Экзамен ОС 2018

Оглавление

●Для работы с динамической TLS поток может использовать четыре функции:

○TlsAlloc ()

○TlsGetValue ()

○TlsSetValue ()

○TlsFree ()

Функции для работы с динамической TLS

●DWORD TlsAlloc (VOID)

○Данная функция резервирует очередную 4-х байтную ячейку в локальной памяти потока и возвращает ее индекс. Далее этот индекс передают в функции TlsSetValue () и TlsGetValue ().

○Если массив ячеек TLS полностью использован, возвращаемое значение будет равно TLS_OUT_OF_INDEXES, что сообщает об ошибке выделения ячейки.

●BOOL TlsSetValue (

DWORD dwTlsIndex, // TLS индекс для сохранения значения LPVOID lpvTlsValue // адрес значения для сохранения

);

○Функция TlsSetValue () записывает значение в ячейку с индексом, который был возвращен функцией TlsAlloc ().

○В случае успеха функция возвращает TRUE, иначе – FALSE.

●LPVOID TlsGetValue (

DWORD dwTlsIndex // TLS индекс для получения значения

);

○Функция TlsGetValue () соответственно возвращает значение указанное данным индексом.

○В случае успеха функция возвращает TRUE, иначе – FALSE.

Оглавление

Оглавление

Иллюстрация использования динамической TLS

Статическая TLS

●Статическая локальная память позволяет хранить данные любого фиксированного размера.

●Статическая локальная память потока опирается на механизмы загрузчика и свои собственные структуры.

●Статическая TLS не использует функции Win32 API .

●Компиляторы высокоуровневых языков предоставляют специальный синтаксис для работы с статической TLS.

●В программах на ассемблере статическую TLS придется реализовывать ее вручную.

Синтаксис объявления переменной в статической TLS

●Компилятор Microsoft VC++ позволяет использовать следующий синтаксис для создания переменной специфичной для потока:

Пример кода:

declspec(thread) int tls_i = 1;

●Этим кодом создается переменная tls_i локальная для потока, которая инициализируется значением 1. Переменная может быть любого типа.

●Переменная, указываемая за __declspec(thread), должна быть либо глобальной, либо статической внутри (или вне) функции.

●Локальную переменную с модификатором __declspec(thread) объявить нельзя.

Ограничения на использование статической TLS

1.Спецификатор __declspec( thread ) может быть использован только с данными.

2.TLS нельзя применять к локальным переменным.

Оглавление

Оглавление

3.Нельзя получить адрес переменной TLS, т.к. он не является константой.

4.Могут возникнуть проблемы с DLL, которую динамически загружают с помощью LoadLibrary (). Для DLL, которые могут быть загружены с помощью LoadLibrary () и которые используют TLS рекомендуется использовать динамическую TLS.

16.Объекты управления центральным процессором и объединения ресурсов в MS Windows 2000+. Атрибуты процессов и потоков. Классы приоритетов.

Объекты управления центральным процессором и объединения ресурсов в MS Windows 2000+

Контекст процесса

●Контекст – хранит состояние регистров, состояние программного счетчика, режим работы процессора, незавершенные операции ввода-вывода, информация о выполненных системных вызовах.

●Для хранения информации, необходимой для совершения операции над процессом, используется структура данных PCB (Process Control Block – блок управления процессом).

●Конкретный состав PCB зависит ОС и обычно содержит:

○регистровый контекст процессора – все регистры и программный счетчик;

○системный контекст процессора (контекст ядра ОС).

●Кроме того к контексту процесса относят пользовательский контекст процесса, который включает код и данные, находящиеся в адресном пространстве процесса.

Process Control Block

●Регистровый контекст процесса:

○Программный счетчик (адрес команды, которая должна быть выполнена для него следующей);

○Содержимое регистров.

●Системный контекст процессора:

○Состояние процесса;

○Данные для планирования использования процессора и управления памятью;

○Учетная информация;

○Сведения об устройствах ввода-вывода, связанных с процессом.

