4) Супервизор

компонент Операционной Системы (ОС), управляющий процессом, памятью и работой компонентов компьютера. В операционной системе может быть несколько супервизоров, которые управляют определенными процессами . Например, супервизор: управления устройствами ввода/вывода данных; службы времени: оперативной памяти (учет и распределение этой памяти); страничного обмена (обмен EAA данными\ между оперативной и внешней памятью; организации задач; обработки прерываний.

Обработка прерываний при участии супервизора ОС. 1. отключение прерываний. Производится в соотв. модулях ОС. Сохранение контекста прерванной задачи. Установка режима системы прерываний. 2. определение адреса программного модуля. который обслуживает запрос на прерывание и передача управления на него. Включение подпрограммы обработки прерываний. Диспетчер задач: выбор готовой к выполнению задачи на основе принятой дисциплины обслуживания. Восстановление контекста прерванной задачи. Установление прежнего режима работы системы прерываний и передача управления этой задаче.

5) Прерывания. Обработка прерываний.

Прерывания представляют собой механизм позволяющий координировать параллельное функционирование отдельных устройств вычислительной системы и реагировать на особые состояния возникающие при работе процессора. Прерывания – это принудительная передача управления от выполняющейся программы к системе, а через неё к соответствующей программе обработки прерываний, происходящая при определенном событии. Основная цель введения прерываний – реализация асинхронного режима работы и распараллеливания работы отдельных устройств вычислительного комплекса. Механизм прерываний реализуется аппаратно-программными средствами. Структуры систем прерываний могут быть самыми различными, но все они имеют общую особенность – прерывание непременно ведет за собой изменение порядка выполнения команд процессором. Механизм обработки прерываний включает в себя следующие элементы: 1. Установление факта прерывания (прием и идентификация сигнала на прерывание). 2. Запоминание состояния прерванного процесса (состояние процесса определяется значением счетчика команд, содержимым регистра процессора, спецификацией режима: пользовательский или привилегированный) 3. Управление аппаратно передается программе обработки прерывания. В этом случае, в счетчик команд заносится начальный адрес подпрограммы обработки прерывания, а в соответствующие регистры из слова состояния. 4. Сохранение информации прерванной программе, которую не удалось спасти с помощью действий аппаратуры. 5. Обработка прерывания. Работа может быть выполнена той же подпрограммой, которой было передано управление на 3-ем шаге, но в ОС чаще всего эта обработка реализуется путем вызова соотв. подпрограммы. 6. восстановление информации относящейся к прерванному процессу. 7. Возврат в прерванную программу. Первые 3 шага реализуются аппаратными средствами, а остальные – программно.

6) Главные функции механизма прерывания: 1. Распознавание или классификация прерывания. 2. Передача управления обработчику прерывания. 3. Корректное возвращение к прерванной программе

Распределение: 1) с относительным приоритетом. При этом обслуживание не прерывается даже при наличии запросов с более высокими приоритетами. после окончания обслуживания данного запроса (текущего) обслуживается запрос с наивысшим приоритетом. для организации такой дисциплины необходимо в программе обслуживания данного запроса наложить маски на все остальные прерывания или просто отключить систему прерываний.

2)с абсолютным приоритетом. Всегда обслуживаются задачи с наивысшим приоритетом. Для реализации этой дисциплины при запросе на обработку прерываний маскируются все прерывания с низшим приоритетом. При этом возможно многоуровневое прерывание, т. е. прерывание программы обработки прерывания. Число уровней прерывания в этом режиме изменяется и зависит от приоритета запроса по принципу стека: LCFS – last come first served, т . е. запрос с более высоким приоритетом может прервать запрос с более низким приоритетом. При появлении запроса на прерывание система прерываний идентифицирует сигнал и если прерывания разрешены, то управление передается на соотв. программу обработки прерываний.

7) Внешние, внутренние и программные прерывания. Прерывания возникающие при работе выч. системы можно разделить на внешние и внутренние. Внешние прерывания вызываются асинхронными событиями, которые происходят вне прерываемого процесса. Пример – прерывание от таймера, прерывание от внешних устройств, прерывание по вводу/выводу, прерывание по нарушению питания, прерывание с пульта оператора, прерывание от другого процессора или другой ОС. Внутренние прерывания вызываются событиями, которые связаны с работой процессора и являются синхронными с его операциями. Например: при нарушении адресации (когда указан запрещенный или несуществующий адрес) либо обращение к отсутствующему сегменту или странице при организации виртуальной памяти; при наличии в поле кода операции незадействованной 2ичной комбинации; при делении на 0; при переполнении или исчезновения порядка; при обнаружении ошибок четности, ошибок в работе различных устройств аппаратуры средствами контроля. Программные прерывания. Эти прерывания происходят по соответствующей команде прерывания т. е. по этой команде процессор осуществляет те же действия, что и при обычных внутренних прерываниях. Данный механизм был специально введен для того, чтобы переключение на системные программные модули происходило не просто как переход на подпрограмму, а точно таким же образом как и в обычных прерываниях. Этим обеспечивается автоматическое переключения процессора в привилегированный режим с возможностью исполнения любых команд. Сигналы, вызывающие прерывания, формируются вне процессора или в самом процессоре, при этом возникать они могут одновременно. Выбор одного из них для обработки осуществляется на основе приоритета, приписанных к каждому типу прерывания. Учет приоритета прерывания может быть встроен в технические средства, а также определяться ОС.

