Практикум по дисциплине «Операционные системы». Автоматизированный практикум
.pdfпросмотреть наиболее часто используемые показатели быстродействия процессов.
ВКЛАДКИ ПРОГРАММЫ ДИСПЕТЧЕР ЗАДАЧ
Диспетчер задач – это утилита, встроенная в ОС, которая содержит вкладки:
Вкладка Приложения – позволяет переключиться в нужное приложение, либо завершить его. В этой вкладке отображаются все запущенные программы на персональном компьютере. Если программа зависла, то диспетчер задач выведет сообщение о том, что программа не отвечает. Для завершения работы программы, необходимо щелкнуть правой кнопкой мыши по ее названию и выбрать пункт Снять задачу или после выделения названия программы нажать на кнопку с аналогичным названием. В этом же окне можно запустить новую задачу. Для этого нажимается кнопка Новая задача. В появившемся окне необходимо вписать команду, например, для запуска командной строки - cmd, для запуска проводника - explorer.exe, для запуска браузера IE - iexplore, для доступа к редактору реестра - regedit и т.д. С помощью кнопки Переключиться можно открыть нужную программу из списка, отображенного в диспетчере задач. Внизу окна есть строка состояния, которая показывает количество процессов, загрузку центрального процессора и состояние физической памяти. Эта строка присутствует на всех вкладках.
Вкладка Процессы – содержит различные данные обо всех запущенных в данный момент в системе процессах, их можно завершать, менять приоритет, задавать соответствие процессорам (в многопроцессорных системах). Процессы можно отобразить, как для текущего пользователя, так и для всех пользователей находящихся в системе. Для этого нужно щелкнуть по кнопке Отображать процессы всех пользователей. Если есть необходимость завершить процесс, то после его выделения нажимают кнопку Завершение процесса. Так же вы можете изменить приоритет для определенного процесса. Например, если вы просматриваете видео на персональном компьютере, но оно тормозит или имеет плохое качество отображения или звука из-за нехватки ресурсов процессора выделенных для этого приложения. Чтобы увеличить производительность программы, найдите ее процесс и щелкните на нем правой кнопкой мыши. Далее выберите Приоритет и в выпадающем меню отметьте Высокий или Выше среднего. После этого для работы программы, система выделит больше ресурсов, что позволит ей работать гораздо стабильней. Отметим, что смена приоритета может повлиять на скорость выполнения программы, но также может снизить производительность других процессов. Для некоторых процессов изменить значение приоритета невозможно, о чем система и выдаст сообщение об ошибке. На вкладке Процессы в меню ВидВыбрать столбцы можно определить идентификатор каждого процесса PID, его базовый приоритет, загрузку и время работы процессора
21
Вкладка Службы (начиная с Vista) – отображает сведения обо всех службах ОС Windows и их состоянии. Если щелкнуть правой кнопкой мыши по службе, то в появившемся контекстном меню появится три пункта - Запустить службу, Остановить службу и Перейти к процессу. Остановка различных служб требуется иногда для увеличения общих ресурсов системы. Так же вы можете запустить любую остановленную службу, узнать название процесса, принадлежащего службе, и его нагрузку на систему. Таким образом можно контролировать и управлять службами.
Быстродействие – отображает графики загрузки процессора или процессоров: зеленым цветом показаны процессы пользователя, красным – системы. Также показывается загрузка физической памяти. Здесь производится мониторинг ресурсов. На графиках можно видеть нагрузку на центральный процессор (всплески при запуске той или иной программы), хронологию использования оперативной памяти. В нижней части окна представлено общее состояние системы: итоговое количество дескрипторов, потоков, процессов, физическая память, выделение памяти, память ядра. Начиная с Windows 7, нажав на кнопку Монитор ресурсов, можно провести тщательный анализ оборудования компьютера.
Вкладка Сеть (отсутствует в случае отсутствия активных сетевых подключений) – отображает графики загрузки сетевых подключений и представляет собой обычный монитор сети Интернет. Поскольку во всех программах, с которыми работает пользователь в сети Интернет, есть счетчики скорости, эта вкладка не имеет принципиального значения за исключением тех случаев, когда не поставлена задача, отследить скорость. Монитор потребуется для того, чтобы узнать, выходит ли какая-то программа в сеть Интернет без вашего ведома или нет. Такая необходимость может возникнуть, например, при заражении персонального компьютера вредоносным кодом.
