Добавил:
Medi
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:ОС / Operatsionnye_sistemy.ppt
X
- •Развитие концепций и возможностей ОС
- •Общая картина функционирования компьютерной системы
- •Распределение памяти в простой системе пакетной обработки
- •Системы пакетной обработки с поддержкой мультипрограммирования
- •SMP-архитектура
- •Общая структура клиент-серверной системы
- •Архитектура компьютерных систем 2/2
- •Временной график прерываний процесса, выполняющего вывод
- •Два метода ввода-вывода: синхронный и асинхронный
- •Таблица состояния устройств
- •Устройство диска
- •Иерархия устройств памяти
- •Использование системного вызова для выполнения ввода-вывода
- •Использование базового регистра и регистра границы
- •Аппаратная защита адресов памяти
- •Передача параметров в таблице
- •Исполнение программ в MS-DOS
- •Исполнение нескольких программ в UNIX
- •Коммуникационные модели
- •Уровни (абстракции) модулей MS-
- •Структура системы UNIX
- •Уровни абстракции ОС
- •Структура уровней абстракции OS/2
- •Клиент-серверная структура Windows NT
- •Модели ОС без использования виртуальных машин и на основе виртуальных машин
- •Виртуальная машина Java
- •Диаграмма состояний процесса
- •Блок управления процессом (PCB)
- •Переключение процессора с одного процесса на другой
- •Очередь готовых процессов и очереди для различных устройств ввода-вывода
- •Графическое представление диспетчеризации процессов
- •Добавление диспетчера выгруженных процессов
- •Дерево процессов в системе UNIX
- •Ограниченный буфер – реализация с помощью общей памяти
- •Ограниченный буфер: процесс- производитель
- •Ограниченный буфер: процесс- потребитель
- •Взаимодействие с помощью сокетов
- •Исполнение RPC
- •Удаленный вызов метода (RMI)
- •Выстраивание параметров (marshaling)
- •Однопоточные и многопоточные процессы
- •Схема модели “много / один”
- •Схема модели “один / один”
- •Схема модели “много/много”
- •Потоки в Solaris
- •Процесс в Solaris
- •Состояния потоков в Java
- •Последовательность активных фаз (bursts) процессора и ввода-вывода
- •Гистограмма периодов активности процессора
- •Стратегия диспетчеризации First-Come-First-Served (FCFS)
- •Стратегия FCFS (продолжение)
- •Пример: SJF с опережением
- •Определение длины следующего периода активности
- •Предсказание длины следующего периода активности
- •Примеры экспоненциального усреднения
- •Квант времени ЦП и время переключения контекста
- •Изменение времени оборота, в зависимости от кванта времени
- •Диспетчеризация по принципу многоуровневой очереди
- •Многоуровневые аналитические
- •Латентность диспетчера
- •Оценка планировщиков ЦП посредством моделирования
- •Планирование в Solaris
- •Приоритеты в Windows NT 5 и выше
- •Ограниченный буфер
- •Ограниченный буфер
- •Ограниченный буфер
- •Ограниченный буфер
- •Ограниченный буфер
- •Синхронизация процессов по критическим секциям
- •Первоначальные попытки решения проблемы
- •Алгоритм 1
- •Алгоритм 2
- •Алгоритм 3 (Петерсона, 1981)
- •Алгоритм булочной (bakery algorithm)
- •Алгоритм булочной
- •Аппаратная поддержка синхронизации
- •Взаимное исключение с помощью TestAndSet
- •Аппаратное решение для синхронизации
- •Взаимное исключение с помощью
- •Общие семафоры – counting semaphores (по Э. Дейкстре)
- •Критическая секция для N
- •Реализация семафора
- •Реализация
- •Семафоры как общее средство синхронизации
- •Реализация общего семафора S с помощью двоичных семафоров
- •Реализация операций над семафором S
- •Задача “ограниченный буфер”
- •Процесс-производитель ограниченного буфера
- •Процесс-потребитель ограниченного буфера
- •Задача “читатели-писатели”
- •Процесс-писатель
- •Процесс-читатель
- •Задача “обедающие
- •Задача “обедающие философы”
- •Пример: ограниченный буфер
- •Процесс-производитель
- •Процесс-потребитель
- •Реализация оператора region x when B do S
- •Мониторы (C. A. R. Hoare)
- •Схематическое представление монитора
- •Монитор с условными переменными
- •Синхронизации
- •Пример: обедающие философы
- •Обедающие философы: реализация операций pickup и putdown
- •Обедающие философы: реализация операции test
- •Реализация мониторов с помощью семафоров
- •Реализация мониторов
- •Реализация мониторов
- •Тупики
- •Граф распределения ресурсов
- •Граф распределения ресурсов (продолжение)
- •Пример графа распределения ресурсов
- •Граф распределения ресурсов с
- •Граф распределения ресурсов с циклом, но без тупика
- ••Если граф распределения ресурсов не содержит
- •Предотвращение тупиков
- •Избежание тупиков
- •Безопасное состояние системы
- •Граф распределения ресурсов для стратегии избежания тупиков
- •Небезопасное состояние на графе распределения ресурсов
- •Алгоритм банкира
- •Алгоритм безопасности
- •Алгоритм запроса ресурсов для процесса Pi
- •Пример (продолжение)
- •Пример (продолжение). Запрос процесса P1: (1,0,2)
- •Случай, когда каждый тип ресурса имеет единственный экземпляр
