- •Список вопросов к экзамену по дисциплине ос 2013/14 уч. Год
- •Определение ос. Назначение и функции операционной системы.
- •Место ос в структуре вычислительной системы.
- •Понятие ресурса. Управление ресурсами в вычислительной системе.
- •Критерии эффективности и классы ос.
- •Эволюция ос.
- •Современный этап развития ос.
- •Функциональные компоненты ос персонального компьютера.
- •Требования, предъявляемые к современным ос.
- •Классификации ос.
- •Системные вызовы.
- •Архитектура ос. Ядро и вспомогательные модули.
- •Классическая архитектура ос. Монолитные и многослойные ос.
- •Микроядерная архитектура ос.
- •Многослойная модель ядра ос.
- •Функции ос по управлению процессами.
- •Процессы и потоки.
- •Состояния потока.
- •Планирование и диспетчеризация потоков, моменты перепланировки.
- •Алгоритм планирования, основанный на квантовании.
- •Приоритетное планирование.
- •Алгоритмы планирования ос пакетной обработки: «первым пришел – первым обслужен», «кратчайшая задача – первая», «наименьшее оставшееся время выполнения».
- •Алгоритмы планирования в интерактивных ос: циклическое, приоритетное, гарантированное, лотерейное, справедливое планирование.
- •Алгоритм планирования Windows nt.
- •Алгоритм планирования Linux.
- •Планирование в ос реального времени.
- •Синхронизация процессов и потоков: цели и средства синхронизации.
- •Ситуация состязаний (гонки). Способы предотвращения.
- •Способы реализации взаимных исключений: блокирующие переменные, критические секции, семафоры Дейкстры. Блокирующие переменные
- •Критические секции
- •Семафоры
- •Взаимные блокировки. Условия, необходимые для возникновения тупика.
- •Обнаружение взаимоблокировки при наличии одного ресурса каждого типа.
- •Обнаружение взаимоблокировок при наличии нескольких ресурсов каждого типа.
- •Предотвращение взаимоблокировки. Алгоритм банкира для одного вида ресурсов.
- •Предотвращение взаимоблокировки. Алгоритм банкира для нескольких видов ресурсов.
- •Синхронизирующие объекты ос: системные семафоры, мьютексы, события, сигналы, ждущие таймеры.
- •Организация обмена данными между процессами (каналы, разделяемая память, почтовые ящики, сокеты).
- •Прерывания (понятие, классификация, обработка прерываний).
- •Обработка аппаратных прерываний
- •Функции ос по управлению памятью.
- •Виртуальная память.
- •Алгоритмы распределения памяти без использования внешних носителей (фиксированные, динамические, перемещаемые разделы).
- •Страничное распределение памяти.
- •Алгоритмы замещения страниц.
- •Сегментное распределение памяти.
- •Сегментно-страничное распределение памяти.
- •Средства поддержки сегментации памяти в мп Intel Pentium.
- •Сегментный режим распределения памяти в мп Intel Pentium.
- •Сегментно-страничный режим распределения памяти в мп Intel Pentium.
- •Средства защиты памяти в мп Intel Pentium.
- •Случайное отображение основной памяти на кэш.
- •Детерминированное отображение основной памяти на кэш.
- •Кэширование в мп Intel Pentium. Буфер ассоциативной трансляции.
- •Кэширование в мп Intel Pentium. Кэш первого уровня.
- •Задачи ос по управлению файлами и устройствами.
- •Многослойная модель подсистемы ввода-вывода.
- •Физическая организация жесткого диска.
- •Файловая система. Определение, состав, типы файлов. Логическая организация файловой системы.
- •Физическая организация и адресация файлов.
- •Fat. Структура тома. Формат записи каталога. Fat12, fat16, fat32.
- •Ufs : структура тома, адресация файлов, каталоги, индексные дескрипторы.
- •Ntfs: структура тома.
- •Ntfs: типы файлов, организация каталогов.
- •Файловые операции. Процедура открытия файла.
- •Организация контроля доступа к файлам.
- •Отказоустойчивость файловых систем.
- •Процедура самовосстановления ntfs.
- •Избыточные дисковые подсистемы raid.
- •Многоуровневые драйверы.
- •Дисковый кэш.
- •Классификация угроз вс.
- •Системный подход к обеспечению безопасности.
- •Шифрование.
- •Аутентификация, авторизация аудит.
- •Показатели эффективности ос
- •Настройка и оптимизация ос.
Страничное распределение памяти.
Виртуальное адресное пространство процесса делится на части одинакового, фиксированного для данной системы размера, называемые виртуальными страницами. Вся оперативная память машины также делится на части такого же размера, называемые физическими страницами. Размер страницы выбирается кратным степени двойки. При загрузке процесса часть его виртуальных страниц помещается в оперативную память, а остальные - на диск. Для каждого процесса ОС создает таблицу страниц – информационную структуру, содержащую записи обо всех виртуальных страниц процесса.
Дескриптор страницы включает в себя следующую информацию:
номер физической страницы, в которую загружена данная виртуальная страница;
признак присутствия;
признак модификации;
признак обращения.