Вкладка Пользователи (только в режиме администратора) – отображает всех пользователей зарегистрированных на данный момент в операционной системе и может использоваться для манипулирования активными пользователями. Нажатием на кнопку Отключить вы можете заблокировать определенного пользователя. Не нажимайте на кнопку Выйти из системы!!! Это приведет к тому, что вы покинете свою учетную запись и войдете в совершенно чистую систему, где ваши программы в большинстве работать не будут. Вам придется заново их устанавливать. Выход из системы оправдан лишь в одном случае, когда компьютер полностью блокирован и ваша учетная запись не работает.
НАСТРОЙКА ДИСПЕТЧЕРА ЗАДАЧ
Может случиться так, что при нажатии Ctrl+Alt+Del вы вдруг увидите сообщение «диспетчер задач отключён администратором/пользователем». Это могло произойти по ряду причин, в том числе из-за действия вирусов, но если
22
вы хотите видеть этот удобный инструмент у себя на компьютере, вам придется включить Диспетчер задач. Для этого следует:
1.Открыть меню Пуск-Выполнить, ввести команду «gpedit.msc», и ОК.
2.Откроется окно Групповая политика. Далее перейти по цепочке:
Конфигурация пользователя – Административные шаблоны – Система – Возможности – Ctrl+Alt+Del.
3.Дважды нажать Удалить диспетчер задач.
4.В окне Свойства удаления диспетчера задач выбрать пункт Отключен.
5.Далее нажать кнопки Применить и ОК. После этого закрыть окно Настройки групповой политики. Для того чтобы вновь включить диспетчер задач, в окне Свойства удаления диспетчера задач, выбрать пункт Включен.
После этого нажать на кнопки Применить и ОК. Далее следует закрыть окно
Настройки групповой политики.
Строка операционного меню программы Диспетчер задач содержит разделы – Файл, Параметры, Вид, Завершение работы, Справка. В них можно осуществить дополнительные настройки диспетчера задач, например, задать поведение и отображение элементов программы, а так же частоту их обновления, воспользоваться справочными материалами.
ПРОГРАММЫ ДЛЯ АНАЛИЗА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА
В списке утилит ОС MICROSOFT WINDOWS существуют также программы сторонних производителей, имеющие с диспетчером задач схожую функциональность:
TaskInfo - программа, представляющая из себя диспетчер задач с несколькими утилитами и отображающая информацию о системе.
Различные файловые плагины1 (AceHelper, Processes и др.) для файлового менеджера Total Commander.
Плагин Список процессов (Process list) для Far Manager.
AnVir Task Manager.
Process Explorer.
Process Monitor.
Process Viewer.
В операционных системах UNIX, GNU/Linux список процессов можно вызвать из консоли, запустив интерактивную программу top. Часто используется и неинтерактивная программа ps, позволяющая извлечь необходимую информацию об отдельных процессах с помощью скриптового языка. Также существует множество графических оболочек для разных сред
1 Плагин (англ. plug-in, от plug in «подключать») — независимо компилируемый программный модуль, динамически подключаемый к основной программе и предназначенный для расширения и/или использования её возможностей.
23
рабочего стола: KDE System Guard и KTop для KDE 3, System Activity для KDE 4, System Monitor для GNOME, Xfce Task Manager для Xfce, LXTask (LXDE), и т.д.
В операционных системах MAC OS, начиная с версии Mac OS X или
OS X, утилита диспетчера задач называется Мониторинг системы (Activity Monitor). До этого она называлась Process Viewer.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1.Откройте окно программы Проводник.
2.В этом окне выберите 3 файла, относящихся к разным приложениям
(например, MS Word, MS Excel, MathCad).
3.На рабочем столе создайте новую папку Анализ и скопируйте в нее найденные файлы.
4.Откройте окно программы Диспетчер задач OC Windows.
5.С помощью диспетчера для выбранных задач определите загрузку и время работы центрального процессора, базовый приоритет, использование памяти, хронологию использования центрального процессора в режиме ядра.
6.Измените приоритет процесса одной из задач и установите, влияет ли это на время ее выполнения.
7.Монопольно запустите каждую из задач и последовательно зафиксируйте время их выполнения.