- •Граф распределения ресурсов и граф wait-for
- •Случай, когда ресурсы существуют в нескольких экземплярах для каждого
- •Алгоритм обнаружения тупиков
- •Алгоритм обнаружения: пример
- •Алгоритм обнаружения: продолжение
- •Восстановление после тупика
- •Управление памятью
- •Многоэтапная обработка пользовательской программы
- •• Исходный код программы (в форме текстового файла) на языке высокого уровня или
- •Логическое и физическое адресное
- •Динамическое перемещение с
- •Динамическая загрузка и динамическая
- •Оверлейная структура для
- •Схема откачки и подкачкиОткачка подкачка
- •Аппаратная поддержка регистров перемещения и границы
- •Фрагментация
- •Архитектура трансляции
- •Пример страничной организации в отличие от
- •Список свободных фреймов
- •Аппаратная поддержка страничной
- •Эффективное время поиска (effective access time – EAT)
- •Бит valid/invalid в таблице страниц
- •Схема двухуровневых таблиц страниц
- •Схема адресной трансляции
- •Хешированная таблица страниц
- •Архитектура инвертированной таблицы страниц
- •Пример: разделяемые страницы
- •Программа с точки зрения пользователя
- •Архитектура сегментной организации памяти
- •Аппаратная поддержка сегментного распределения памяти
- •Пример сегментной организации памяти
- •Совместное использование сегментов
- •Схема трансляции адресов в MULTICS
- •Трансляция адресов в Intel 386
- •Виртуальная память больше, чем физическая память
- •Преобразование страничной памяти
- •Пример таблицы страниц, в которой не все страницы присутствуют в памяти
- •Этапы обработки ситуации отсутствия страницы в памяти
- •Файлы, отображаемые в память
- •Пример: замещение страниц
- •Замещение страниц
- •График зависимости числа отказов страниц от числа фреймов
- •Алгоритм FIFO (First-in-First-Out)
- •Пример замещения страниц по алгоритму FIFO
- •Аномалия Belady при использовании алгоритма FIFO замещения страниц
- •Алгоритм Least Recently Used (LRU)
- •Замещение страниц по алгоритму LRU
- •Использование стека для хранения информации о самых недавних обращениях к страницам
- •Алгоритмы, близкие к LRU
- •Алгоритм второго шанса
- •Фиксированное выделение
- •Thrashing
- •Модель рабочего множества
- •Модель рабочего множества
- •Атрибуты файлов
- •Операции над файлом
- •Типы файлов –
- •Методы доступа к файлам
- •Файл последовательного доступа
- •Моделирование последовательного доступа для файла с прямым доступом
- •Пример индексного файла и файла, представляющего отношение (relative file)
- •Типичная организация файловой системы
- •Одноуровневая организация для всех пользователей – проблемы с
- •Двухуровневая организация
- •Древовидная структура директорий
- •Структура директорий в виде ациклического графа (с разделяемыми директориями и файлами)
- •Структура директорий в виде произвольного графа
- •Дерево смонтированных систем (а) и еще не смонтированная файловая система (b)
- •Точка монтирования
- •Защита (protection)
- •Списки доступа и группы (UNIX)
- •Типичная структура блока управления файлом
- •Схема организации виртуальной файловой системы
- •Смежное размещение файла на диске
- •Ссылочное размещение файла
- •File Allocation Table (FAT)
- •Пример индексируемого размещения
- •Управление свободной памятью
- •Управление свободной памятью (прод.)
- •Связанный список свободной дисковой памяти
- •Различные методы размещения кэша для диска
- •Ввод-вывод без унифицированной буферной кэш-памяти
- •Ввод-вывод с использованием унифицированной буферной кэш- памяти
- •Три независимых файловых системы
- •Типовая структура шины ПК
- •Расположение портов для устройств на ПК (частично)
- •Опрос устройств (polling)
- •Цикл ввода-вывода, управляемого прерываниями
- •Вектор прерываний (событий) в процессоре Intel Pentium
- •Процесс выполнения DMA
- •Структура модулей ввода-вывода в ядре
- •Характеристики устройств ввода-вывода
- •Структура модулей ввода-вывода в ядре UNIX
- •Жизненный цикл запроса на ввод-вывод
- •Взаимодействие между компьютерами
- •Структура STREAMS
Схема организации виртуальной файловой системы
202
Смежное размещение файла на диске
203
Ссылочное размещение файла
204
File Allocation Table (FAT)
205
Пример индексируемого размещения
206
Управление свободной памятью
• Битовый вектор (n блоков)
0 1 2 n1
…
bit[i] = |
0 block[i] свободен |
|
1 block[i] занят |
||
|
Вычисление номера блока
(число битов в слове) * (число нулевых слов) + смещение первой 1
207
Управление свободной памятью (прод.)
•Битовые шкалы требуют дополнительной памяти. Пример:
размер блока = 212 байтов размер диска = 230 байтов (1 GB)
n= 230/212 = 218 битов (или 32 KB)
•Легко получать смежно расположенные файлы
•Связанный список (свободной памяти):
–Невозможно легко получить смежную область памяти
–Нет лишнего расходования памяти
208
Связанный список свободной дисковой памяти
209
Различные методы размещения кэша для диска
210
Ввод-вывод без унифицированной буферной кэш-памяти
211