8) остояния процесса. За время своего существования процесс может осуществить переход из одного состояния в другое. Это обусловлено обращениями к ОС с запросами ресурсов и выполнением системных функций, которые предоставляют ОС взаимодействие с другими процессами, появлением сигналов прерывания от таймера и устройств ввода/вывода. Процесс из состояния бездействия может перейти в состояние готовности в следующем случае:

1 По команде оператора или пользователя, ОС где программа может иметь статус задачи и при этом являться пассивной, а не просто быть исполняемой файлами и только на время исполнения получать статус задачи это характерно для большинства современных ОС.

2 При выборе из очереди на выполнение процесс может перейти от бездействия к готовности. Это характерно для ОС работающих в постоянном режиме.

3 По вызову из другой задачи. По вызову супервизора один процесс может создать, инициировать, приостановить, остановить и уничтожить любой процесс. От прерывания от внешнего устройства. устройства называют инициатором, если по сигналу на прерывание от него должна запустится акая-то задача.

9) Контекст и дескриптор процесса На протяжении существования процесса его выполнение может быть многократно прервано и продолжено. Для того, чтобы возобновить выполнение процесса, необходимо восстановить состояние его операционной среды. Состояние операционной среды отображается состоянием регистров и программного счетчика, режимом работы процессора, указателями на открытые файлы, информацией о незавершенных операциях ввода-вывода, кодами ошибок выполняемых данным процессом системных вызовов и т.д. Эта информация называется контекстом процесса.

Кроме этого, операционной системе для реализации планирования процессов требуется дополнительная информация: идентификатор процесса, состояние процесса, данные о степени привилегированности процесса, место нахождения кодового сегмента и другая информация. В некоторых ОС (например, в ОС UNIX) информацию такого рода, используемую ОС для планирования процессов, называют дескриптором процесса.

Дескриптор процесса по сравнению с контекстом содержит более оперативную информацию, которая должна быть легко доступна подсистеме планирования процессов. Контекст процесса содержит менее актуальную информацию и используется операционной системой только после того, как принято решение о возобновлении прерванного процесса.

10) Алгоритмы планирования процессов Планирование процессов включает в себя решение следующих задач: 1)определение момента времени для смены выполняемого процесса; 2)выбор процесса на выполнение из очереди готовых процессов; 3)переключение контекстов "старого" и "нового" процессов. Первые две задачи решаются программными средствами, а последняя в значительной степени аппаратно. Существует множество различных алгоритмов планирования процессов, по разному решающих вышеперечисленные задачи, преследующих различные цели и обеспечивающих различное качество мультипрограммирования. Среди этого множества алгоритмов рассмотрим подробнее две группы наиболее часто встречающихся алгоритмов: алгоритмы, основанные на квантовании, и алгоритмы, основанные на приоритетах.

11)Приоритет-это число хорактеризующее степень привелигированности процесса при использовании ресурсов вычислительной системы, а часности процессного времени. Чем выше приоритет, тем выше привелегии. Приоритет может выражаться целым, дробным, отрицательным, положительным числом. Чем выше приоритет процесса, тем меньше времени он будет проводить в очередях. Приоритет может оставаться фиксированным или изменяться на протяжении жизни процесса, в соответствии с некоторыми законами. Так же приоритеты называются диагностическими. Существует 2 разновидности приоритетных алгоритмов:

алгоритмы использующие относительные приоритеты

алг. Использующие абсолютные приоритеты.

Планирование процессов включает в себя решение следующих основных задач:

1)      Определение момента времени для смены определяемого процесса;

2)      Вывод процесса на выполнения из очереди готовых процессов;

3)      Переключение контекстов в процессы;

Первые две задачи решаются программными средствами, последняя – незначительной степени аппарата. Существует множество различных алгоритмов планирования процессов, рассмотрим подробнее две группы, наиболее чаще встречающихся алгоритмов:

1)      Алгоритмы, основанные на квантование;

2)      Алгоритмы, основанные на приоритетах.

В соответствие с алгоритмами основанные на квантование, смена активного процесса происходит если:

1)      Исчерпан квант процессорного времени;

2)      Процесс завершился и покинул систему;

3)      Процесс перешел в состояние ожидания;

4)      Произошла ошибка.

Процесс, который исчерпал свой квант, переводится в состояние готовность и ожидает, когда ему будет предоставлен новый квант процессорного времени. На дополнение в соответствие с определенными правилами выбирается новый процесс из очереди готовых, таким образом, не один процесс не занимает процессор на долго. Поэтому квантование широко используется в современной ОС.

Кванты,  выделяемые процессом, могут быть одинаковыми для всех процессов или различными, могут быть фиксированным величины или изменятся в разные периоды жизни процесса. Процессы, которые не полностью использовали выделенный квант, могут получить компенсацию в виде привилегий.