- •Введение
- •Требования к содержанию лекций
- •Организация лабораторного практикума
- •Программа лабораторного практикума
- •Лабораторная работа 1. Краткосрочное планирование задач
- •Лабораторная работа 2. Замещение областей памяти
- •Лабораторная работа 3. Синхронизация процессов/потоков
- •Лабораторная работа 5. Файловые системы
- •Литература
- •Основные понятия и определения
- •Распределение ресурса «центральный процессор»
- •Процесс и поток – типы ресурсов операционной системы
- •Классификация ОС по признаку поддержки процессов и потоков
- •1. Однозадачные ОС
- •2. Многозадачные ОС без поддержки многопоточности
- •3. Многозадачные ОС с поддержкой многопоточности
- •Реализация многопоточности внутри программы пользователя
- •Состояния потока
- •Дескрипторы процессов и потоков
- •Операции над процессами
- •1. Создание процесса
- •2. Завершение процесса
- •Операции над потоками
- •1. Создание потока
- •2. Завершение потока
- •Планирование
- •Модель поведения процесса с одним потоком
- •Критерии оценки алгоритмов планирования
- •Алгоритмы планирования в системах пакетной обработки данных
- •«Кратчайшая задача - первая» (Shortest Job First, SJF)
- •«Наименьшее оставшееся время выполнения»
- •Алгоритмы планирования в интерактивных системах
- •«Циклическое планирование» (Round Robin, RR)
- •«Приоритетное планирование»
- •«Самый короткий поток - следующий»
- •«Гарантированное планирование»
- •Лотерейное планирование
- •Планирование с использованием многоуровневых очередей
- •Алгоритм планирования Windows NT
- •Алгоритм планирования UNIX
- •Алгоритм планирования UNIX System V Release 4
- •Алгоритм планирования Linux (версия ядра 2.2 и ниже)
- •Заключение
- •Управление памятью
- •Архитектура оперативной памяти
- •Способ описания физической памяти
- •Алгоритм обеспечения пространственного мультиплексирования
- •Схема с фиксированными разделами
- •Оверлейная структура
- •Свопинг
- •Схема с переменными разделами
- •Общие вопросы управления страничной памятью
- •Алгоритмы замещения страниц
- •Оптимальный алгоритм
- •Алгоритм FIFO - Выталкивание первой пришедшей страницы
- •Алгоритм Second-Chance - Вторая попытка
- •Алгоритм «часы»
- •Заключение
- •Взаимодействие потоков – передача данных и синхронизация
- •Взаимодействие потоков
- •Критическая секция
- •Задача взаимного исключения
- •Семафоры
- •Тупики
- •Синхронизирующие объекты ОС
- •Сигналы
- •Обмен сообщениями (message passing) (Хоар, 1978 год)
- •Реализация взаимоисключений
- •Алгоритм Петерсона
- •Алгоритм булочной (Bakery algorithm)
- •Аппаратная поддержка взаимоисключений
- •Команда Test-and-Set (Проверить и присвоить 1)
- •Команда Swap (Обменять значения)
- •Классические задачи взаимодействия потоков
- •Задача "Производитель-потребитель"
- •Задача "Читатели-писатели"
- •Задача "Обедающие философы"
- •Проблема спящего брадобрея
- •Передача данных между взаимодействующими потоками
- •Архитектура файловой системы
- •Файлы с точки зрения пользователя
- •Типы объектов файловой системы
- •Имена объектов файловой системы
- •Операции над файлами
- •Директории – логическая структура файлового архива
- •Операции над директориями
- •Пользовательский интерфейс системы управления файлами
- •Виртуальная Файловая Система
- •Принцип работы
- •Структура VFS
- •Типы объектов в VFS
- •Символьные связи (мягкие ссылки)
- •Именованные конвейеры (именованные каналы)
- •Реализация VFS
- •Лабораторная работа 1. Краткосрочное планирование задач
- •Симулятор многозадачной системы
- •Модель эксперимента
- •Архитектура программной лаборатории
- •Проведение эксперимента
- •Выполнение лабораторной работы
- •Архитектура планировщика в Linux (Ядро 2.4.18)
- •Очередь процессов
- •Кванты времени центрального процессора
- •Выбор процесса на исполнение
- •Вычисление эффективного приоритета и размера кванта
- •Вытеснение процесса
- •Изменение алгоритма планирования
- •Компиляция и установка ядра Linux
- •Литература по лабораторной работе 1
- •Лабораторная работа 2. Замещение областей памяти
- •Симулятор многозадачной системы
- •Управление памятью в Linux (ядро 2.4.18)
- •Описание физической памяти в Linux
- •Узлы
- •Зоны
- •Отметки уровня воды (watermarks)
- •Страницы
- •Адресное пространство процесса
- •Страничные сбои
- •Выделение памяти по запросу
- •Подкачка по запросу
- •Демон выгрузки страниц (kswapd)
- •Кэш страниц
- •Добавление страниц в кэш страниц
- •Заполнения списка «холодных» страниц
- •Стратегия замещения страниц
- •Изменение стратегии замещения
- •Литература по лабораторной работе 2
- •Механизмы межпроцессного взаимодействия ОС UNIX
- •Семафоры.
