- •Введение
- •Управление ресурсами: общие сведения
- •Управление процессами
- •2.1 Состояния процессов и переходы между ними
- •Стратегии и дисциплины планирования загрузки процессоров
- •Стратегия одинакового среднего времени ожидания
- •Дисциплина планирования fifo
- •Справедливая стратегия
- •Дисциплина планирования rr
- •Влияние величины кванта времени на величину средней задержки ответа
- •Стратегия максимальной пропускной способности
- •Дисциплина планирования sjf
- •Дисциплина планирования srt
- •Дисциплина планирования hrrn
- •Стратегия приоритетного планирования
- •Дисциплина лотерейного планирования
- •Дисциплины планирования с множеством очередей
- •Планирование с последовательным прохождением очередей
- •Дисциплина планирования vrr
- •Планирование на основе множества очередей с обратными связями
- •2.3 Планирование в многопользовательской системе – справедливое планирование
- •2.4 Планирование загрузки процессоров в операционных системах реального времени – частотно-монотонное планирование
- •2.5 Планирование загрузки процессоров в многопроцессорных системах
- •Многопроцессорная система с главным процессором
- •Организация с собственным планировщиком для каждого процессора
- •Симметричная многопроцессорная организация (smp)
- •Разбиение системных таблиц
- •Смещение моментов прерывания таймера
- •Стратегия планирования загрузки процессоров в многопроцессорной системе
- •Стратегия распределения загрузки
- •Стратегия максимальной производительности при параллельных вычислениях – бригадное планирование
- •Метод расщепление цикла
- •Метод редукции высоты дерева
- •Параллельное вычисление по альтернативным ветвям
- •Бригадное планирование процессов в многопроцессорной системе
- •2.6 Синхронизация выполнения процессов
- •Алгоритмы взаимоисключения с активным ожиданием
- •Алгоритм 1
- •Алгоритм 2
- •Алгоритм 3
- •Алгоритм 4
- •Алгоритм 5
- •Алгоритм Деккера
- •Алгоритм Петерсона
- •Алгоритм на основе команды процессора "проверить и установить"
- •Алгоритм на основе команды процессора "обменять данные"
- •Недостатки алгоритмов с активным ожиданием
- •Алгоритмы взаимоисключения с блокировкой процессов
- •Открытие объекта синхронизации
- •Закрытие объекта синхронизации
- •Вхождение в критическую секцию
- •Выход из критической секции
- •Замечания по реализации примитивов синхронизации
- •Мониторы
- •2.7 Взаимная блокировка процессов (тупики)
- •Необходимые условия возникновения тупика
- •Методы борьбы с тупиками
- •Предотвращение тупиков
- •Нарушение ожидания дополнительных ресурсов
- •Нарушение неперераспределимости ресурсов
- •Нарушение условия кругового ожидания
- •Устранение тупиков
- •Обнаружение тупиков
- •Управление памятью
- •3.1 Иерархическая модель памяти
- •Оценка среднего времени доступа к данным при использовании многоуровневой модели памяти
- •Локализация ссылок при обращении к памяти
- •3.2 Виртуальная память
- •Предпосылки создания виртуальной памяти
- •Архитектура виртуальной памяти
- •Подсистема трансляции адресов
- •Метод прямого отображения
- •Метод ассоциативного отображения
- •Метод комбинированного отображения
- •Архитектура виртуального адресного пространства
- •Сегментная организация виртуальной памяти
- •Страничная организация виртуальной памяти
- •Сегментно-страничная организация виртуальной памяти
- •Отображение файла на виртуальное адресное пространство
- •Совместное использование данных в оперативной памяти
- •3.3 Основные стратегии управления памятью
- •Стратегии выборки данных
- •Стратегии размещения данных
- •Выделение памяти по стратегии первого подходящего
- •Выделение памяти по стратегии наиболее подходящего
- •Выделение памяти по стратегии наименее подходящего
- •Стратегии замещения данных
- •Замещение с немедленной перезаписью и замещение с буферизацией
- •Замещение с локальной и глобальной областью видимости
- •3.4 Управление виртуальной памятью
- •Выборка в системе виртуальной памяти
- •Реализация выборки по требованию
- •Размещение в системе виртуальной памяти
- •Замещение в системе виртуальной памяти
- •Стратегия выталкивания случайной страницы
- •Оптимальная стратегия
- •Дисциплина fifo – выталкивание наиболее старой страницы
- •Дисциплина lru – выталкивание дольше всего неиспользуемой страницы
- •Дисциплина lfu – выталкивание страницы с наименьшей частотой обращений
- •Дисциплина nru – выталкивание страницы, не используемой в последнее время
- •Часовой алгоритм
- •Управление резидентным множеством страниц процесса
- •Понятие рабочего множества страниц процесса
- •Управление резидентными множествами на основе рабочих множеств
- •Глобальное замещение, динамическое резидентное множество
- •Локальное замещение, фиксированное резидентное множество
- •Локальное замещение, динамическое резидентное множество
- •Алгоритм на основе оценки частоты прерываний – дисциплина pff (Page Fault Frequency)
- •Алгоритм с переменным пробным интервалом – дисциплина vsws
- •Влияние размера страницы
- •Оптимизация работы дискового накопителя
- •Оптимизация механических перемещений головок диска
- •Основы устройства и функционирования дисковых накопителей
- •Стратегии оптимизации механических перемещений головок диска
