службы обработки прерываний делятся на верхнюю половину (top half) и нижнюю половину (bottom half):
Верхняя половина – это обычная процедура обработки прерываний, исполняемая с отключением рекурсивных прерываний
Нижняя половина исполняется при включенном режиме прерываний, с использованием мини-планировщика, который обеспечивает, чтобы нижние половины не прерывали друг друга.
Эта архитектура дополняется механизмом для выбора нижних половин при исполнении обычного кода ядра.
На рис. 25.4 изображены уровни защиты прерываний.
Рис. 25.4. Уровни защиты прерываний.
Код каждого уровня может быть прерван кодом более высокого уровня, но никогда не будет прерван кодом того же или более низкого уровня.
Пользовательский процесс может быть всегда прерван другим процессом, если происходит прерывание для планирования в режиме разделения времени.
Linux использует два алгоритма планирования процессов:
Алгоритм разделения времени для равноправного планирования с прерываниями между различными процессами
Алгоритм реального времени для случая, когда абсолютные приоритеты более важны, чем равноправность.
Класс планирования процесса определяет, какой именно алгоритм применить.
Для процессов с разделением времени Linux использует алгоритм на основе доверия (credits) с приоритетами (priority). Правило credits := credits / 2 + priority учитывает как историю процесса, так и его приоритет. По такой системе автоматически определяются приоритеты интерактивных процессов или исполняющих ввод-вывод.
Linux реализует классы планирования: FIFO и round-robin; в обоих случаях каждый процесс имеет приоритет, а не только определенный класс планирования.
Планировщик запускает процесс с наивысшим приоритетом; для процессов с одним и тем же приоритетом, он исполняет процесс, который дольше всего ждал.
FIFO – процессы исполняются до их завершения или блокировки.
round-robin – процесс будет прерван через некоторое время и помещен в конец очереди планирования, так что RR-процессы одинакового приоритета автоматически разделяют время между собой.
Версия Linux 2.0 была первым ядром Linux, поддерживающим SMP-оборудование; различные процессы или потоки могут исполняться параллельно на нескольких процессорах.
Для соблюдения требований ядра об исполнении без прерываний, SMP накладывает следующее ограничение: не более чем один процесс в каждый момент может исполнять код в режиме ядра.