- •6.080401 “Інформаційні управляючі системи та технології”
- •6.080402 “Інформаційні технології проектування”
- •6.080401 “Інформаційні управляючі системи та технології” 1
- •Розділ 1 Основні концепції операційних систем
- •1.1 Поняття операційної системи, ії призначення та функції
- •1.1.1 Поняття операційної системи
- •1.1.2 Призначення операційної системи
- •1.1.3 Операційна система як розширена машина
- •1.1.4 Операційна система як розподілювач ресурсів
- •1.2 Класифікація сучасних операційних систем
- •1.3 Функціональні компоненти операційних систем
- •1.3.1 Керування процесами і потоками
- •1.3.2 Керування пам’яттю
- •1.3.3 Керування введенням-виведенням
- •1.3.4 Керування файлами та файлові системи
- •1.3.5 Мережна підтримка
- •1.3.6 Безпека даних
- •1.3.7 Інтерфейс користувача
- •Розділ 2 Архітектура операційних систем
- •2.1 Базові поняття архітектури операційних систем
- •2.1.1 Ядро системи. Привілейований режим і режим користувача
- •2.2 Реалізація архітектури операційних систем
- •2.2.1 Монолітні системи
- •2.2.2 Багаторівневі системи
- •2.2.3 Системи з мікроядром
- •2.2.4 Концепція віртуальних машин
- •2.3 Особливості архітектури: unix і Linux
- •2.3.1 Базова архітектура unix
- •2.3.2 Архітектура Linux
- •Розділ 3 Керування процесами і потоками
- •3.1 Базові поняття процесів і потоків
- •3.1.1 Процеси і потоки в сучасних ос
- •3.1.2 Моделі процесів і потоків
- •3.1.3 Складові елементи процесів і потоків
- •3.2 Стани процесів і потоків
- •3.3 Опис процесів і потоків
- •3.3.1 Керуючи блоки процесів і потоків
- •3.3.2 Образи процесу і потоку
- •3.4 Створення і завершення процесів і потоків
- •3.4.1 Створення процесів
- •3.4.2 Керування адресним простором під час створення процесів
- •3.4.3 Особливості завершення процесів
- •3.4.4 Синхронне й асинхронне виконання процесів
- •3.4.5 Створення і завершення потоків
- •3. 5 Керування процесами в unix і Linux
- •3. 5. 1 Образ процесу
- •3. 5. 2 Ідентифікаційна інформація та атрибути безпеки процесу
- •3. 5.3 Керуючий блок процесу
- •3. 5. 4Створення процесу
- •3. 5. 5 Завершення процесу
- •3. 5. 6 Очікування завершення процесу
- •3. 5. 7 Сигнали
- •3.6 Керування потоками в Linux
- •3. 6. 1 Базова підтримка багатопотоковості
- •3. 6. 2 Потоки ядра Linux
- •3. 6. 2 Програмний інтерфейс керування потоками Створення потоків
- •Очікування завершення виконання потоків
- •Висновки
- •Розділ 4 Планування процесів і потоків
- •4. 1 Загальні принципи планування
- •4. 1. 1 Особливості виконання потоків
- •4. 1.2 Механізми і політика планування
- •4. 1. 3 Застовність принципів планування
- •4. 2 Види планування
- •4. 2. 1 Довготермінове планування
- •4. 2. 2 Середньотермінове планування
- •4. 2. 3 Короткотермінове планування
- •4. 3 Стратегії планування. Витісняльна і невитісняльна багатозадачність
- •4. 4 Алгоритми планування
- •4. 4. 1 Планування за принципом fifo
- •4. 4. 2 Кругове планування
- •4. 4. 3 Планування із приоритетами
- •4. 4. 4 Планування на підставі характеристик подальшого виконання
- •4. 4. 5 Багаторівневі черги зі зворотним зв’язком
- •4. 4. 6 Лотерейне планування
- •4. 5 Реалізація планування в Linux
- •4. 5. 1 Планування процесів реального часу в ядрі
- •4. 5. 2 Традиційний алгоритм планування
- •Умови виклику процедури планування
- •Процедура планування
- •Початок нової епохи
- •Розрахунок динамічного пріоритету
- •Перерахування кванта під час створення нового процесу
- •4. 5. 3 Сучасні підходи до реалізації планування
- •4. 5. 4 Програмний інтерфейс планування
- •Висновки
- •Розділ 5 Взаємодія потоків
- •5. 1 Основні принципи взаємодії потоків
- •5. 2 Основні проблеми взаємодії потоків
- •5. 2. 1 Проблема змагання
- •5. 2. 2 Критичні секції та блокування Поняття критичної секції
- •Блокування
- •Проблеми із реалізацією блокувань
- •5. 3 Базові механізми синхронізації потоків
- •5. 3. 1 Семафори
- •Особливості використання семафорів
- •Реалязація задачі виробників-споживачів за допомогою семафорів
- •5. 3. 2 М’ютекси
- •Висновки
- •Розділ 6 Міжпроцесова взаємодія
- •6. 1 Види міжпроцесової взаємодії
- •6. 1. 1 Технологія відображуваної пам’яті (mapped memory)
- •Розділ 7 Керування оперативною пам’яттю
- •7. 1 Основи технології віртуальної пам’яті
- •7. 1. 1. Поняття віртуальної пам’яті
- •7. 1. 2. Проблеми реалізації віртуальної пам’яті. Фрагментація пам’яті
- •7. 1. 3. Логічна і фізична адресація пам’яті
- •7. 1. 4 Підхід базового і межового регістрів
- •7. 2 Сегментація пам’яті
- •7.2. 1. Особливості сегментації пам’яті
- •7.2.2. Реалізація сегментації в архітектурі іа-32
