© Сайт про Урок @""ІНФОРМАТИКА""@ WMmail.ru - сервис почтовых рассылок
   
  pc201010
  Архітектура ЕОМ
 

Операційні системи

 

Перші Операційні системи (ОС) називались моніторами

Перші бізнес комп’ютери IBM360
Перша ОС фірми IBM називається TOS - TapeOpeartingSystem
DOS - дискова ОС, що знаходиться на диску.
MFT – мультизадачна ОС з фіксованою кількістю задач.
MVT - ОС з необмеженою кількістю задач.
IBM370    SVS – ОС з віртуальною пам’яттю.
                 SVM – система управління ОС.

 

Мікропроцесори

 

Після того, як з’явилась система I386, в архітектурі Були закладені основи роботи в віртуальній пам’яті.

 

ОС – програмно-технічний комплекс, призначений для ефективно3го управління ресурсами обчислювальної системи та надання послуг користувачам.

 

Критерії ефективності:

1.      максимально завантажити обладнання обчислювального комплексу.

 

ОС, що задовольняють цьому критерію називають пакетними ОС.

 

В пакет включаються:

  вимоги до ресурсів;

  програма;

  дані.
Пакети накопичуються в ОС і вона, використовуючи критерій ефективності 1, виконує обробку пакету.

  1. Діалоговий режим  - надання послуг користувачам.

 

Ресурс – це все те, що ОС може розподілити між програмами( задачами ).
Вони бувають:
– фізичні :       оперативна пам’ять, НЖМД, CPU(основний обчислювальний пристрій)
– логічні :        поіменована пам’ять, файл, каталог, модуль, логічний канал.
Основна одиниця роботи ОС – задача( TASK )

 

Тривіальна модель виконання задачі

 

Нехай є множина комірок пам’яті різних типів. Комірка пам’яті певного типу приймає діапазон значень. Як стан програми будемо мати елемент:
 [<C1, M1>, <C2, M2>, … ] – простір виконання задачі,  де Ci – ім’я комірки, Mi – поточне значення певного типу.

Якщо є дві задачі, адресний простір яких перетинається, то це взаємодія двох задач через пам’ять.

f: простір  простір – функція що і є наша програма.
В технологіях ОС для опису ресурсів використовуються дескриптори (таблиці). З

довільною задачею, що функціонує в середовищі ОС, пов’язується дескриптор задачі. Формат дескриптора залежить від типу ОС.

Дескриптор неявно (за рахунок посилок) описує всі ресурси, що виділені в задачі.
Елементи дескриптора задач:

 

Стан задачі:

1)      Активна

2)      готова до виконання

3)      затримана

 

„Кругообіг” задачі  ( по відношенню до CPU )

 

Пояснення:

1.      Активна задача переходить в чергу затриманих в зв’язку з виконанням операції вводу/виводу.

2.      По завершенню виконання операції вводу/виводу задача переходить в чергу готових до виконання.

3.      У момент, коли виконується подія  (1), з черги готових до виконання процесору призначається наступна задача

4.      У задачі примусово відбирають процесор. Наприклад, по закінчені кванту часу.

 

Задачі та під задачі

 

У випадку,  коли адресний простір декількох задач співпадає, можна вести мову про дерево задач

 .

A- головна задача, C,D,E,F – підзадачі задачі A.

В момент призначення певній задачі процесора, відбувається операція зміна контексту

На рівні ОС існують методи, які дають:

    метод створити задачу

        метод знищити задачу

 

Приклад

Дві задачі функціонують в просторі, простори перетинаються.

 

Яким буде значення комірки після деякого часу t?

 

Комірки адресного простору, що належать декільком задачам, можна трактувати як ресурс (критичний ресурс).

Частина коду програми, що взаємодіє з критичним ресурсом називається критичним сегментом.

 

Правила роботи з критичними ресурсами:

1.      Якщо декілька задач спробують одночасно модифікувати критичний ресурс, то допускається лише одна.

2.      В довільний момент часу в критичному сегменті по відношенню до даного ресурсу, повинно знаходитись не більш однієї задачі.

3.      Нескінчений час очікування виконання критичного сегменту блокується.

Після виконання 2х критичних сегментів .