8.Одновременно друг за другом запустите все три задачи и определите время выполнения пакета.
9.Представьте отчет о работе в виде записи полученных данных и ответов на контрольные вопросы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Назначение программы Диспетчер задач ее вкладок.
2.Для чего используется кнопка Снять задачу?
3.В каком случае суммарное время выполнения задачи больше: при последовательном или одновременном исполнении?
4.Как в этих случаях изменяется время выполнения каждой отдельной
задачи?
5.Как изменится время выполнения отдельной задачи при изменении ее приоритета? Окажет ли влияние изменение приоритета одной задачи на время выполнения другой задачи?
6.Какие еще программы для получения информации о компонентах вычислительного процесса вы знаете?
24
Тема № 4
ДЕТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА
Теоретическая часть: ОСНАСТКИ ОС WINDOWS;
РАБОТА С ОСНАСТКОЙ СИСТЕМНЫЙ МОНИТОР; РАБОТА С ОСНАСТКОЙ ОПОВЕЩЕНИЯ И ЖУРНАЛЫ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ.
Практическая часть:
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ; КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
ОСНАСТКИ ОС WINDOWS
Воперационных системах семейства Microsoft Windows имеются средства, позволяющие детально анализировать вычислительные процессы. К таким средствам относятся оснастки Системный монитор и Оповещения и журналы производительности, входящие в состав консоли управления
Microsoft (Micrisoft Managment Concole, MMC), впервые появившейся в
Windows 2000 вместо всех утилит единой среды управления.
Консолью в большинстве современных компьютеров называется комплект устройств интерактивного ввода-вывода, присоединённых к компьютеру непосредственно (не через сеть): дисплей, клавиатура, мышь. Консольный сеанс в многопользовательских операционных системах — это сеанс, осуществляемый человеком, сидящим непосредственно перед компьютером. Его противоположность - сеанс удалённого доступа.
Консоль управления предоставляет более широкие возможности для управления компьютером. Основной принцип действия заключается в оснастках — небольших программах, позволяющих настроить разные аспекты операционной системы. Также из консоли управления можно получить расширенные функции управления пользователями и группами, в ней можно настроить множество параметров (например, заголовок окна Internet Explorer). Более широким встроенным инструментом управления в ОС Windows является
Редактор реестра.
Для доступа к консоли нужно выполнить последовательность действий:
Пуск – Все Программы – Администрирование – Производительность.
Врезультате откроется окно Производительность, содержащее две
оснастки Системный монитор и Оповещения и журналы производительности. Эти оснастки являются инструментом системного администратора.
25
РАБОТА С ОСНАСТКОЙ СИСТЕМНЫЙ МОНИТОР
Для просмотра и выбора объектов мониторинга и настройки счетчиков требуется выполнить следующие действия:
1.В окне Производительность выделить Системный монитор, затем на правой панели окна щелкнуть правой кнопкой мыши и в контекстном меню выбрать пункт Добавить счетчики (или щелкнуть по кнопке Добавить на панели инструментов – значок +).
2.В появившемся окне Добавить счетчики выбрать объект мониторинга, например, процессор, а затем из списка Выбрать счетчики выбирать нужные счетчики, нажимая кнопку Добавить. При этом для потока можно определить: число контекстных переключений; состояние потока; текущий и базовый приоритеты; % работы в различных режимах и др.
Нажав кнопку Объяснение можно получить информацию о счетчике. При выборе нескольких однотипных объектов, например потоков, нужно их указать
вправом поле Выбрать вхождения из списка.
Для удобства работы предусмотрена настройка вида отображаемой информации производительности, просмотр которой возможен в виде графика гистограммы и отчета (по умолчанию воспроизводится график). Для настройки внешнего вида окна Производительность нужно щелкнуть на графике правой кнопкой мыши и выбрать команду Свойства.
На вкладке Общие можно задать вид информации (график, гистограмма, отчет), отображаемые элементы, данные отчета и гистограммы (максимальные, минимальные и т.д.), период обновления данных и др.
На вкладке Источник задается источник данных (базы данных и др.).
На вкладке Данные можно для каждого счетчика задать цвет, ширину линии, масштаб др.
