
- •Введение
- •Введение в компьютерные и операционные системы
- •Структура компьютерной системы
- •Программное обеспечение компьютерной системы
- •1.2.1 Операционная система
- •1.2.1.1 Управляющая программа
- •1.2.1.2 Системные обрабатывающие программы
- •1.2.2 Пакеты прикладных программ
- •1.2.3 Программы технического обслуживания
- •Аппаратное обеспечение компьютерной системы
- •1.3.1 Процессор
- •1.3.2 Внутренняя память
- •1.3.3 Устройства ввода и вывода, внешняя память
- •Основные функции и архитектурные особенности ос
- •1.4.1 Основные функции ос:
- •3) Управление памятью.
- •1.4.2 Монолитное ядро
- •1.4.3 Слоеные системы (Layered systems)
- •1.4.4 Виртуальные машины
- •1.4.5 Микроядерная архитектура
- •1.4.6 Смешанные системы
- •Классификация ос
- •Контрольные вопросы
- •Архитектура компьютерных систем
- •Классификация архитектур по параллельной обработке данных
- •Гибридная архитектура numa
- •Кластерная архитектура
- •Проблемы выполнения сети связи процессоров в кластерной системе
- •Контрольные вопросы
- •Способы организации высокопроизводительных процессоров. Ассоциативные конвейерные и матричные процессоры
- •1) Ассоциативные процессоры
- •2) Конвейерные процессоры
- •3) Матричные процессоры
- •Ассоциативные процессоры
- •Конвейерные процессоры
- •Матричные процессоры
- •Контрольные вопросы
- •Способы организации высокопроизводительных процессоров. Новые архитектуры процессоров
- •Клеточные и днк-процессоры.
- •Коммуникационные процессоры
- •Процессоры баз данных
- •Потоковые процессоры
- •Нейронные процессоры
- •Процессоры с многозначной (нечеткой) логикой
- •Контрольные вопросы
- •Управление процессами. Состояние процессов и операции над процессами
- •Введение в процессы
- •Состояния процесса
- •Операции над процессами и связанные с ними понятия
- •5.3.1 Набор операций
- •5.3.2 Pcb и контекст процесса
- •5.3.3 Одноразовые операции
- •5.3.4 Многоразовые операции
- •5.3.5 Прерывание и типы прерываний
- •5.3.6 Переключение контекста
- •5.3.7 Ядро операционной системы
- •Контрольные вопросы
- •Управление процессами. Кооперация процессов и основные аспекты ее логической организации
- •Введение в кооперацию процессов
- •Взаимодействующие процессы
- •Категории средств обмена информацией
- •Логическая организация механизма передачи информации
- •6.4.1 Установление связи между процессами
- •6.4.2 Однонаправленные и двунаправленные связи между процессами
- •6.4.3 Особенности передачи информации с помощью линий связи
- •1) Буферизация
- •2) Поток ввода/вывода и сообщения
- •6.4.4. Надежность средств связи
- •6.4.5 Завершение связи
- •Потоки исполнения
- •Контрольные вопросы
- •Управление процессами. Алгоритмы синхронизации
- •Чередования, условия состязания и взаимоисключения
- •Критическая секция
- •Алгоритмы взаимоисключений
- •7.3.1 Требования, предъявляемые к алгоритмам
- •7.3.2 Запрет прерываний
- •7.3.3 Переменная-замок
- •7.3.4 Строгое чередование
- •7.3.5 Флаги готовности
- •7.3.6 Алгоритм Петерсона
- •7.3.7 Алгоритм булочной (Bakery algorithm)
- •Аппаратная поддержка взаимоисключений
- •7.4.1 Команда Test-and-Set (Проверить и присвоить 1)
- •7.4.2 Команда Swap (Обменять значения)
- •Недостатки алгоритмов взаимоисключений
- •Семафоры
- •7.6.1 Концепция семафоров
- •7.6.2 Решение проблемы производитель-потребитель с помощью семафоров
- •Мониторы
- •Сообщения
- •Эквивалентность семафоров, мониторов и сообщений
- •Контрольные вопросы
- •Управление процессами. Тупики
- •Введение в тупики
- •Концепция ресурса
- •Условия возникновения тупиков
- •Основные направления борьбы с тупиками
- •2) Обнаружение тупиков
- •3) Восстановление после тупиков
- •Алгоритм страуса
- •Обнаружение тупиков
- •Восстановление после тупиков
- •8.7.1 Восстановление при помощи перераспределения ресурсов
- •8.7.2 Восстановление через откат назад
- •8.7.3 Восстановление через ликвидацию одного из процессов
- •Способы предотвращения тупиков путем тщательного распределения ресурсов
- •8.8.1 Предотвращение тупиков и алгоритм банкира
- •8.8.2 Недостатки алгоритма банкира