 

Програмування критичних сегментів

 

Розглянемо програму

void f1(){…}
void f2(){…}

 

 

main()                //f1 та f2 виконуються одночасно.
{parbegin
f1();f2();

parend;}

 

int count=0;   //критичний ресурс
int iter=1       
//черга першої задачі

void f1()

{while(iter==2)…;

//критичний сегмент

count++;

iter=2;              //тепер черга другої задачі

}

 

void f2()

{while(iter==1)…;

//критичний сегмент

count++;

iter=1;             //тепер черга першої задачі

}

 

Аналіз:
Наведена програма, якщо за коментуємо  f1(), буде працювати у нескінченому циклі. Наведений приклад є помилкове рішення взаємодії двох задач по відношенню до ресурсу.

 

 

@ лекція 2 ( 21.02.03 )

Алгоритм Деккера.

(взаємодія через память)

 

Ця схема взаємодії враховує наявність двох процесорів CPU і вони мають різну швидкість.

Недоліки алгоритму:

1.      Наведений алгоритм актуальний лише для взаємодії двох задач.(Існує модифікація алгоритму Деккера для багатьох задач)

2.      Процес програмування взаємодії досить складний.

 

int C1=0, C2=0;                     // побажання

int queue = 1;                          // чия черга

 

void f1 (void) {

C1 = 1;                                // встановити побажання

while ( C2 = = 1 )

   if ( queue = = 2 )

   {C1 = 0;                           // зняти побажання

     while ( queue = = 2)  ;     // цикл

     C1 = 1;}

// критичний сегмент

. . .

// кінець критичного сегменту

С1 = 0;                                   // зняти побажання

queue = 2;      }

 

void f2 (void){

C2 = 1;                                // встановити побажання

while ( C1 = = 1 )

   if ( queue = = 1 )

   {C2 = 0;                           // зняти побажання

     while ( queue = = 1)   ;    // цикл

     C2 = 1;}

// критичний сегмент

. . .

// кінець критичного сегменту

C2 = 0;                                   // зняти побажання

queue = 1;      }

 

main ()  {  parbegin

                          f1();           // якщо f1 та  f2 працюють разом, то ця схема коректна і враховує

             f2();                взаємодію двох потоків на СРU з різними швидкостями.                      

      parend }

Схема:

 

 f1          f2

 

 

Апаратні засоби взаємодії.

 

                    

 int global = 0;

void  f1(void) {

int local;

while (1)                      //цикл взаємодії

{ local = 1;

    while (local)   test_and_set(local, global);

// критичний сегмент

. . .

// кінець критичного сегменту

global = 0;}

                     }

main () { parbegin

                                        

                parend   }

 

 

 

Схема:

f1          f1        f1

 

Недоліки:

1.      Потрібно знати специфіку test_and_set

2.      Якщо N потоків, то понижується ефективність обчислювальної установки.

 

 

P- ,V- операції Дейкстра.

 

 Семафор – цілочислова змінна, над якою можна виконати 3 операції: INIT, P, V.

 

 

 

 Двійковий семафор – семафор з початковим значенням 1.

 

 

 

 

 

    Ресурс: друкарський

    пристрій

           А                                          В                                     С

 

 

Задача постачальник – споживач .

 

Область вводу-виводу називається буферний пул (програмний кеш).

 

 

 Семафор:

SEMAFOR  IN_BUF( N );

SEMAFOR  OUT_BUF( N );

DATA BUFFER[ N ];  //буферний пул

void  постачальник (void) {

 int  ind_in_buf = 0;

while (1) { P( IN_BUF );

// критичний сегмент, наповнення елементів даних

. . .

//кінець критичного сегмента

                V( OUT_BUF );

ind_in_buf  = ( ind_in_buf + 1 )  % N;   }}

void споживач (void)  {

int  ind_out_buf = 0;

while (1)  { P( OUT_BUF );

// обробка даних з буферного пула

. . .

// кінець

    V( IN_BUF );

ind_out_buf  = ( ind_out_buf + 1 ) % N;  }}

main () { parbegin

       постачальник ();

       споживая();

      parend;  }

 

Недоліки семафору Дейкстра:

1.      Оскільки семафори є даними, що належать головній задачі, їх можна несанкціоновано змінити.