На вкладке График можно задать заголовок, вертикальную и горизонтальную сетку, диапазон значений вертикальной шкалы
Вкладка Оформление позволяет изменить набор цветов и шрифт.
Режимы График и Гистограмма не всегда удобны для отображения результатов анализа, например, при большом количестве счетчиков, меняющих свое значение в разных диапазонах величин. Режим Отчет позволяет наблюдать реальные значения счетчиков, так как не использует масштабируемых множителей. В этом режиме доступна только одна опция – изменение интервала опроса.
Полученная с помощью монитора производительности информация позволяет наглядно произвести экспресс-анализ функционирования нужного компонента вычислительного процесса или устройства компьютера.
26
РАБОТА С ОСНАСТКОЙ ОПОВЕЩЕНИЯ И ЖУРНАЛЫ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
Эта оснастка содержит три компонента: Журналы счетчиков, Журналы трассировки и Оповещения, которые можно использовать для записи и просмотра результатов исследования вычислительного процесса. Данные, полученные при помощи оснастки, можно просматривать как в процессе сбора, так и после его окончания.
Журналы счетчиков (Counter Logs) состоят из данных для каждого выбранного счетчика на заданном временном интервале. Для создания журнала необходимо выполнить следующие действия:
1.Запустить оснастку Производительность и дважды щелкнуть на значке Оповещения и журналы производительности.
2.Выбрать значок Журналы счетчиков, щелкнуть правой кнопкой мыши и в контекстном меню выбрать пункт Новые параметры журнала.
3.В открывшемся окне ввести произвольное имя журнала и нажать кнопку ОК, после чего в новом окне на вкладке Общие добавить новые счетчики и установить интервал съема данных.
4.На вкладке Файлы журналов можно выбрать размещение журнала, имя файла, указать тип журнала и ограничить его объем. Возможны следующие варианты:
текстовый файл CVS (данные сохраняются с использованием запятой в качестве разделителя);
текстовый файл TSV (данные сохраняются с использованием табуляции в качестве разделителя);
двоичный файл для регистрации прерывающейся информации; двоичный циклический файл для регистрации данных с перезаписью.
5.На вкладке Расписание следует выбрать режим запуска и остановки журнала (вручную или по времени). Для запуска команды после закрытия журнала установить флажок Выполнить команду и указать путь к исполняемому файлу.
6.После установки всех значений нажимаются кнопки Применить и
ОК.
Журналы трассировки (Trace Logs) всегда находятся в ожидании определенных событий. Системный или другой поставщик данных в журналах трассировки фиксирует результаты выполнения определенных операций, таких как операции ввода/вывода, или появление ошибки диска. При возникновении данного события поставщик отправляет данные сервису Оповещения и журналу производительности. Для интерпретации содержимого такого журнала используется специальный анализатор. Для создания журнала трассировки необходимо:
1.Запустить Производительность и щелкнуть Журналы трассировки.
2.Щелкнуть правой кнопкой мыши на панели результатов и в контекстном меню выбрать пункт Новые параметры журнала, в открывшемся окне ввести произвольное имя журнала и нажать кнопку ОК.
27
3.На вкладке Общие указать путь и имя созданного журнала, здесь же выбрать события, протоколируемые системным поставщиком, или указать другого поставщика. Кнопка Состояние поставщиков открывает список инсталлированных поставщиков и их состояний (активное/неактивное). Опция Несистемные поставщики выбрана по умолчанию для минимизации издержек на трассировку.
4.На вкладке Файлы журнала выбрать размер файла и тип журнала:
файл циклической трассировки (Журнал с перезаписью событий, расширение etl);
файл последовательной трассировки (данные записываются до тех пор, пока журнал не достигнет предельного размера, затем журнал закроется и будет создан новый журнал, расширение etl).
5.На вкладке Дополнительно можно указать размер буфера журнала
6.На вкладке Расписание выбирается режим запуска и остановки
журнала.
Состояние журнала можно определить по цвету его значка: красный — регистрация (или сканирование) остановлена; зеленый — регистрация запущена.
В ряде случаев для обнаружения неполадок в организации вычислительного процесса удобно использовать Оповещения (Alerts). С помощью этой функции можно установить оповещения для выбранных счетчиков. При превышении или снижении значения параметра относительно заданного значения оснастка с помощью сервиса Messenger оповещает пользователя. Для создания оповещений необходимо выполнить следующие действия:
1.Щелкнуть значок Оповещения, щелкнуть правой кнопкой мыши и в контекстном меню выбрать пункт Новые параметры оповещений.