- •Предотвращение тупиков за счет нарушения условий возникновения тупиков
- •8.9.1 Нарушение условия взаимоисключения
- •8.9.2 Нарушение условия ожидания дополнительных ресурсов
- •8.9.3 Нарушение принципа неперераспределяемости
- •8.9.4 Нарушение условия кругового ожидания
- •Проблемы аналогичные тупикам
- •8.10.1 Двухфазная локализация
- •8.10.2 Тупики не ресурсного типа
- •8.10.3 Голод
- •Контрольные вопросы
- •Управление памятью. Простейшие схемы управления памятью
- •1) Введение в управление памятью
- •2) Связывание адресов
- •Введение в управление памятью
- •Связывание адресов
- •Простейшие схемы управления памятью
- •9.3.1 Схема с фиксированными разделами
- •1) Один процесс в памяти
- •2) Оверлейная структура
- •9.3.2 Схема со свопингом
- •9.3.3 Схема с переменными разделами
- •Контрольные вопросы
- •Управление памятью. Архитектурные средства поддержки виртуальной памяти
- •1) Проблема размещения больших программ. Понятие виртуальной памяти
- •Проблема размещения больших программ. Понятие виртуальной памяти
- •Архитектурные средства поддержки виртуальной памяти
- •Способы организации виртуальной памяти
- •1) Страничная память
- •2) Сегментная организация памяти
- •3) Сегментно-страничная организации памяти
- •Ассоциативная память
- •Иерархия памяти
- •Размер страницы
- •Контрольные вопросы
- •Управление памятью. Аппаратно-независимый уровень управления виртуальной памятью
- •Введение в аппаратно-независимый уровень управления виртуальной памятью
- •Исключительные ситуации при работе с памятью
- •Стратегии управления страничной памятью
- •Алгоритмы замещения страниц
- •11.4.1 Алгоритм fifo (выталкивание первой пришедшей страницы)
- •11.4.2 Оптимальный алгоритм
- •11.4.3 Алгоритм lru (выталкивание дольше всего не использовавшейся страницы)
- •11.4.4 Алгоритм nfu (выталкивание редко используемой страницы)
- •11.4.5 Другие алгоритмы
- •Thrashing. Свойство локальности. Модель рабочего множества
- •Демоны пейджинга
- •Аппаратно-независимая модель памяти процесса
- •Отдельные аспекты функционирования менеджера памяти
- •Контрольные вопросы
- •Система управления вводом-выводом. Физические принципы организации ввода-вывода
- •Введение в систему управления вводом-выводом
- •Введение в физические принципы организации ввода-вывода
- •Общие сведения об архитектуре компьютера
- •Структура контроллера устройства
- •Опрос устройств
- •Прерывания
- •Прямой доступ к памяти
- •Контрольные вопросы
- •Система управления вводом-выводом. Логические принципы организации ввода-вывода
- •1) Введение в логические принципы организации ввода-вывода
- •2) Структура системы ввода-вывода
- •3) Систематизация внешних устройств и интерфейс между базовой подсистемой ввода-вывода и драйверами
- •Введение в логические принципы организации ввода-вывода
- •Структура системы ввода-вывода
- •Систематизация внешних устройств и интерфейс между базовой подсистемой ввода-вывода и драйверами
- •Функции базовой подсистемы ввода-вывода
- •Блокирующиеся, не блокирующиеся и асинхронные системные вызовы
- •Буферизация и кэширование
- •Spooling и захват устройств
- •Обработка прерываний и ошибок
- •Планирование запросов
- •Алгоритмы планирования запросов к жесткому диску
- •13.10.1 Строение жесткого диска и параметры планирования
- •Алгоритм fcfs
- •Алгоритм sstf
- •Алгоритмы сканирования (scan, c-scan, look, c-look)
- •Контрольные вопросы
- •Интерфейсы компьютерных систем
- •Классификация интерфейсов
- •Интерфейс rs-232 для порта сом
- •Интерфейс ieee 1284 для порта lpt
- •Интерфейс ps/2
- •Интерфейс usb
- •Интерфейс Firewire
- •Контрольные вопросы
- •Многопроцессорные компьютерные системы
- •1) Достоинства многопроцессорных систем
- •Достоинства многопроцессорных систем
- •Организация многопроцессорной аппаратуры
- •15.2.1 Общая шина
- •15.2.2 Матрица координатной коммутации
- •15.2.3 Организация с многопортовой памятью
- •Организация многопроцессорных операционных систем
- •15.3.1 Организация «главный-подчиненный»
- •15.3.2 Организация с раздельными мониторами
- •15.3.3 Симметричная организация
