- •Расшифруйте понятия “протокол”, “интерфейс”. В чем разница между ними? Какие основные виды интерфейсов существуют у компьютерных программ согласно стандарта posix?
- •Что такое ядро ос? Какие особенности его работы по сравнению с другими программами? Какие архитектуры ос бывают? в чем их преимущества и недостатки
- •Какие принципиальные отличия языка Ассемблера от высокоуровневых языков программирования? Что такое байткод? в чём разница между язіком Ассемблера и байткодом?
- •Приведите примеры форматов исполняемых файлов и кратко охарактеризуйте их. Подробно формат elf.
- •Перечислите этапы загрузки компьютера от включения питания до активизации gui или cli ос. Охарактеризуйте роль каждого из них.
- •Что такое процесс ос? Чем он отличается от программы? Что такое нить? Какие есть подходы к созданию многонитевых (многопоточных программ)? Что такой фибр, в чем его отличие от нити?
- •Опишите жизненный цикл процесса. Какие требования обычно выдвигаются к алгоритмам планирования процессов?
- •Перечислите основные алгоритмы планирования процессов. Сформулируйте и охарактеризуйте алгоритм “Очередь” (fifo). Приведите простой пример. В каких системах он может применяться на практике?
- •2 Примера каждого из них:
- •Назовите и кратко опишите существующие способы синхронизации многопоточных приложений.
- •Что такое критическая область процесса? Что такое тупик? Какие виды тупиков бывают? Назовите прнципы разработки многопоточных программ, которые позволят избежать для них попадания в тупики.
- •Что представляет из себя примитив синхронизации “Семафор”? Опишите его интерфейс (набор операций) и приведите простой пример использования.
- •Что представляет из себя примитив синхронизации “Монитор”? Опишите его интерфейс (набор операций) и приведите простой пример использования.
- •Какие инструкции аппаратной синхронизации вы знаете? Сравните их. Приведите 2 примера, как на их основе можно построить различные примитивы синхронизации (условные переменные, семафоры, …).
- •Что такое оптимистическое и пессимистическое блокирование? в каких случаях какое предпочтительнее? Какие еще виды блокирования вы знаете?
- •Что такое программная транзакционная память (stm)? Какие качества имеют программы, которые ее используют?
- •Что такое конвейер (pipe)? Что такое именованный конвейер? Охарактеризуйте их. Как эти объекты можно использовать для взаимодействия программ (приведите несколько примеров)?
- •Что такое фрагментация? Какие виды фрагментации бывают? Какие виды фрагментации проявляются в 3 основных схемах размещения файлов?
- •Нарисуйте обобщенную структуру программы в памяти. Каким образом на нее может повлиять использование сегментной модели виртуальной памяти?
- •Опишите страничную и сегментную организацию виртуальной памяти. В чем преимущества и недостатки каждой из них?
- •Какая главная проблема эффективной реализации систем виртуальной памяти? Назовите несколько способов ее решения?
- •Сформулируйте алгоритм выбора кандидата на удаление из кэша “Наименее недавно использовавшийся” (lru). Опишите его работу на простом примере. В чем его преимущества и недостатки?
- •Назовите способы учета свободного места на диске, кратко опишите их. В каких файловых системах какие способы используются?
- •Управление свободным и занятым дисковым пространством
- •38. Что такое файловая система на основе журнала? Чем она отличается от классической файловой системы, какие у нее есть преимущества и недостатки, основные проблемы и особенности реализации?
- •39. Опишите Socket api ос. В чем его особенности, сильные и слабые стороны?
- •40. Опишите технологию удаленного вызова процедур (rpc). Сравните 2 подхода к предаче данных в ней. Какие уровни Интернет-стека участвуют в организации распределенного взаимодействия в ней?
- •41. Опишите сетевой стек tcp/ip. Чем он отличается от эталонной модели osi? Какой уровень к tcp/ip стеку добавляет rpc-приложение?
Какая главная проблема эффективной реализации систем виртуальной памяти? Назовите несколько способов ее решения?
Главная проблема: баланс между размером страниц и их количеством.
Инвертированные таблицы страниц нашли широкое применение на 64-разрядных машинах, поскольку даже при очень больших размерах страниц количество записей в обычных таблицах страниц будет для них запредельным. К примеру, при размере страниц в 4 Мбайт и 64-разрядных виртуальных адресах понадобится 242 записей в таблице страниц.
В настоящее время известно несколько методов повышения эффективности функционирования страничной виртуальной памяти. К ним относятся:
более сложная структуризация виртуального адресного пространства, например, двухуровневая (типичная для 32-битовой адресации);
использование специального высокоскоростного кэша для хранения части записей таблицы страниц, который обычно называют буфером быстрого преобразования адреса, или буфером поиска трансляции (translation lookaside buffer – TLB);
выбор оптимального размера страницы виртуальной памяти;
эффективное управление страничным обменом.
