КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО КУРСУ

«СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ»

Часть 1

Введение

Системное Программное Обеспечение – это базовое системное программное обеспечение (ОС)+СПО сервиса. СПО сервиса – это компиляторы, трансляторы, редакторы, и т.д.

Операционная система – набор программ, необходимых для управления аппаратурой машины и необходимых для функционирования другого программного обеспечения.

Изучение ОС будет строиться по методологии Донована: существуют 4 ресурса и есть 4 функции управления.

Ресурсы:

• ЦП

• оперативная память

• внешние устройства

• информация

Функции:

• отслеживание состояния ресурса

• решение о выделении ресурса

• выделение ресурса

• освобождение ресурса

Рисунок 1. Кольцевая схема вычислительной системы

Рассмотрим фразу: «Пользователь предоставляет свое задание операционной системе».

Пользователь – любой желающий, кто хочет, чтобы вычислительная система выполнила определенную работу; для этого он составляет:

Задание – совокупность действий, необходимых для выполнения требуемой работы; задание разбивается на шаги.

Шаг – единица работы, которая должна быть выполнена друг за другом; для их выполнения ОС создает процессы.

Процесс – единица элементарных действий, которая выполняется на отдельном устройстве.

Виды процессов:

1. процессы вычислений (быстрые устройства - ЦП)

2. процессы I/O (медленные устройства - внешние устройства)

Жизненный цикл выполнения программы

Предоставление – пользователь предоставляет свое задание вычислительной системе в понятном для нее виде (раньше – перфоленты, перфокарты; сейчас – практически сразу хранение).

Хранение – задание преобразовано к внутреннему виду, и оно может потребоваться только через очень длительное время.

Готовность – заданию, поступившему на обработку, выделяются все необходимые ресурсы, кроме ресурса ЦП; ЦП должен быть выделен в последнюю очередь, для того чтобы он не ожидал более медленные устройства; на этом этапе задание разбивается на процессы, т.е. единицы работы, назначаются определенным устройствам; ОС начинает работать с процессами.

Выполнение – процессу выделятся время ЦП; из состояния выполнения возможен переход в:

• состояние завершения, если работа завершена;

• в состояние ожидания, если пришел запрос на I/O;

• в состояние готовности, если истек квант времени процессора

Ожидание – характеризуется тем, что у процесса отнимаются практически все ресурсы – “процесс вычисления заблокирован”; процесс вычисления ожидает завершения некоторого события. Начинается процесс ввода-вывода.

Завершение – закончились все процессы задания, и задание может быть завершено, т.е. у него отнимаются все ресурсы.

Все состояния заданий и процессов фиксируются ОС в специальных структурах (идентификаторы процессов и т.д.)

Множество ресурсов и множество претендентов на них порождает необходимость формирования очередей!!!

Управление оперативной памятью

Функции управления ОП:

1. Отслеживание состояния каждой единицы управления оперативной памятью (ячейка, раздел, блок, сегмент);

2. ОС решает, какой процесс (задача) получает ресурс оперативной памяти, на какое время, и какого объема. (7 основных стратегий!!!);

3. Выделение единиц управления ОП претенденту;

4. Освобождение ресурса ОП.

Стратегии предоставления ОП

П ервая стратегия: Одиночное распределение

Идея: Вся доступная ОП выделяется одному заданию

Фрагментация – наличие выделенного, но не используемого куска ОП.

Аппаратная поддержка – вводится простое аппаратное средство – регистр границ. Он предназначен для отслеживания доступного или иного адреса ОП.

Аппарат защиты включает:

1. Регистр границ

2. Два режима работы: супервизор («adm») и пользователь («user»).

Регистр границ содержит граничный адрес области памяти ОС. Если режим работы – «user», то при каждом обращении к ОП адрес должен сравниваться с содержимым регистра границ.

А>Rg_гр – normal

A<Rg_гр – прерывание по защите ОП

Если режим работы “adm” –> выполняются программы самой ОС –> должен быть обеспечен доступ к любой области ОП.

+ простота

• неэффективность использования ресурса ОП (фрагментация) и ЦП (большое время простоя из-за вынужденного ожидания завершения процессов ввода-вывода);

• Объем задания ограничен объемом физической памяти. Vзад <=Vдост.оп

• Задание в ОП помещается целиком –> возможен только однопрограммный режим работы

Варианты реализации – ранние версии MS DOS

Понятие о мультизадачности

Неэффективная работа в однопрограммном режиме объясняется тем, что невозможно согласовать постоянный набор ресурсов с разнообразными требованиями программы к этим ресурсам. Поэтому удачным является одновременная работа над несколькими заданиями с разделением выполнения их работ на разных ресурсах.

Мультипрограммирование – режим работы вычислительной машины, при котором пользователю кажется, что несколько заданий работают одновременно, если процессор одноядерный.

Источники:

1. наличие медленных и быстрых процессов;

2. возможность разделения некоторых видов ресурсов;

3. наличие системы прерываний.

К разделяемым ресурсам относятся ресурсы ЦП, памяти и некоторых ВУ.