2. Концептуальные основы ос

2.1. Ресурс

2.1.1. Понятие и определения ресурса

Смысловое содержание понятия «ресурс» неоднозначно [10]. Известны два его значения:

• технический ресурс – показатель надежности объекта; продолжительность использования объекта или объем работы, выполненной объектом до момента достижения некоторого предельного состояния, когда его использование становится невозможным из-за отказа или нежелательным из-за потери свойств;

• материальный ресурс – сам объект, точнее запас искомых характеристик в составе объекта.

Понятие ресурса в контексте ОС подразумевает сам объект (запас), а не показатель надежности объекта.

Ресурс характеризуют два свойства:

• полезность – если есть потребители, которым он необходим. Например, процесс приостанавливается при отсутствии ресурса;

• исчерпаемость – ресурс может иссякнуть или нет.

Бывают ресурсы исчерпаемые, но воспроизводимые. Воспроизводимость здесь играет роль противовеса исчерпаемости. Кроме того, исчерпаемый ресурс может со временем просто освободиться вновь.

Границы действия понятия «ресурс» достаточно условны, на чем основано следующее определение.

Определение 1. Всякий потребляемый, полезный для потребителя объект (независимо от формы его существования) является ресурсом.

Из анализа свойств ресурса следует, что

• ресурсы бывают исчерпаемые и неисчерпаемые;

• исчерпаемость ресурсов может вызывать конфликты среди потребителей ресурсов;

• значит, ресурсы надо распределять между потребителями по правилам, устраивающим всех.

Поэтому распределение ресурсов – важнейшая функция ОС.

Можно уточнить смысл ресурса применительно к компьютеру, который содержит функциональные элементы: процессор, каналы, ОП, внешнюю память, принтеры. Все это ресурсы, ценные для развития процессов. Степень детализации ресурса может варьироваться от целого компьютера до 1 разряда его машинного слова.

Процессы, развивающиеся в ВС, используют все ее аппаратные элементы, то есть являются их потребителями. Выделяемые по запросам от процессов элементы ВС являются ее ресурсами.

Определение 2. Ресурс – средство ВС, которое может быть выделено процессу на определенный интервал времени.

К числу основных ресурсов современных ВС могут быть отнесены: процессоры, основная память, таймеры, наборы данных, дисковые, ленточные и иные накопители, принтеры, сетевые устройства и другие.

2.1.2. Классификация и свойства ресурсов

Выделяют 10 классификационных признаков ресурсов [10].

1. По реальности существования:

• физический – реально существует и при распределении его между потребителями обладает всеми присущими ему физическими характеристиками;

• виртуальный – это некоторая модель физического ресурса; не существует в том виде, в котором проявляет себя потребителю; может иметь дополнительные свойства; проявляется на базе физического ресурса, причем на базе одного физического ресурса можно построить несколько виртуальных; виртуализация ресурсов повышает экономичность и гибкость ВС.

2. По возможности расширения свойств (построения некоторого виртуального ресурса): эластичный – допускает виртуализацию; жесткий – не допускает.

3. По степени активности:

• активный – способен выполнять действия по отношению к другим ресурсам или процессам, что приводит к их изменению. Пример: процессор;

• пассивный – не способен. Пример: область ОП, выделяемая по требованию.

4. По времени существования (относительно процессов, их использующих):

• постоянный – существует в системе до момента порождения процесса и доступен для использования все время существования процесса;

• временный – может появляться или уничтожаться в системе динамически во время существования процесса, причем создание и уничтожение может производиться как самим процессом, так и другими процессами – системными или пользовательскими.

Ресурсы, постоянные для одних процессов, могут быть временными для других.

5. По степени важности:

• главный (по отношению к конкретному процессу) – без его выделения процесс принципиально не может развиваться. Примеры: процессор, ОП;

• второстепенный – допускает некое развитие процесса, если он не будет выделен. Например, жесткий или гибкий диск.

6. По функциональной избыточности (при распределении ресурсов): дорогой – выделяется сразу; дешевый – выделяется позднее, после ожидания.

7. По структуре (существует ли она):

• простой – не содержит составных элементов и рассматривается при распределении как единое целое;

• составной – характеризуется некоторой структурой, содержит ряд элементов с одинаковыми, с точки зрения пользователей, характеристиками. При каждом разовом распределении составного ресурса пользователь может получить один или более таких составных элементов. Процессам-потребителям безразлично, какой из элементов составного ресурса будет им выделен.

Простой и составной ресурсы различаются числом своих состояний:

• простой – занят (выделен процессу) или свободен;

• составной – свободен (ни один из его элементов не выделен процессу), занят (все его элементы выделены для использования), частично занят (часть элементов распределена, остальные свободны).

Например, ОП – составной ресурс. В механизме распределения ОП есть средства учета нераспределенных (в каждый момент времени) непрерывных областей памяти.

8. По восстанавливаемости:

• воспроизводимый (неисчерпаемый) – при его распределении допускается многократное выполнение цепочки действий вида ЗАПРОС-ИСПОЛЬЗОВАНИЕ-ОСВОБОЖДЕНИЕ, как в пункте проката. Пример: ОП;

• потребляемый (исчерпаемый) – один раз выполняется цепочка действий вида ОСВОБОЖДЕНИЕ-ЗАПРОС-ИСПОЛЬЗОВАНИЕ, после чего такой ресурс изымается. Пример: системное сообщение.

9. По характеру использования:

• Последовательно используемый – в отношении его допустимо только строго последовательное выполнение цепочек действий вида ЗАПРОС-ИСПОЛЬЗОВАНИЕ-ОСВОБОЖДЕНИЕ каждым процессом-потребителем. Для параллельных процессов такие цепочки являются критическими областями и должны выполняться с учетом отношения взаимного исключения. Поэтому последовательно используемый ресурс, разделяемый несколькими параллельными процессами, называют критическим ресурсом;

• Параллельно используемый – допускает одновременное использование его более, чем одним процессом. Пример: только читаемый параллельными процессами массив данных в ОП. Можно считать требуемые элементы такого массива независимо от того, сделали это другие процессы или нет.

10. По форме реализации различают ресурсы «твердые» (аппаратные, Hardware) и «мягкие» (информационные и программные, Software) (табл.2.1).

Таблица 2.1

Характерные свойства	Ресурсы
	Твердые	Мягкие
Усталость (отказ)	Подвержены	Не подвержены
Тиражируемость	Сложно	Легче, но тиражируют-ся и ошибки
Восстановление путем замены отказавшего	Эффективно	Не эффективно

Рассмотренные признаки классификации ресурсов могут служить основой для построения системы распределения ресурсов. Но при этом следует расставить приоритеты среди рассматриваемых признаков.