- •Раздел 1. Архитектура операционных систем Тема 1. Принципы построения операционных систем
- •1.1. Понятие об архитектуре аппаратных средств
- •1.1.1. Вводные замечания
- •1.1.2. Классификация программных средств
- •1.1.3. Место и функции системного программного обеспечения
- •1.2. Принципы работы вычислительной системы
- •1.3. Режимы работы операционных систем
- •1.3.1. Режимы обработки данных
- •1.3.1.1. Однопрограммные режимы обработки данных
- •1.3.1.2. Многопрограммные режимы обработки данных
- •1.3.2. Режимы и дисциплины обслуживания
- •1.3.2.1. Режимы обслуживания
- •1.3.3.2. Дисциплины обслуживания
- •1.4. Классификация операционных систем
- •1.4.1. Особенности алгоритмов управления ресурсами
- •1.4.1.1. Поддержка многозадачности
- •1.4.1.2. Поддержка многонитевости
- •1.4.2. Особенности аппаратных платформ
- •1.4.3. Особенности областей использования
- •1.4.4. Особенности методов построения
- •1.5. Основные принципы построения операционных систем
- •1.6. Пользовательский интерфейс операционных систем
- •1.6.1. Классификация интерфейсов
- •1.6.2. Пакетная технология.
- •1.6.3. Технология командной строки.
- •1.6.4. Графический интерфейс
- •1.6.4.1. Простой графический интерфейс.
- •1.6.4.2. Wimp-интерфейс
- •1.6.5. Речевая технология
- •1.6.6. Биометрическая технология)
- •1.6.7. Семантический интерфейс.
- •Контрольные вопросы к теме 1
- •Тема 2. Концептуальные основы операционных систем
- •2.1. Концепция процесса
- •2.2. Концепция ресурса
- •2.3. Концепция виртуальности
- •2.4. Концепция прерывания
- •2.5. Понятие ядра и микроядра ос
- •2.5.1. Понятие ядра ос
- •2.5.2. Понятие микроядра ос
- •Контрольные вопросы к теме 2
- •Тема 3. Понятие управления задачами
- •3.1. Организация управления задачами
- •3.2. Средства и механизмы управления задачами
- •3.2.1. Средства управления задачами на уровне внешнего планирования
- •3.2.2. Средства управления задачами на уровне внутреннего планирования
- •3.3. Алгоритмы управления задачами
- •3.3.1. Алгоритмы управления задачами на уровне внешнего планирования
- •3.3.2. Алгоритмы управления задачами на уровне внутреннего планирования
- •3.3.2.1. Мультизадачность, процессы и нити Мультизадачность
- •Процессы
- •Контекст и дескриптор процесса
- •3.3.2.2. Состав алгоритмов внутреннего планирования
- •3.3.2.3. Алгоритм управления количеством процессов в рабочей смеси
- •3.3.2.4. Алгоритмы выбора очередности обработки
- •3.3.2.5. Алгоритмы выбора величины кванта
- •3.4. Взаимосвязанные и конкурирующие задачи
- •3.4.1. Средства управления ресурсами
- •3.4.2. Механизмы синхронизации процессов
- •3.4.2.1. Параллельные процессы и критические участки
- •3.4.2.2. Примитивы взаимоисключения
- •3.4.2.3. Программная реализация примитивов взаимоисключения
- •3.4.2.4. Реализация примитивов взаимоисключения с использованием аппаратных средств
- •3.4.2.5. Семафоры
- •3.4.2.6. Мониторы
- •3.4.3. Алгоритмы управления ресурсами
- •3.4.3.1. Вводные замечания
- •3.4.3.2. Алгоритм предоставления ресурса по первому обращению
- •3.4.3.3. Алгоритмы предотвращения тупиков
- •3.4.3.3.1. Стратегии предотвращения тупиков
- •3.4.3.3.2. Алгоритм предварительного распределения ресурсов
- •3.4.3.3.3. Алгоритм распределения ресурсов с освобождением при отказе
- •3.4.3.3.3. Алгоритм распределения с линейным упорядочением по типам ресурсов
- •3.4.3.3. Алгоритмы обхода тупиков
- •Контрольные вопросы к теме 3
- •Тема 4. Управление памятью в операционных системах
- •4.1. Понятие об организации и управлении физической памятью
- •4.2. Методы связного распределения основной памяти (без использования дискового пространства)
- •4.2.1. Связное распределение памяти для одного пользователя
- •4.2.2. Связное распределение памяти при мультипрограммной обработке
- •4.2.3. Стратегии размещения информации в памяти
- •4.3. Организация виртуальной памяти (с использованием дискового пространства)
- •4.3.1. Основные концепции виртуальной памяти
- •4.3.2. Схема прямого отображения адресов
- •4.3.3. Отображения адресов при страничной организации виртуальной памяти
- •4.3.4. Отображения адресов при сегментной организации виртуальной памяти
- •4.3.4. Отображения адресов при странично-сегментной организации виртуальной памяти
- •4.4. Управление виртуальной памятью
- •4.4.1. Стратегии управления виртуальной памятью
- •4.4.2. Стратегии вталкивания (подкачки)
- •4.4.3. Стратегии размещения
- •4.4.4. Стратегии выталкивания
- •Контрольные вопросы к теме 4