Признаки присутствия, модификации и обращения в большинстве моделей современных процессоров устанавливаются аппаратно. Таблицы страниц, также как и описываемые ими страницы, размещаются в оперативной памяти. Адрес таблицы страниц включается в контекст соответствующего процесса. При активизации очередного процесса в специальный регистр процессора загружается адрес таблицы страниц данного процесса. При каждом обращении к памяти происходит чтение из таблицы страниц информации о виртуальной странице, к которой произошло обращение. Если данная виртуальная страница находится в оперативной памяти, то выполняется преобразование виртуального адреса в физический. Если же нужная виртуальная страница в данный момент выгружена на диск, то происходит так называемое страничное прерывание. Выполняющийся процесс переводится в состояние ожидания, и активизируется другой процесс из очереди готовых. Параллельно программа обработки страничного прерывания находит на диске требуемую виртуальную страницу и пытается загрузить ее в оперативную память. Если в памяти имеется свободная физическая страница, то загрузка выполняется немедленно, если же свободных страниц нет, то решается вопрос, какую страницу следует выгрузить из оперативной памяти. В данной ситуации может быть использовано много разных критериев выбора, наиболее популярные из них следующие:
дольше всего не использовавшаяся страница;
первая попавшаяся страница;
страница, к которой в последнее время было меньше всего обращений.
После того, как выбрана страница, которая должна покинуть оперативную память, анализируется ее признак модификации (из таблицы страниц). Если выталкиваемая страница с момента загрузки была модифицирована, то ее новая версия должна быть переписана на диск. Если нет, то cоответствующая физическая страница просто объявляется свободной.
Таблицы страниц для больших объемов памяти.
Размер страницы влияет также на количество записей в таблицах страниц. Чем меньше страница, тем более объемными являются таблицы страниц процессов и тем больше места они занимают в памяти. Учитывая, что в современных процессорах максимальный объем виртуального адресного пространства процесса, как правило, не меньше 4 Гбайт, то при размере страницы 4 Кбайт и длине записи 4 байта для хранения таблицы страниц может потребоваться 4 Мбайт памяти.
Что придумали:
Многоуровневые таблицы страниц.
Достоинства:
не надо иметь в памяти постоянно всю таблицу страниц, а только таблицу разделов;
Недостатки:
дополнительный этап преобразования адреса
Для каждого раздела строится собственная таблица страниц. Количество дескрипторов в таблице и их размер подбираются такими, чтобы объем таблицы оказался равным объему страницы. Например, в процессоре Pentium при размере страницы 4 Кбайт длина дескриптора страницы составляет 4 байта и количество записей в таблице страниц, помещающейся на страницу, равняется соответственно 1024. Каждая таблица страниц описывается дескриптором, структура которого полностью совпадает со структурой дескриптора обычной страницы. Эти дескрипторы сведены в таблицу разделов, называемую также каталогом страниц. Физический адрес таблицы разделов активного процесса содержится в специальном регистре процессора и поэтому всегда известен операционной системе. Страница, содержащая таблицу разделов, никогда не выгружается из памяти, в противном случае работа виртуальной памяти была бы невозможна.
Рисунок 13. Схема преобразования виртуального адреса для двухуровневой структуризации адресного пространства
Путем отбрасывания k+n младших разрядов в виртуальном адресе определяется номер раздела, к которому принадлежит данный виртуальный адрес.
По этому номеру из таблицы разделов извлекается дескриптор соответствующей таблицы страниц. Проверяется, находится ли данная таблица страниц в памяти. Если нет, происходит страничное прерывание и система загружает нужную страницу с диска.
Далее из этой таблицы страниц извлекается дескриптор виртуальной страницы, номер которой содержится в средних п разрядах преобразуемого виртуального адреса. Снова выполняется проверка наличия данной страницы в памяти и при необходимости ее загрузка.
Из дескриптора определяется номер (базовый адрес) физической страницы, в которую загружена данная виртуальная страница. К номеру физической страницы пристыковывается смещение, взятое из к младших разрядов виртуального адреса. В результате получается искомый физический адрес.
Инвертированные таблицы страниц
Достоинства:
гораздо меньше по объёму.
Недостатки:
не совсем ясно, как в ней искать виртуальный адрес.
Этот подход применяется на машинах PowerPC, некоторых рабочих станциях Hewlett-Packard, IBM RT, IBM AS/400 и ряде других.
В этой таблице содержится по одной записи на каждый страничный кадр физической памяти. Существенно, что достаточно одной таблицы для всех процессов. Таким образом, для хранения функции отображения требуется фиксированная часть основной памяти, независимо от разрядности архитектуры, размера и количества процессов. Например, для компьютера Pentium c 256 Мбайт оперативной памяти нужна таблица размером 64 Кбайт строк.
Несмотря на экономию оперативной памяти, применение инвертированной таблицы имеет существенный минус – записи в ней (как и в ассоциативной памяти) не отсортированы по возрастанию номеров виртуальных страниц, что усложняет трансляцию адреса. Один из способов решения данной проблемы – использование хеш-таблицы виртуальных адресов. При этом часть виртуального адреса, представляющая собой номер страницы, отображается в хеш-таблицу с использованием функции хеширования. Каждой странице физической памяти соответствует одна запись в хеш-таблице и инвертированной таблице страниц. Виртуальные адреса, имеющие одно значение хеш-функции, сцепляются друг с другом. Обычно длина цепочки не превышает двух записей.