2.      Реально семафорів не існує.

 

 

Монітори ресурсів

 

Інкапсуляція даних – технологія, коли дані відмежовуються від користувача, а йому предоставляється тільки інтерфейс.

 

Монітор ресурсу – структури даних та методи їх обробки, які знаходяться в ядрі операційної системи. Доступ до методів монітора надається через апарат переривань.

 

Переривання – перехід від виконання прикладної задачі до функцій ядра ОС.

Переривання бувають апаратні – на рівні сигналів,

та  програмні – через команду interrupt.

 

Умови виконання моніторe співпадають з умовами виконання критичного сегменту.

 

 

 

 

 

Для роботи з моніторами ресурсів запропоновано дві функції:

WAIT (<ім’я_черги_ресурса>)

SIGNAL (<ім’я_черги_ресурса >)

Ці операції допустимі в моніторах.

 

   Семантика WAIT: задача, котра видала WAIT призупиняється. Управління отримує ядро операційної системи, яке відповідає за планування задач для CPU.

 

Семантика SIGNAL: по цій команді з черги задач, затриманих відносно даного ресурсу одна задача переходить в чергу готових до виконання. Та задача, що видала SIGNAL продовжує працювати.

 

 

 

 

 

 

 

@ лекція 3 ( 28.02.03 )

Задача “Читачі – письменники”

 

Модельна задача в теорії керування файловою системою. Розглянемо підхід, який передбачає наявність двох черг, окремо для читачів та письменників.

Існує інша модель, коли черга для читачів та письменників одна.

Правила роботи :

-         якщо “читач в залі” маємо вільний вхід для інших читачів;

-         якщо “письменник в залі” – обидві черги блокуються;

-         письменник запрошує до зали читача після завершення своєї роботи.

 

Опишемо програмну реалізацію цієї схеми.

 

class Reader_Writer {Queue Q_Reader;

Queue Q_Writer;

 int R_count;

 bool W_count;}

Reader_Writer(){Q_Reader(NULL);Q_Writer(NULL);R_count = 0;W_count = false}

begin_Reader(){ if (W_count) wait (Q_Reader); R_count++; signal(Q_Reader);}

end_Reader(){ R_count--; if (!R_count) signal(Q_Reader); else signal(Q_Writer);}

begin_Writer(){if (R_count)!!W_count wait(Q_Writer); W_count = true;}

end_Writer(){ W_count = false; if (Q_Reader != NULL) signal(Q_Reader);

else signal(Q_Writer);}

 

Реалізація монітора

 

В більшості ОС монітори реалізовані через апарат програмних переривань (машинна команда INT).

Код переривання це індекс в таблиці векторів програмних переривань. Значення вектора – адреса монітору ресурсу. Згідно з системними узгодженнями в момент виникнення переривання в регістрі функцій знаходиться код функції (її імя), а в регістрі даних – дані, що передаються монітору. Ядро ОС при цьому інтерпретується як системна задача, котру не можливо знищити та створити іншу таку задачу.

wait – передає керування ядру ОС, яке активізує нову задачу, змінює контекст, (wait – функція ядра ), та зберігає існуючий контекст.

signalне завжди продовження роботи задачі, що викликала цю функцію, бо враховується приорітет тієї задачі, що переноситься до черги готових до виконання.

 

Тупики в середовищі ОС

 

Семафори для принтера та модема – двійкові.

 Тупикdeadlockце така ситуація, коли одна або більше  задач не можуть далі природно розвиватися.

Умови виникнення тупиків :

-         динамічний захват ресурсів (що є властивістю ОС);

-         наявність циклічних ланцюгів очікування.

( на малюнку: Пр – принтер, Мо – модель ).

 

Алгоритм банкіра. (спроба подолання проблеми тупиків)

 

Стабільним називається такий стан ОС, коли в найближчому майбутньому система не потрапить в тупик (може задовольнити певним ресурсом хоча б одну задачу)

 

Нехай в системі наявні  одиниць ресурсу А, та  - потреба -ї задачі в ресурсі А ,  - кількість одиниць ресурсу А, що надані -й задачі. Таким чином вільного ресурсу А : . Перспективні потреби -ї задачі- в майбутньому. Припускається, що  та . За таких умов маємо наступну умову стабільності стану : , якщо ж умова порушується, то стан є нестійким. Якщо умова (1) в часі істина, то тупик не можливий, інакше існує потенційна можливість виникнення тупика.