- •7. 3 Сторінкова організація пам’яті
- •7.3.1. Базові принципи сторінкової організації пам’яті
- •7.3.2. Порівняльний аналіз сторінкової організації пам’яті та сегментації
- •7.3.3. Багаторівневі таблиці сторінок
- •7.3.4. Реалізація таблиць сторінок в архітектурі іа-32
- •7.3.5. Асоціативна пам’ять
- •7. 4. Сторінково-сегментна організація пам’яті
- •7. 5. Реалізація керування основною пам’яттю: Linux
- •7.5.1. Використання сегментації в Linux. Формування логічних адрес
- •7.5.2. Сторінкова адресація в Linux
- •7.5.3. Розташування ядра у фізичній пам’яті
- •7.5.4. Особливості адресації процесів і ядра
- •7.5.5. Використання асоціативної пам’яті
- •Розділ 8 Логічна організація файлових систем
- •8. 1. Поняття файла і файлової системи
- •8.1.1. Поняття файла
- •8.1.2. Поняття файлової системи
- •8.1.3. Типи файлів
- •8.1.4. Імена файлів
- •8. 2. Організація інформації у файловій системі
- •8.2.1. Розділи
- •8.2.2. Каталоги
- •8.2.3. Зв’язок розділів і структури каталогів
- •Єдине дерево каталогів. Монтування файлових систем
- •8. 3. Зв’язки
- •8. 3. 1. Жорсткі зв’язки
- •8. 3. 2. Символічні зв’язки
- •Підтримка символічних зв’язків на рівні системних викликів
- •8. 4. Атрибути файлів
- •8. 5. Операції над файлами і каталогами
- •8. 5. 1. Підходи до використання файлів процесами
- •8. 5. 2. Загальні відомості про файлові операції
- •8. 5. 3. Файлові операції posix
- •Література
3.3 Опис процесів і потоків
Як ми вже знаємо, одним із основних завдань операційної системи є розподіл ресурсів між процесами і потоками. Такими ресурсами є насамперед процесорний час (його розподіляють між потоками під час планування), засобивведення-виведення й оперативна пам’ять (їх розподіляють між процесами).
Для керування розподілом ресурсів ОС повинна підтримувати структури даних, які містять інформацію, що описує процеси, потоки і ресурси. До таких структур даних належать:
таблиці розподілу ресурсів: таблиці пам’яті, таблиці введення-виведення , таблиці файлів тощо;
таблиці процесів і таблиці потоків, де міститься інформація про процеси і потоки, присутні у системів конкретний момент.
3.3.1 Керуючи блоки процесів і потоків
Інформацію про процеси і потки в системі зберігають у спеціальних структурах даних, які називають керуючими блоками процесів і керуючими блоками потоків. Ці структури дуже важливі для роботи ОС, оскількі на підставі їхньої інформації система здійснює керування процесами і потоками.
Керуючий блок потоку (Thread control Block, TCB) відповідає активному потоку, тобто тому, який перебуває у стані готовності, очікування або виконання.
Цій блок може міститу таку інформацію:
ідентифікаційні дані потоку (зазвичай його унікальний ідентифікатор);
стан процесору потоку: користувацьки регістри процесора, лічильник інструкцій, покажчик на стек;
інформацію для планування потоків.
Таблиця потоків – це зв’язний список або масив керуючих блоків потоку. Вона розташована в захищеній області пам’яті ОС.
Керуючий блок процесу (Process Control Block, PCB) відповідає процесу, що присутній у системі. Такий блок може містити:
ідентифікаційні дані процесу (унікальний ідентифікатор, інформацію про інші процеси, пов’язані з аданим);
інформаію про потоки, які виконуються в адресному просторі процесу (наприклад, покажчики на їхні керуючи блоки);
інформацію, на основі якої можна визначити права процесу на використання різних ресурсів (наприклад, ідентифікатор користувача, який створив процес);
інформацію з розподілу адресного просору процесу);
інформацію про ресурси введення-виведення та файли, які використовує процес.
3.3.2 Образи процесу і потоку
Сукупність інформації, що відображує процес у пам’яті, називають образом процесу (process image), а всю інформацію про потік – образом потоку (thread image). До образу процесу належать:
керуючий блок процесу;
програмний код користувача;
дані користувача (глобальні дані програми, загальні для всіх потоків);
інформація образів потоків процесу.
Програмний код користувача, дані користувача та інформація про потоки завантажуються в адресний простір процесу. Образ процесу звичайно не є безперервною ділянкою пам’яті, його частини можуть вивантажуватись на диск.
До образу потоку належать:
керуючий блок потоку;
стек ядра (стек потоку, який використовується під час виконання коду потоку в режимі ядра);
стек користувача (стек потоку, доступний у користивацькому ражимі).
Схема розташування в пам’яті образів процесу і його потоків зображена на рисунку 3.2. Усі потоки конкретного процесу можуть користуватися загальною інформацією його образу.