1.4. Категории ос

Две категории ОС :

• ориентированная на сообщение модель - характеризуется имеющимися в ее распоряжении процессами. Процессы могут получать и посылать сообщения, ожидать их получения, опрашивать состояния этих сообщений. Ожидающий сообщение процесс становится активным после получения сообщения от соответствующего процесса. Обычно процесс помещается в очередь готовых к выполнению процессов и ждет своего часа, однако если его приоритет выше других процессов, он начинает выполняться. Прерывания рассматриваются как сообщения от устройств, посылаемые программам обслуживания - драйверам. В такой системе число процессов и их связи заранее известны и остается относительно статичным. Этот стиль применяется для задач сбора, обработки и накопления информации, в процессах управления, в командах, управляющих и коммуникационных системах, в которых процессы связаны с ресурсами системы.

Особенности модели:

1. Синхронизация среди процессов и очереди за ресурсами реализуются в виде очередей процессов, ожидающих сообщения от процессов, взаимодействующих с этими ресурсами.

2. Периферийные устройства рассматриваются как процессы, в которых операция, выполняемая на устройстве, является результатом сообщения, посланного устройству.

3. Приоритеты обычно статично установлены во время проектирования системы.

4. В каждый момент времени процесс может работать только с одним сообщением.

5. Процессы относительно независимы по функциям.

• ориентированная на процедуры модель - характеризуется быстрой сменой контекста, осуществляемой за счет эффективных системных вызовов. Взаимодействие процессов достигается при помощи блокировок, семафоров и событий. При этом процесс стремится захватить ресурс и, вероятно, будет вынужден ждать очереди до тех пор, пока какой-нибудь другой процесс не освободит этот ресурс. Право на процессор дается тогда, когда освобождается ресурс, захваченный процессом с более высоким приоритетом. Создание и удаление процессов в такой системе выполняется просто, коммуникационные каналы устанавливаются и уничтожаются по мере необходимости.

Особенности модели :

1. Синхронизация процессов и очереди за дефицитными ресурсами реализуются в виде очередей процессов, ожидающих срабатывания связанных с этими ресурсами семафоров.

2. Данные разделяются непосредственно среди процессов.

3. Процессы владеют ресурсами относительно короткие промежутки времени.

4. Периферийные устройства рассматриваются как ресурсы, захватываемые процессом на время выполнения операции ввода-вывода.

5. Процессы имеют динамические приоритеты, связанные либо с функциями, либо с ресурсами.

6. Для системных ресурсов требуется глобальная, описывающая их схема, необходимая для того, чтобы все процессы имели простой доступ к ресурсам.

1.5. Типы операционных систем

Традиционно различают три типа "чистых" ОС, каждая из которых может быть охарактеризована определенным типом взаимодействия между пользователем и его заданием и ограничениями на время ответа системы.

1. ОС пакетной обработки - система, в которой задания пользователей предоставляются на обработку в виде последовательных пакетов на входных устройствах и в которой не существует взаимодействия между пользователем и его заданием во время обработки. Пользователь полностью изолирован от своего задания и поэтому считает, что время ответа системы есть время полного выполнения задания. Это время может быть измерено минутами или часами, и поэтому может расцениваться как удовлетворительное. Поэтому в ОС может быть использована относительно гибкая дисциплина планирования.

2. ОС разделения времени - это система, которая обеспечивает одновременное обслуживание многих пользователей, работающих "в линию" с ЭВМ ("on-line-users"), позволяя каждому пользователю взаимодействовать со своим набором программ и данных. Эффект одновременного доступа достигается разделением времени процессора и других ресурсов между несколькими пользователями таким образом, который гарантирует ответ на каждую команду пользователя в течение нескольких секунд. ОС предоставляет каждому процессу пользователя ресурсы в течение небольшого "кванта времени" обычно в миллисекундном диапазоне; если процесс не завершился к концу своего "кванта", он прерывается и помещается в очередь ожидания, уступая другому процессу свою очередь.

3. ОС реального времени - это система, которая обслуживает внешние процессы, развивающие на устройствах, работающих в линию с ЭВМ, имеющие жесткие ограничения на время ответа. Действиями системы управляют прерывания от внешних процессов; если они не будут быстро обработаны (в зависимости от процесса в течение микро-, миллисекунд или секунд), то ход внешнего процесса может исказиться. Эти системы часто проектируются для частного применения, например, для управления технологическим процессом.

Конкретная ОС может обеспечить выполнение как определенного вида задания (пакетной обработки, разделения времени или реального времени), так и всех заданий одновременно. Например, системы разделения времени и системы реального времени обычно выполняют пакетные задания в фоновом режиме, когда нет работы "в линию".

Самым общим методом функционирования ОС является мультипрограммирование. ОС с мультипрограммированием, или мультипрограммная ОС, - это система, которая обеспечивает одновременное нахождение в основной памяти нескольких программ пользователей, разделяя процессорное время, пространство памяти и другие ресурсы между активными пользовательскими заданиями. Это разделение ресурсов распространяется на операционную систему: в крупных ОС программы, составляющие систему, сами подвержены мультипрограммированию.

ОС может обеспечить одновременную обработку нескольких заданий другим способом - посредством свопинга. ОС, использующая свопинг, в любое время обеспечивает одновременное нахождение нескольких заданий во вспомогательной памяти и только одного задания - в основной памяти; система переключается на другое задание посредством перемещения текущего задания из основной памяти во вспомогательную и загрузки выбранного задания из вспомогательной памяти в основную. Если предыдущее задание не выполнено до конца, оно будет позднее возвращено в основную память.

Определение мультиобработки относится к аппаратной части ЭВМ, которая тем не менее накладывает особые условия на ОС. Вычислительная система с мультиобработкой - это комплекс аппаратуры ЭВМ с несколькими независимыми обрабатывающими устройствами. Она включает в себя центральные процессоры, процессоры ввода-вывода, каналы данных и процессоры специального назначения. Наиболее часто этот термин относится к совокупности центральных обрабатывающих устройств.