Переключение контекста

●Переключение процессора с выполнения команд одного потока на выполнение команд другого называют переключением контекста.

Оглавление

Оглавление

Переключение контекста и производительность системы

●Время, затраченное на переключение контекста, не используется вычислительной системой для совершения полезной работы и представляет собой накладные расходы, снижающие производительность системы. Оно меняется от машины к машине и обычно находится в диапазоне от 1 до 1000 микросекунд.

●Чем чаще происходит переключение контекста, тем система более реактивна, но при этом обладает меньшей пропускной способностью, т.к. чаще происходит переключение контекста.

Сопутствующие факторы, влияющие на производительность

●При переключении контекста происходят аппаратные действия, влияющие на производительность:

○очистка конвейера команд и данных процессора;

○очистка TLB, отвечающего за страничное отображение линейных адресов на физические.

●Кроме того, следует учесть следующие факты, влияющие на состояние системы:

○содержимое кэша (особенно кэша 1-го уровня) накопленное и «оптимизированное» под выполнение одного потока оказывается совершенно неприменимым к новому потоку, на который происходит переключение;

Оглавление

Оглавление

○при переключении контекста, на поток, который до этого долгое время не использовался, многие страницы могут физически отсутствовать в оперативной памяти, что порождает подгрузку вытесненных страниц из вторичной памяти.

Методы снижения ресурсоемкости переключения контекста

●Использование многопоточности

○при переключении контекста между потоками одного процесса, регистр CR3 не меняется и содержимое TLB сохраняется

●Размещение ядра ОС в адресном пространстве пользовательского процесса

○при переключении контекста между user-space и kernel-space (и обратно), что, например, происходит при выполнении системных вызовов, регистр CR3 не меняется и содержимое TLB сохраняется

●Минимизация перемещения потоков при диспетчеризации в SMP-системе

○улучшается эффективность работы кэша 2-го уровня

●Оптимизация восстановления контекста потока под операции с регистрами общего назначения

○реальное сохранение/восстановление контекста регистров сопроцессора плавающей точки и MMX/SSE контекст происходит при первом обращении нового потока

Основные понятия

●Задание – набор процессов, управляемых как единое целое, с общими квотами

илимитами

●Процесс – контейнер для ресурсов

●Поток – сущность планируемая ядром

●Волокно – облегченный поток, управляемый полностью в пространстве пользователя

Процессы и потоки Windows

●Иерархия процессов (ссылки между процессами-родителями и процессами-потомками) в явном виде не поддерживается.

●Процессы имеют многопоточную организацию.

●Процессы и потоки реализованы в форме объектов, и доступ к ним осуществляется посредством службы объектов.

●Объекты-процессы и объекты-потоки имеют встроенные средства синхронизации.

Процессы

●Процесс – это совокупность системных ресурсов, задействованная для выполнения определенной работы:

■собственное ВАП, которое представляет собой совокупность виртуальных адресов, которые может использовать процесс;

■ресурсы (объекты), такие как файлы, семафоры и т.п., которые назначены процессу ОС;

■хотя бы один поток (исполняемый код).

Оглавление

Оглавление

Потоки

●Поток – сущность планируемая ядром.

●Поток – объект диспетчеризации ядра.

●Поток – это непрерывная последовательность инструкций, выполняющих определенную функцию.

Атрибуты процесса

●Идентификатор процесса – уникальное значение, которое идентифицирует процесс в рамках ОС (только в текущий момент времени).

●Виртуальное адресное пространство – описывается с использованием специальных структур данных VAD (дескрипторов виртуальных адресов).

●Исполняемая программа – начальный код и данные, проецируемые на виртуальное адресное пространство процесса.

●Список (таблица) открытых дескрипторов объектов, доступных всем потокам в данном процессе.

●Дескриптор безопасности – дескриптор безопасности объекта «процесс».

●Маркер доступа – содержит информацию о безопасности и идентифицирует пользователя, группы безопасности и привилегии, сопоставленные с процессом.

●Базовый приоритет – основа для исполнительного приоритета потоков процесса.

