- •1.Архитектура операционных систем
- •1.1Общие вопросы архитектуры операционных систем
- •1.2Архитектура Windows
- •1.2.1История возникновения Windows
- •1.2.2Архитектура ос Windows
- •1.2.3История возникновения ос Linux
- •1.2.4Архитектура Linux
- •1.2.5Интерфейсы системы unix
- •1.2.6Файловая система unix
- •1.2.7Аутентификация в unix
- •1.2.8Сценарии командной оболочки unix
- •1.3Операционная система qnx
- •1.3.1 Архитектура qnx
- •1.4Выводы
- •1.5Вопросы для самоконтроля
- •2.Типы и алгоритмы работы с оперативной памятью
- •2.1Общие принципы функционирования подсистемы памяти в ос
- •2.1.1Обобщённые принципы управления памятью
- •2.1.2Однозадачная система без подкачки на диск
- •2.1.3Многозадачность с фиксированными разделами
- •2.1.4Подкачка
- •2.1.5Управление памятью с помощью битовых массивов
- •2.1.6Управление памятью с помощью связанных списков
- •2.1.7Виртуальная память
- •2.1.8Многоуровневые таблицы страниц
- •2.1.9Алгоритмы замещения страниц
- •2.2Виртуальная память ос Windows
- •2.2.1Архитектура памяти в ос Windows
- •2.2.2Работа с виртуальной памятью в ос Windows
- •2.2.3Использование виртуальной памяти в приложениях
- •2.3Пример организации страничной памяти на примере linux
- •2.3.1Страничная организация памяти в Linux
- •2.3.2Права доступа к области памяти
- •2.3.3Работа с областями памяти в Linux
- •3.Процессы и потоки
- •3.1Процессы
- •3.1.1Модель процесса
- •3.1.2Создание процесса
- •3.1.3Завершение процесса
- •3.1.4Состояния процессов
- •3.1.5Реализация процессов
- •3.2Потоки
- •3.2.1Реализация потоков
- •3.2.2Реализация потоков на уровне ядра
- •3.2.3Смешанная реализация
- •3.2.4 Метод управления «Активация планировщика»
- •3.2.5Всплывающие потоки
- •3.3Межпроцессное взаимодействие
- •3.3.1Состояние состязания
- •3.3.2Критические секции (Критические области)
- •3.3.3Взаимное исключение с активным ожиданием
- •3.3.4Примитивы межпроцессного взаимодействия
- •3.4Семафоры
- •3.5Мьютексы
- •3.6Организация многопоточной обработки в среде Windows
- •3.6.1Объекты ядра Windows
- •3.6.2Потоки Windows
- •3.6.3Синхронизация потоков в Windows
- •3.6.4Синхронизация потоков с помощью объектов ядра
- •3.6.5Сравнение объектов, используемых для синхронизации потоков
- •3.7Организация процессов и потоков в Linux
- •3.7.1Среда окружения в Linux
- •3.7.2Создание нового процесса. Системный вызов exec.
- •3.7.3Потоки unix. Функции потоков стандарта posix.
- •3.8Синхронизация потоков в unix
- •3.8.1Мьютексы
- •3.8.2Семафоры
- •0,0,0, //Ожидать обнуления семафора
- •0,1,0 // Затем увеличить значение семафора на 1};
- •0,1, 0 // Увеличитьзначение семафора на 1};
3.1.5Реализация процессов
Для реализации модели процессов операционная система содержит таблицу (массив структур), называемую таблицей процессов, с одним элементом для каждого процесса. (Некоторые авторы называют эти элементы блоками управления процессом.) Элемент таблицы содержит информацию о состоянии процесса, счетчике команд, указателе стека, распределении памяти, состоянии открытых файлов, об использовании и распределении ресурсов, а также всю остальную информацию, которую необходимо сохранять при переключении в состояние готовности или блокировки для последующего запуска — как если бы процесс не останавливался.
В таблице процессов содержится информация о содержимом регистров и памяти процесса, информация для планировщика процессов, информация о сигналах и сообщениях, поступающих процессу
Теперь, после знакомства с таблицей процессов, можно сказать еще несколько слов о том, как поддерживается иллюзия нескольких последовательных процессов на машине с одним процессором и несколькими устройствами ввода-вывода. С каждым классом устройств ввода-вывода (гибкий диск, жесткий диск, таймер, терминал) связана область памяти (обычно расположенная в нижних адресах), называемая вектором прерываний. Вектор прерываний содержит адрес процедуры обработки прерываний. Представьте, что в момент прерывания диска работал пользовательский процесс 3. Содержимое счетчика команд процесса, слово состояния программы и, возможно, один или несколько регистров записываются в (текущий) стек аппаратными средствами прерывания. Затем происходит переход по адресу, указанному в векторе прерывания диска. Вот и все, что делают аппаратные средства прерывания. С этого момента вся остальная обработка прерывания производится программным обеспечением, например процедурой обработки прерываний.
Все прерывания начинаются с сохранения регистров, часто в блоке управления текущим процессом в таблице процессов. Затем информация, помещенная в стек прерыванием, удаляется, и указатель стека переставляется на временный стек, используемый программой обработки процесса. Такие действия, как сохранение регистров и установка указателя стека, невозможно даже выразить на языке высокого уровня (например, на С). Поэтому они выполняются небольшой программой на ассемблере, обычно одинаковой для всех прерываний, поскольку процедура сохранения регистров не зависит от причины возникновения прерывания.
По завершении своей работы эта программа вызывает процедуру на языке С, которая выполняет все остальные действия, связанные с конкретным прерыванием. (Мы предполагаем, что операционная система написана на С, что является стандартным решением для всех существующих операционных систем.) Когда процедура завершает свою работу (в результате чего, возможно, некоторые процессы переходят в состояние готовности), вызывается планировщик для выбора следующего процесса. После этого управление возвращается к программе на ассемблере, загружающей регистры и карту памяти для текущего процесса и запускающей его. Управление прерыванием и работа планировщика представлены в табл. 2.2. Следует отметить, что отдельные детали могут несколько варьироваться от системы к системе.