Естественно, что эффективность реализации виртуальной памяти в мультизадачных системах - один из главных критериев качества всей компьютерной системы в целом. Разные стратегии управления виртуальной памятью, воплощенные в различных алгоритмах замещения, наглядно наблюдаются даже по поведению той или иной ОС, например при запуске новых задач: MS Windows "жадно урчит винчестером", экономная Linux стремится к минимизации процессов замещения, надежная и ориентированная на серверные приложения FreeBSD упорно добивается максимума свободной физической памяти (чтобы быстрее запустить еще один процесс в случае необходимости).
Файл подкачки - файл на жестком диске, используемый Windows для хранения данных, которые не помещаются в оперативной памяти.
Виртуальная память - это оперативная память вместе с файлом подкачки.
Объём виртуальной памяти складывается из объёма оперативной памяти и области подкачки (swap-а) именно поэтому объем доступной виртуальной памяти меньше максимального.
Методики эффективной организации файла подкачки
Одним из способов выделения места для swap‐файла (раздела) является кратное выделение памяти, когда объём этого файла равен объёму оперативной памяти, умноженному на 1, на 2, на 3.
Если на компьютере имеется более одного жёсткого диска, то для более быстрого обращения к файлу подкачки его желательно разместить на наименее нагруженном запросами чтения/записи физическом диске. Хорошим выбором будет физический диск, с которого не запускается ОС или приложения.
Следует учесть пропускную способность интерфейса жёсткого диска (IDE/SATA), а также характеристики самих дисков. Лучше разместить файл подкачки на диске, который имеет наибольшую скорость чтения/записи.
В Windows скорость чтения из небольших разделов больше у FAT32 по сравнению с NTFS[2], однако, благодаря более высокой устойчивости NTFS к сбоям и значительным объёмам современных винчестеров, разделы с FAT32 ныне редко используются.
При наличии на компьютере значительного объёма ОЗУ (1 и более гигабайт) и использовании большинства популярных ОС семейств GNU/Linux и MS Windows (кроме Windows Vista/7) можно полностью отключить подкачку. При использовании различных версий Windows Vista также можно отключить подкачку, однако, в силу ресурсоёмкости этой системы, желательно при этом иметь не менее 2 Гб физической памяти.
Сформулируйте алгоритм выбора кандидата на удаление из кэша “Часы”. Опишите его работу на простом примере. В чем его преимущества и недостатки? Кэш или кеш (англ. cache, от фр. cacher — прятать; произносится [kæʃ] — кэш) — промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью. Доступ к данным в кэше идёт быстрее, чем выборка исходных данных из оперативной (ОЗУ) и быстрее внешней (жёсткий диск или твердотельный накопитель) памяти, за счёт чего уменьшается среднее время доступа и увеличивается общая производительность компьютерной системы. В информатике под алгоритмами кэширования (часто называемыми алгоритмами вытеснения или политиками вытеснения, а также «алгоритмами/политиками замещения») понимают оптимизацию инструкций — алгоритмы — особая компьютерная программа или аппаратно поддерживаемая структура, способная управлять кэшем информации, хранимой в компьютере. Когда кэш заполнен, алгоритм должен выбрать, что именно нужно удалить из него, чтобы иметь возможность записи (в кэш) новой, более актуальной информации. «Уровень попаданий» кэша означает то, насколько часто искомые данные обнаруживаются в кэше. Более эффективные политики вытеснения отслеживают обращения к наиболее используемой информации, чтобы улучшить уровень попаданий (при том же размере кэша). «Латентность» кэша означает насколько быстро кэш может вернуть запрошенные данные непосредственно после запроса (в случае, если происходит «попадание»). Более быстрые стратегии вытеснения обычно отслеживают наименее используемую информацию — или, в случае кэша прямого отображения (direct-mapped cache), отсутствие информации, чтобы снизить затраты времени на обновление информации. Каждая стратегия вытеснения является компромиссом между уровнем попаданий и латентностью.
Алгоритм «часы»
Хотя алгоритм «вторая попытка» является корректным, он слишком неэффективен, потому что постоянно передвигает страницы по списку. Поэтому лучше хранить все страничные блоки в кольцевом списке в форме часов, как показано на рис. 6. Стрелка указывает на старейшую страницу.
Когда происходит страничное прерывание, проверяется та страница, на которую направлена стрелка. Если ее бит R равен 0, страница выгружается, на ее место в часовой круг встает новая страница, а стрелка сдвигается вперед на одну позицию. Если бит R равен 1, то он сбрасывается, стрелка перемещается к следующей странице. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не находится та страница, у которой бит R = 0. Неудивительно, что этот алгоритм называется «часы». Он отличается от алгоритма «вторая попытка» только своей реализацией.
"Часы" реализуются так: элементы кэша хранятся в виде списка, по которому указатель перемещается каждый раз, когда нужно найти свободный участок. Записи помечаются флагом "используется", который определяет, что указатель должен освобождать эту запись для последующего использования. Каждый раз, когда указатель находит запись с флагом, он сбрасывает флаг, чтобы при следующем проходе запись могла быть освобождена. Освобождение записи кэша возможно только при не установленном для неё флаге "используется", поэтому, указатель проходит по списку записей, пока не обнаружит запись без флага, после полного прохода по списку - начиная с его начала, по кругу, вследствие чего алгоритм и получил свое название.
Недостатки: строгая цикличность замедляет работу.
Преимущества: простота и надежность.