●Процессорная совместимость – набор процессоров, на которых могут выполняться потоки процесса.

●Список потоков процесса (как минимум один поток).

●Предельные значения квот ресурсов (см. Job).

●Счетчики производительности, связанные с процессом.

Атрибуты потоков

●Идентификатор клиента – уникальное значение, которое идентифицирует поток при ее обращении к серверу.

●Контекст потока – информация, которая необходима ОС для того, чтобы продолжить выполнение прерванного потока.

●Два стека, один из которых используется потоком при выполнении в режиме ядра, а другой – в пользовательском режиме.

●Локальная память потока (thread local storage, TLS) – закрытая область памяти потока.

●Дескриптор безопасности – дескриптор безопасности объекта «поток».

●Динамический приоритет – значение приоритета потока в данный момент.

●Базовый приоритет – нижний предел динамического приоритета потока.

●Процессорная совместимость потока – перечень номеров процессоров, на которых может выполняться поток.

●Номер идеального процессора потока.

●Номер процессора, на котором поток выполнялся прошлый раз.

●Счетчик приостановок – текущее количество приостановок выполнения потока.

●Счетчики производительности, связанные с потоком.

Оглавление

Оглавление

Поток и ресурсы процесса

●Потоки не имеют собственного адресного пространства и получают доступ к ВАП процесса-родителя. Это означает, что все потоки в процессе могут записывать и считывать содержимое памяти любого из потоков данного процесса (кроме локальной памяти потока – TLS).

●Также потоки процесса могут совместно пользоваться ресурсами процесса-родителя через общую таблицу дескрипторов.

Защита процессов и потоков

●По умолчанию у потоков нет собственного маркера доступа и для целей безопасности используется маркер доступа процесса-родителя (поток 1).

●При необходимости каждый поток может получить собственный маркер доступа

(потоки 2 и 3).

Классы приоритетов

Оглавление

Оглавление

Относительные приоритеты потоков

Иллюстрация по приоритетам для Windows 2000

●Нулевой приоритет зарезервирован для потока обнуления страниц

●Приоритеты 17-21 и 27-30 могут использоваться только при написании драйвера, работающего в режиме ядра.

Оглавление

Оглавление

17. Общие принципы диспетчеризация (планирования загрузки) в MS Windows 2000+. Классы приоритетов. Относительные приоритеты. Динамическое изменение приоритетов.

Общие принципы диспетчеризация (планирования загрузки) в MS Windows

2000+

Здесь будут именно общие принципы, подробнее про windows в билете №20.

Классификация дисциплин обслуживания

●Бесприоритетные дисциплины – выбор из очереди производится без учета относительной важности задач и времени их обслуживания.

●Приоритетное обслуживание – отдельным задачам предоставляется преимущественное право перейти в состояние ВЫПОЛНЕНИЯ.

●Фиксированные приоритеты – являются величиной постоянной на всем жизненном цикле процесса.

●Динамические приоритеты – изменяются в зависимости от некоторых условий в соответствии с определенными правилами. Для реализации динамических приоритетов необходимы дополнительные затраты, но их использование предполагает более справедливое распределение процессорного времени между процессами.

Линейные бесприоритетные дисциплины

●FCFS (First-Come, First-Served)

○обслуживание процессов в порядке поступления

●SJF (Shortest-Job-First)

Оглавление

Оглавление

○обслуживание самого короткого процесса первым без прерывания при поступлении более короткого процесса

●SRTF (Shortest-Remaining-Time-First)

○обслуживание самого короткого процесса первым с прерыванием при поступлении процесса более короткого, чем остаток выполняющегося

First-Come, First-Served (очередь)

●FCFS (или FIFO) – самая простая дисциплина обслуживания, в соответствии с которой процессы получают доступ к процессору в порядке поступления.

●FCFS – реализует невытесняющую многозадачность.

Пример FCFS – Вариант 1

Время ожидания процессов: P1 = 0; P2= 24; P3 = 27. Среднее время ожидания: (0 + 24 + 27)/3 = 17.

Пример FCFS – Вариант 2

Оглавление