- •Очереди сообщений.
- •Работа с разделяемой памятью.
- •Механизмы межпроцессного взаимодействия ОС Windows
- •Wait-функции
- •События
- •Ожидаемые таймеры
- •Семафоры
- •Мьютексы
- •Литература по лабораторным работам 3-4
- •Лабораторная работа 5. Файловые системы
- •Предлагаемые к реализации файловые системы
- •Файловая система 1
- •Файловая система 2
- •Файловая система 3
- •Симулятор работы с файловой системой
- •Постановка задачи
- •Операции над файлами
- •Операции над директориями
- •Требования к лабораторной работе
- •Архитектура программной лаборатории
- •Обзор архитектуры модуля поддержки файловой системы в Linux
- •Модули драйвера файловой системы Minix
- •Описание суперблока файловой системы
- •Описание индексного дескриптора (inode)
- •Основной файл заголовков
- •Исходные тексты функций работы с индексным дескриптором
- •Исходные тексты функций работы с объектами ФС разных типов
- •Другие модули
- •Реализация драйвера файловой системы
- •Литература по лабораторной работе 5
- •Литература
- •Дополнительная литература
Лабораторный практикум по курсу "Операционные системы"
static inline void deactivate_task(struct task_struct *p, runqueue_t *rq);
/* обработка завершения задачи */
void scheduler_tick(int user_tick, int system); /* обработка прерывания таймера */
asmlinkage void schedule(void);
/* выбор процесса на исполнение */ asmlinkage long sys_sched_yield(void);
/* добровольное освобождение процессом процессора */ void __init sched_init(void);
/* инициализация планировщика */
При этом для упрощения задачи рекомендуется использовать некоторое подмножество существующих достаточно сложных структур данных.
Например, для реализации алгоритма Round Robin достаточно использовать один из списков в массиве приоритетов.
Компиляция и установка ядра Linux
Вы можете воспользоваться любым способом компиляции и установки ядра. В данном параграфе приведена типичная последовательность действий, которая позволит Вам успешно выполнить рассматриваемую задачу. (Действия приведенной инструкции должны выполняться строго в указанном порядке.)
1.Зарегистрируйтесь под учетной записью root.
2.Проверьте наличие установленных исходных кодов ядра rpm -q kernel-headers kernel-source make dev86
3.Если указанные пакеты установлены, перейдите к Шагу 4. Иначе, смонтируйте Red Hat Linux 7.x CD-ROM и выполните команды rpm -Uvh для инсталляции указанных RPM.
4.Перейдите в каталог исходных текстов
cd /usr/src/linux
5.Выполните настройку параметров компиляции (если это Вам нужно).
"make config" или "make menuconfig"
По окончании настройки не забудьте сохранить результат.
6.Скомпилируйте ядро
make bzImage modules
После выполнения данного шага, в каталоге /usr/src/linux/arch/i386/boot должен появиться файл "bzImage". Если все шаги компиляции были выполнены верно, и все настройки, выполненные в окне команды "make config", корректны, появится данный файл. Если указанного файла нет, вы где-то допустили ошибку, и вам придется остановиться и выполнить все шаги сначала.
7. Скопируйте ядро в то место, где обычно оно лежит, и настройте модули.
108 Учебно-исследовательская лаборатория «Информационные технологии»
Лабораторный практикум по курсу "Операционные системы"
cp /usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImage /boot/vmlinuz-my cp /usr/src/linux/System.map /boot/System.map-my make modules_install
8. Обеспечьте ядру возможность загрузиться (предполагается, что в качестве boot-менеджера Вы используете lilo)
mkinitrd /boot/initrd-my.img
Добавьте в файл /etc/lilo.conf следующие строки: image=/boot/vmlinuz-my
label=MyKernel initrd=/boot/initrd-my.img root=/dev/hda1 read-only
Строчка root=/dev/hda1 зависит от конфигурации (hda1 – первый основной раздел IDE
Primary Master жесткого диска) /sbin/lilo –v
Если ошибок нет – все сделано правильно. 9. Перезагрузитесь
/sbin/reboot или /sbin/shutdown -r now.
10. В диалоге начальной загрузки (в ответ на приглашение "Boot:"), нажмите Tab (или Control-X, зависит от вашего загрузчика) и среди прочих ядер в списке вы увидите "MyKernel". Введите: MyKernel и нажмите Enter. Ваше новое ядро начнет загружаться.
Литература по лабораторной работе 1
1.Э. Таненбаум. Современные операционные системы. 2-е издание. СПб: Питер, 2002.
2.А.Я. Архангельский. Интегрированная среда разработки С++Builder 5. М: Бином, 2000.
3.Robert Love. Linux Kernel Development. SAMS, 2003.
4.David Rusling. The Linux Kernel (Электронный источник - www.linuxdoc.org/LDP/tlk/)
5.Cross-Referencing Linux (Электронный источник - lxr.linux.no)
Учебно-исследовательская лаборатория «Информационные технологии» 109
