- •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"
-Delete. Удаление директории. Удалена может быть только пустая директория.
-Files. Возвращает список файлов (и директорий), содержащихся в данной директории
-Rename. Имена директорий можно менять, также как и имена файлов.
Требования к лабораторной работе
Лабораторная работа должна быть выполнена с использованием программной лаборатории «Симулятор файловых систем». Программная лаборатория представляет собой набор подпрограмм и классов, реализованных на языке С++. Если рассмотреть пример типичного использования файловой системы, то можно выделить три уровня модулей, участвующих во взаимодействии
Программа пользователя |
|
Программа пользователя |
|
|
|
Файловая система.
Драйвер (физические чтение/запись на диск)
Целью лабораторной работы является реализация второго уровня – файловой системы, в то время как первый уровень (программы пользователя) и третий уровень («драйвер») поставляются в рамках программной лаборатории.
Пользовательские программы, включенные в программную лабораторию можно разделить на два типа – к первому относятся тесты файловой системы, каждый из которых проверяет тот или иной аспект функционирования файловой системы. К другому типу относится броузер файловой системы, который позволяет просмотреть структуру директорий. Тесты представляют собой консольные приложения. Броузер реализован в виде оконного приложения, представляющего структуру директорий в виде дерева. Сбор статистики по основным операциям (количество позиционирований, объем считанных/записанных байтов) производится «драйвером».
Таким образом, задача слушателя состоит в том, чтобы реализовать собственный класс, реализующий функциональность файловой системы определенного типа. Класс файловой системы должен быть потомком абстрактного класса VFS (class VFS). Описание класса предоставлено в сопровождающей документации.
Работа с программной лабораторией может осуществляться по следующему сценарию:
1.Получение задания на разработку файловой системы того или иного типа.
2.Реализация и оптимизация класса, реализующего функциональность файловой системы. Класс – потомок абстрактного класса VFS.Устранение ошибок.
3.Компиляция проекта, устранение ошибок.
4.Компиляция тестов.
5.Запуск тестов. В случае отрицательного результата теста – возврат к шагу 2.
150 Учебно-исследовательская лаборатория «Информационные технологии»
Лабораторный практикум по курсу "Операционные системы"
6.Изучение файла статистики дисковых операций по результатам тестов. Сравнение с эталонными результатами.
7.Компиляция броузера реализованной файловой системы.
Архитектура программной лаборатории
Программная лаборатория предоставляет набор классов и подпрограмм, предназначенных для использования слушателем при создании симулятора файловой системы. Кроме того, она включает в себя средства тестирования и изучения файловых систем, реализованных слушателями.
Функционально программная лаборатория состоит из следующих логических блоков:
1)Блок визуализации – позволяет просмотреть структуру директорий предоставленной файловой системы.
2)Блок симуляции– реализуется слушателем. Представляет собой модуль, реализующий стандартные операции файловой системы.
3)Блок тестирования – включает в себя набор тестов для проверки правильности работы предоставленного модуля файловой системы
4)Блок статистики – отвечает за накопление результатов тестов.
Сценарий работы с программной лабораторией.
Программная лаборатория поставляется в виде структуры директорий, содержащих исходные тесты.
FSLab
|_____lab_viewer // Содержит код приложения, визуализирующего структуру директорий |_____Tests // Содержит набор тестов
|_____FS // Содержит набор абстрактных классов FS, модуль работы с диском и модуль,
| |
//собирающий статистику. |
|_____Docs // Некоторая документация
Задача слушателя состоит в том, чтобы реализовать собственный класс, реализующий функциональность файловой системы определенного типа. После чего осуществляется перекомпиляция исходных кодов программной лаборатории вместе с реализованным слушателем модулем.
Учебно-исследовательская лаборатория «Информационные технологии» 151