 

Обмеженням алгоритму банкіра є те, що  - величина постійна, що не відповідає реальним умовам роботи, скажімо з накопичувачем.

 

Способи боротьби з тупиками

-         прогнозування;

-         наявність моніторів контролю над завантаженням ресурсів;

-         дії оператора (адміністратора)

а) примусове динамічне керування ресурсами;

б) перезавантаження ОС.

 

@лекція 4 ( 7.03.03 )

 

Ресурси:

Память ЕОМ – менеджер( супервізор ) памяті.

Файли логічна система вводу-виводу.

Процесор – диспетчер( супервізор ) задач.

 

Алгоритми управління ОП

 

а) однозадачні ОС  ( наприклад MS-DOS )

                                                                                LINK                    вільна ОП                     LOAD

                                                   

           апаратура                ядро ОС –                    память для прикладної задачі                             динамічні

              ЕОМ                   це частина ОС,                                                                                              компо-

                                           яка завжди                                                                                                    ненти ОС

                                         присутня в ОП.

В більшості архітектур ЕОМ передбачаються дві стратегії завантаження модулів:

LINK – завантаження модулів по принципу stek

LOAD  завантаження модулів по принципу КУПА, тобто модулі завантажуються і

   розвантажуються в будь-якій послідовності.

Вільна ОП використовується під  завантаження модулів та при динамічних запитах щодо даних( malloc  free ).

 

            Поглянемо на ситуацію з точки зору вільної памяті:

                                                                    20k             20k          10k         10k         5k          5k   5k     =75k        

             ядро ОС                                            сегменти вільної ОП                                 

Сегменти вільної ОП перемежовуються з програмами та даними.

Вільна память збирається в список вільної памяті.

Існує комірка, яка є головою списку вільної пам’яті. В залежності від архітектури ЕОМ зручними для адресації є сегменти пам’яті, адрес котрих кратний певному числу.

 

Приклад

В архітектурі Intel адрес кратний 16-ти.

Адрес даних формується  як: БАЗА + ЗМІЩЕННЯ.

Регістр бази мав 16 біт:             16            4

                                       – реальний адрес

                                                                20біт                      

В цій архітектурі взяти памяті менше 16-ти байт неможливо.

 

Проблема сегментації – поділ вільної памяті на сегменти, які перемежовуються програмним кодом та даними, – основна проблема управління ОП.

 

 

 

Приклад    

В MS-DOS:

                                           300k                                                    20k              200k

         ядро ОС                                                                           драйвер                                                          BIOS

                                                                                              клавіатури

Завантажити >350k не можемо.

 

Оверлейна структура *.ехе – модуля

 

*.ехе

                10k                                     50k                                                             100 k                                =160k

(1)

            MAIN           функції текстового редактора             функції графічного редактора

Тоді спроектуємо модуль так:

=110k

ОС з режимом оверлей має дві взаємопов’язані компоненти:

1)      редактор міжмодульних зв’язків, який підтримує можливість побудови оверлеїв

2)      функція виборки( завантаження ) оверлейного модуля.

 

 

Приклад

Таким чином, якщо ми маємо *.ехе простої структури з режимом оверлей(1)

  таблиця управління оверлей-модулем

 

Дії компілятора при компіляції виклику функції:

   код               адрес функції

   операції

 

Структура *.obj - модуля

 

  1. коментар: – хто виконав компіляцію

                              – дані для утиліти MAKE ( імена *.h – файлів та дати )

  1. таблиця зовнішніх імен модуля:

        імя функції

        її глобальні дані

  1. Код функції
  2.  Таблиця модифікації коду функції( в ній указане зміщення комірок, що потрібно модифікувати ).

 

                Редактор міжмодульних звязків( LINKER )

               cos.objголовний модуль

Головний модуль отримує перше управління. В головному модулі знаходяться пролог та епілог Сі-програми.