- •Тема 5. Управление файлами и вводом-выводом в ос
- •5.1.Методы организации данных в операционных системах
- •5.2. Методы доступа к данным
- •5.3. Объединение записей в блоки и буферизация
- •5.4. Управление файлами
- •5.4.1. Понятие файлового способа хранения данных и файловой системы
- •5.4.2. Организация файлов
- •5.4.3. Организация хранения файлов
- •5.4.4. Операции над файлами
- •5.4.5. Файловая система
- •5.4.5.1. Общая модель файловой системы
- •5.4.5.2. Современные архитектуры файловых систем
- •5.5. Система ввода-вывода
- •5.5.1. Общие положения
- •5.5.2. Физическая организация устройств ввода-вывода
- •5.5.3. Организация программного обеспечения ввода-вывода
- •5.5.3.1. Уровни организации программного обеспечения ввода-вывода
- •5.5.3.2. Обработка прерываний
- •5.5.3.3. Драйверы устройств
- •5.5.3.4. Независимый от устройств слой операционной системы
- •5.5.3.5. Пользовательский слой программного обеспечения
- •Контрольные вопросы к теме 5
3.4.2.3. Программная реализация примитивов взаимоисключения
Программная реализация примитивов взаимоисключения осуществляется с соблюдением следующих четырех ограничений :
задача должна быть решена чисто программным способом на машине, не имеющей специальных команд взаимоисключения;
не должно быть никаких предположений об относительных скоростях выполнения асинхронных параллельных процессов;
процессы, находящиеся вне своих критических участков, не могут препятствовать другим процессам входить в их собственные критические участки;
не должно быть бесконечного откладывания момента входа процессов в их критические участки.
Впервые изящную программную реализацию механизма взаимоисключения предложил голландский математик Деккер. Впоследствии алгоритм Деккера был существенно усовершенствован Е.Дейкстрой. Программа реализации алгоритма Деккера-Дейкстры приведена на рис.3.3.
3.4.2.4. Реализация примитивов взаимоисключения с использованием аппаратных средств
Для синхронизации с использованием аппаратных средств необходимо наличие в системе команд ЭВМ команды, которая обеспечивает выполнение следующих операций: чтение переменной; запись ее значения в область сохранения; установка нужного конкретного значения этой переменной.
Подобная команда в настоящее время существует практически во всех ЭВМ и обычно имеет мнемоническое обозначение testandset (проверить_и_установить). Неделимая команда с двумя операндами testandset(a, b) читает значения логической переменной b, копирует его в a, а затем устанавливает для b значение истина, и все это в рамках одной непрерывной операции. Пример применения testandset приведен на рис.3.4.
|
program Алгоритм Деккера-Дейкстры; var избранный_процесс: (первый, второй); П1_хочет_войти, П2_хочет_войти: логический; procedure П1; begin while истина do begin П1_хочет_войти:=истина; while П2_хочет_войти do begin if избранный_процесс=второй then begin П1_хочет_войти:=ложь; while избранный_процесс=второй do ; П1_хочет_войти:=истина; end; end; критический_участок_процесса_П1; избранный_процесс:=второй; П1_хочет_войти:=ложь; прочие операторы процесса П1; end; end; procedure П2; begin while истина do begin П2_хочет_войти:=истина; while П1_хочет_войти do begin if избранный_процесс=первый then begin П2_хочет_войти:=ложь; while избранный_процесс=первый do ; П2_хочет_войти:=истина; end; end; критический_участок_процесса_П2; избранный_процесс:=первый; П2_хочет_войти:=ложь; прочие операторы процесса П2; end; end; { Основной процесс } begin П1_хочет_войти:=ложь; П2_хочет_войти:=ложь; Избранный_процесс:=первый; { Запуск параллельных процессов } П1; П2; end; |
Рис.3.3. Программная реализация примитивов взаимоисключения.
|
program Пример_TestAndSet; var активный: логический; { Процесс П1 } procedure П1; var первому_входить_нельзя: логический; begin while истина do begin первому_входить_нельзя:=истина; while первому_входить_нельзя do testandset(первому_входить_нельзя, активный); Критический участок процесса П1; активный:=ложь; Прочие операторы процесса П1; end; end; { Процесс П2 } procedure П2; var второму_входить_нельзя: логический; begin while истина do begin второму_входить_нельзя:=истина; while второму_входить_нельзя do testandset(второму_входить_нельзя, активный); Критический участок процесса П2; активный:=ложь; Прочие операторы процесса П2; end; end; { Основной процесс } begin активный:=ложь; П1; { запуск процесса П1 } П2; { запуск процесса П2 } end; |
Рис.3.4. Реализация взаимоисключения с применением команды проверить_и_установить.