2.В открывшемся окне ввести произвольное имя оповещения и нажать кнопку ОК, после чего в новом окне на вкладке Общие можно задать комментарий к оповещению и выбрать нужные счетчики.
3.В поле Оповещать выбрать предельные значения для счетчиков, в поле Снимать показания каждые выбрать период опроса счетчиков.
4.На вкладке Действие можно выбрать действие, которое будет происходить при запуске оповещения: сделать запись в журнале событий приложений, послать сетевое сообщение, запустить журнал производительности, запустить программу.
5.На вкладке Расписание выбирается режим запуска и остановки наблюдения.
Если в компьютере произойдет событие, предусмотренное в оповещениях, в журнал событий Приложение будет сделана соответствующая запись. Для ее просмотра нужно зайти в оснастку Просмотр событий, где и можно увидеть информацию о событии.
28
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1.Откройте папку Анализ и запустите все приложения.
2.Выполните последовательность действий: Пуск – Все программы – Администрирование – Производительность.
3.С помощью оснастки Системный монитор определите характеристики рассматриваемых процессов: % времени прерываний, количество прерываний, базовый приоритет, обращения к диску, % загрузки процессора (в пользовательском и привилегированном режимах), время выполнения процесса.
4.С помощью оснастки Журналы и оповещения производительности
исследуйте свои приложения путем записи результатов в журналы счетчиков, выбрав следующие счетчики: % загруженности работы процессора в привилегированном и пользовательском и режимах, % времени прерываний, % использования выделенной памяти, частота обращений к диску, скорость обмена с диском.
5.Создайте журнал трассировки для исследования одного из приложений, создайте оповещения по выбранным счетчикам для этого приложения.
6.Представьте отчет о работе в виде записи полученных данных и ответов на контрольные вопросы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Какие средства используются в ОС Microsoft Windows для детального исследования вычислительного процесса?
2.Что такое консоль и оснастка в компьютерной технологии?
3.Как выполнить экспресс-анализ функционирования компонентов вычислительного процесса?
4.Какие счетчики можно добавить в экспресс-анализ?
5.Для чего используются Журналы счетчиков?
6.Как создаются Журналы трассировки, что такое Оповещение?
29
Тема № 5
УПРАВЛЕНИЕ ПАМЯТЬЮ В ОС
Теоретическая часть: ВИРТУАЛИЗАЦИЯ ПАМЯТИ;
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОС ПРИ УПРАВЛЕНИИ ПАМЯТЬЮ; ИССЛЕДОВАНИЕ ПАМЯТИ С ПОМОЩЬЮ ДИСПЕТЧЕРА ЗАДАЧ; ПРОГРАММА СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМЕ; РАБОТА С ФАЙЛОМ ПОДКАЧКИ.
Практическая часть:
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ; КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
ВИРТУАЛИЗАЦИЯ ПАМЯТИ
В современных ЭВМ память является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления со стороны мультипрограммной операционной системы. Распределению подлежит вся оперативная память, не занятая операционной системой. Функциями ОС по управлению памятью являются: отслеживание свободной и занятой памяти; выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов; вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место; а также настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.
Принципиальным моментом в вопросе распределения памяти является использование или неиспользование внешней памяти для временного вытеснения процессов. В первом случае происходит так называемая виртуализация памяти – подмена оперативной памяти дисковой, что позволяет повысить уровень мультипрограммирования.
Виртуализация памяти – технология управления памятью компьютера, разработанная для мультипрограммных ОС. При использовании данной технологии для каждой программы применяются независимые схемы адресации памяти, отображающиеся тем или иным способом на физические адреса в памяти ЭВМ. Виртуализация памяти упрощает программирование, так как программисту больше не нужно учитывать ограниченность памяти, или согласовывать использование памяти с другими приложениями. Для программы выглядит доступным и непрерывным все допустимое адресное пространство, вне зависимости от наличия в ЭВМ соответствующего объёма ОЗУ. Таким образом, применение механизма виртуальной памяти позволяет:
упростить адресацию памяти клиентским программам;
30