 

Приклад

Якщо є глобальні змінні, то потрібно виконати конструктор( в пролозі ) та деструктор( в епілозі ).

            Лінкер працює в два етапи( два перегляди ):

Перший перегляд: вибираються дані з розділу 2( імена функцій та глобальні дані ) і заносяться в спеціальну таблицю. Для тих імен( обєктних файлів ), які не були прочитані,

Виконується операція першого перегляду.

Ім.я функції

Довжина( обєм ) коду функції

Зміщення

cos.obj

MAIN.obj

STRLEN.obj

10k

8k

1k

0

10k

18k

 

 

 

Переглянувши, дізнаємось об’єм ехе-файла :    19k

Другий перегляд( компоновка ехе-файла ): лінкер переглядає таблицю, отриману на першому етапі, зчитує obj-файли та об’єднує в єдиний файл. Будує таблицю настройки

ехе-файла. При об’єднанні obj- в ехе-файл в місцях виклику  функції виконується модифікація коду.

             0               виклик strlen                                                        strlen                                      

MAIN 

під час компіляції

звязуємось з strlen

 

В результуючий ехе-файл заноситься вся інформація щодо модифікованих комірок(

розділ 4 obj-модуля ). Тобто ехе-файл має вигляд:

0     cos                 main                    strlen                                     таблиця модифікації ехе-файла

                              19k                                                      ( дані з розділу 4 *.obj -файлів )

 

 

Завантаження ехе-файла в ОП

 

ОС завантажує ехе-файл в ОП та виконує модифікації комірок згідно списка з

розділу 4.

Значення кожної комірки = попереднє значення + абсолютний адрес завантаження модуля

в ОП.

0                      40k                                         58k

   ядро ОС                              19k 

                                                               виклик strlen:     

                                                                                   

                                                                                        

@ лекція 5 ( 14.03.03 )

Подивимось, як виконується оверлейний модуль.

       *.ехе

Під час виконання оверлейного модуля, в память завантажуеться лише main - головна частина exe-файлу(функції, що не передбачають перевантаження).

Додатково операційній системі додається таблиця управління оверлейною структурою. Програмний код, що завантажується в оперативну память модифікується таким чином, що в місцях виклику функції, що перевантажується, вставляється програмне переривання по виконанню overlayloadera.

При виклику функції А попадаємо в ядро ОС, яке має overlayloader. Там дивимось, чи є в памяті функція А.  Якщо так, то в таблиці управління її поточним станом є 1, якщо ні – 0. Якщо ні, то дивимось її адрес і динамічно завантажкємо функцію А. Функція А виконує обробку і передає управління ОС, а ОС в свою чергу програмі.

Якщо з функцією А працюємо в циклі, то при наступному виклику її адрес вже відомий і їй лише передається управління, але вона вже не завантажується.

Якщо функція В викликається з того ж місця, що й функція А, то супервізор ставить поточний стан для А – 0 (він враховує, що А та В перетинаються).

 

 

 

 

 

 

 

Віртуальна память.

 

Адресний простір Віртуальної памяті завжди більший за адресний простір оперативної памті.

В моделі  віртуальної памяті задіяні 2 механізми:

  1. механізи прямої адресації;
  2. механізм повязаний з НЖМД.

 

Віртуальний адрес.

 

В архітектурі сучасних ЕОМ віртуальний адрес складається з двох компонент:

  1. база;
  2. зміщення.

За базу відповідають регістри (лічильники)команд, регістри (лічильники) даних,...

Під час компіляції програми (функції), компілятор присвоює лічильнику баз початкове значення 0. Під час завантаження програми ЕОМ, ОС присвоює регістрам точки завантаження в ОП програм та даних. База зявляється під час завантаження, а зміщення при компіляціїї. Це дає реальний адрес.

В моделі віртуальної памяті реальний адрес, що формується на основі машинної команди, трактується як віртуальний адрес. Частину віртуального простору займає ядро ОС.

 Розробники архітектури запропонували декілька стратегій реалізації віртуальної памяті:

-         сегментна;

-         сторінкова;

-         змішана(сегментно - сторінкова).