- •Контрольные вопросы
- •Требования к компьютерным системам
- •Основные требования к компьютерным системам
- •Отношение "стоимость/производительность"
- •Надежность и отказоустойчивость компьютерных систем
- •Показатели надежности компьютерных систем
- •Масштабируемость
- •Совместимость и мобильность программного обеспечения
- •Контрольные вопросы
- •Программы диагностики компьютерных систем
- •1) Программа диагностики post
- •2) Программа диагностики WatchDog
- •Программа диагностики post
- •Программа диагностики WatchDog
- •Контрольные вопросы
- •Список использованных источников
Совместимость и мобильность программного обеспечения
Концепция программной совместимости впервые в широких масштабах была применена разработчиками системы IBM/360. Основная задача при проектировании всего ряда моделей этой системы заключалась в создании такой архитектуры, которая была бы одинаковой с точки зрения пользователя для всех моделей системы, независимо от цены и производительности каждой из них. Большие преимущества такого подхода, позволяющего сохранять существующий задел программного обеспечения при переходе на новые (как правило, более производительные) модели, были быстро оценены как производителями компьютеров, так и пользователям, и начиная с этого времени практически все фирмы-поставщики компьютерного оборудования взяли на вооружение эти принципы, поставляя серии совместимых компьютеров. Следует заметить, однако, что со временем даже самая передовая архитектура неизбежно устаревает и возникает потребность внесения радикальных изменений и в архитектуру, и в способы организации КС.
В настоящее время одним из наиболее важных факторов, определяющих современные тенденции в развитии информационных технологий, является ориентация компаний-поставщиков компьютерного оборудования на рынок прикладных программных средств. Это объясняется, прежде всего, тем, что для конечного пользователя, в конце концов, важно программное обеспечение, позволяющее решить его задачи, а не выбор той или иной аппаратной платформы. Переход от однородных сетей программно совместимых компьютеров к построению неоднородных сетей, включающих компьютеры разных производителей, в корне изменил и точку зрения на саму сеть: из сравнительно простого средства обмена информацией она превратилась в средство интеграции отдельных ресурсов - мощную распределенную КС, каждый элемент которой (сервер или рабочая станция) лучше всего соответствует требованиям конкретной прикладной задачи.
Этот переход выдвинул следующие требования:
1) Вычислительная среда должна позволять гибко менять количество и состав аппаратных средств и программного обеспечения в соответствии с меняющимися требованиями решаемых задач.
2) Вычислительная среда должна обеспечивать возможность запуска одних и тех же программных систем на различных аппаратных платформах, т.е. обеспечивать мобильность программного обеспечения.
3) Вычислительная среда должна гарантировать возможность применения одних и тех же человеко-машинных интерфейсов на всех компьютерах, входящих в неоднородную сеть.
В условиях жесткой конкуренции производителей аппаратных платформ и программного обеспечения сформировалась концепция открытых систем, представляющая собой совокупность стандартов на различные компоненты вычислительной среды, предназначенных для обеспечения мобильности программных средств в рамках неоднородной, распределенной КС.
Одним из вариантов моделей открытой среды является модель OSE (Open System Environment), предложенная комитетом IEEE POSIX. На основе этой модели национальный институт стандартов и технологии США выпустил документ "Application Portability Profile (APP). The U.S. Government's Open System Environment Profile OSE/1 Version 2.0", который определяет рекомендуемые для федеральных учреждений США спецификации в области информационных технологий, обеспечивающие мобильность системного и прикладного программного обеспечения. Все ведущие производители компьютеров и программного обеспечения в США в настоящее время придерживаются требований этого документа.