- •Стратегия fcfs – Fist Come First Served
- •Стратегия sstf – Shortest Seek Time First
- •Стратегия scan – Scanning
- •Стратегия n-step scan – n-step Scanning
- •Системный дисковый кэш
- •Структура системного дискового кэша
- •Хэширование, хэш-функции и хэш-очереди
- •Структура блока и очередей дискового кэша
- •Работа системного дискового кэша
- •Упреждающее чтение
- •Реализация дискового кэша на основе виртуальной памяти
- •3.6 Надежность операционной системы при использовании системного дискового кэша
- •Буферизация ввода-вывода на пользовательском уровне
- •3.7 Процессорный кэш
- •Отображение участков озу на процессорный кэш
- •Случайное отображение участков озу в процессорный кэш
- •Детерминированное отображение участков озу в процессорный кэш
- •Комбинированное отображение участков озу в процессорный кэш
- •Работа процессорного кэша в режиме записи данных
- •3.8 Динамическое распределение памяти
- •Куча (heap)
- •Алгоритмы динамического распределения памяти
- •Отложенное объединение свободных блоков
- •Оптимизация списка свободных блоков
- •Метод парных меток для поддержания списка блоков кучи
- •Специальные алгоритмы динамического распределения памяти из кучи
- •Метод близнецов (или метод двойников)
- •Алгоритм выделения блоков памяти одинакового размера
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Алгоритм 3
В этом алгоритме предпринята попытка устранить недостаток второго алгоритма и позволить процессам входить в критическую секцию в произвольном порядке.
// подготовка – любой процесс // может войти в критическую секцию extern bool flag_1 = false, flag_2 = false; |
|
// процесс 1 // цикл ожидания while(flag_2); // захват // критической секции flag_1 = true; // код // критической секции // освобождение // критической секции flag_1 = false; |
// процесс 2 // цикл ожидания while(flag_1); // захват // критической секции flag_2 = true; // код // критической секции // освобождение // критической секции flag_2 = false; |
Однако, при детальном рассмотрении легко заметить, что данный алгоритм не обеспечивает взаимоисключения по той же причине, что и алгоритм 1. Действительно, если процесс будет снят с исполнения после проверки, но до установки флага, то взаимоисключение может быть нарушено.
Алгоритм 4
Алгоритм 3 может быть незначительно модифицирован, чтобы гарантировать взаимоисключение.
// подготовка – любой процесс // может войти в критическую секцию extern bool flag_1 = false, flag_2 = false; |
|
// процесс 1 // намерение // процесса 1 войти в // критическую секцию flag_1 = true; // цикл ожидания while(flag_2); // код // критической секции // освобождение // критической секции flag_1 = false; |
// процесс 2 // намерение // процесса 2 войти в // критическую секцию flag_2 = true; // цикл ожидания while(flag_1); // код // критической секции // освобождение // критической секции flag_2 = false; |
В данном алгоритме нарушение взаимоисключения невозможно, зато возможна взаимная блокировка процессов. Действительно, если, процесс 1 установит свой флаг и будет снят с выполнения до проверки флага второго процесса в цикле ожидания, а процесс 2, начав исполнение, установит свой флаг, то оба процесса будут бесконечно выполнять цикл ожидания, и ни один из них не войдет в критическую секцию.
Алгоритм 5
Для исключения взаимной блокировки, возможной в алгоритме 4, необходимо, чтобы процесс, находящийся в цикле ожидания, время от времени сбрасывал бы свой флаг хотя бы на непродолжительное время, чтобы дать возможность второму процессу возможность разорвать взаимную блокировку и войти в критическую секцию.
Усовершенствованный алгоритм может быть следующим.
// подготовка – любой процесс // может войти в критическую секцию extern bool flag_1 = false, flag_2 = false; |
|
// процесс 1 // намерение // процесса 1 войти в // критическую секцию flag_1 = true; // цикл ожидания while(flag_2) { // предоставить шанс // для процесса 2 войти // в критическую секцию flag_1 = false; delay(rand()); flag_1 = true; } // код // критической секции // освобождение // критической секции flag_1 = false; |
// процесс 2 // намерение // процесса 2 войти в // критическую секцию flag_2 = true; // цикл ожидания while(flag_1) { // предоставить шанс // для процесса 1 войти // в критическую секцию flag_2 = false; delay(rand()); flag_2 = true; } // код // критической секции // освобождение // критической секции flag_2 = false; |
Данный алгоритм исключает нарушение взаимоисключения и существенно снижает вероятность взаимной блокировки процессов. Строго говоря, взаимная блокировка может возникнуть, только в том случае, если распределение процессорного времени сложится следующим образом. Процесс 1 выполняет проверку флага, сбрасывает свой флаг, снова устанавливает его и управление переходит к процессу 2. Процесс 2 выполняет проверку флага, сбрасывает свой флаг, снова устанавливает его и управление переходит к процессу 1, и т.д. Очевидно, что вероятность такого развития событий близка к нулю.
Таким образом, алгоритм 5 способен обеспечить взаимоисключения при доступе к критическим ресурсам, но при потенциально возможном длительном откладывании.