 

Сегмент – послідовність комірок ОП, яка має змінну довжину. Як правило обєм сегменту 64К, 128К, 1Мб.

 

Сторінка – послідовність комірок фіксованої довжини.

Обєм сторінки 512б, 1К, 2К, 4К (маленький).

 

Оскільки це апаратні речі, розглянемо трансляцію віртуального адресу в реальний адрес.

Память: по швидкодії КЕШ 2-го рівня переважає оперативну память.

Потрібно, щоб апаратура ЕОМ код програми автоматично переписувала в КЕШ.

За рахунок цього програма виконується швидше.

КЕШ 1-го рівня – це память процесору (64К).

 

Трансляція віртуального адресу (сторінкова стратегія)

 

Об’єм віртуальної пам’яті, що виділяється для кожної задачі фіксований (і, наприклад в архітектурі Intel(P4) дорівнює 2Гб). В архітектурі ЕОМ існує об’єкт – регулярна таблиця сторінок задачі.

 

Колонка 1:  Значення:

0 – сторінка на НЖМД;

1 – сторінка в ОП.

Колонка 2: Атрибути сторінки (характеристики для ядра ОС):

                        ROread-only;

                        RW – read-write;

                        Eexecute (сторінка з програмним кодом);

                        Ddata (сторінка з даними).

Колонка 3: Значення:

                        0 – память не виділена механізмом MALLOC;

                        1 –  пам’ять виділена механізмом MALLOC.

Колонка 4: Значення:

коли сторінка на НЖМД, її адрес знаходиться в swap-файлі;

коли сторінка знаходиться в ОП, то її адрес теж в ОП.

 

В середовищі ОС існують таблиці трансляції по кількості задач, що в даний момент знаходяться в ОП. Регістр таблиці сторінок задачі вказує на таблицю трансляції активної задачі. Таблиця трансляції завантажується в КЕШ 1-го рівня.

В момент коли змінюється активна задача, ОС перевантажує регістр таблиці сторінок задачі та завантажує в КЕШ нову таблицю. Зміна значення регістру таблиці сторінок та перевантаження таблиці трансляції виконуються однією машинною командою – заміна контексту задачі (виконується за 100-ні тактів базової частоти процесора).

Якщо в момент трансляції віртуального адресу ми попадаємо на сторінку, що знаходиться на НЖМД, то виникає апаратне переривання – відсутня сторінка в ОП.

Тут спрацьовує механізм ОС.

 

Реакція ОС на переривання ”відсутня сторінка в ОП”.

 

  1. ОС завантажує сторінку в ОП на порожнє місце;
  2. модифікує таблицю трансляції сторінки (адрес + колонка1);
  3. передає управління задачі, що викликає переривання.

 

Як зясувати де знаходиться порожнє місце?

Для ідентифікації сторінки, що є зайнятою чи вільною ОС веде спеціальний вектор вільних сторінок, в якому зайняті сторінки позначаються як 1, а вільні як 0.

Якщо відсутня вільна сторінка, ОС повинна попередити про вивантаження деякої сторінки з ОП.

 

 

 

 

 

 

 

@ лекція 6 ( 21.03.03 )

Дії ОС по вивантаженню сторінок.

 

Стратегія робочої множини сторінок

 

ОС по кожній сторінці ОП веде лічильник.

  • На початку значення лічильника рівне 0
  • через квант часу  ОС визначає ті сторінки, що є активними і збільшує значення лічильника для активних сторінок.
  • При визначенні сторінки, яку необхідно вивантажити ОС вибирає сторінку з найменшим значенням лічильника.
  • Через час , - фіксоване, ОС встановлює значення лічильника, які більше порогового значення, в порогове значення

1) серед сторінок, які знаходяться в ОП, є множина сторінок, які не можна вивантажити

2) є системні задачі, які теж не можна вивантажити

3) є прикладні задачі, які теж не можна вивантажити

 

Задачі реального часу та ядро ОС

 

  • Ядро ОС апріорі зафіксоване в реальній пам’яті
  • Існують системні задачі (драйвери), які вимагають фіксації в реальній ОП
  • Існують прикладні задачі(real time), які теж необхідно фіксувати в реальній пам’яті

Для фіксування в реальній памяті задачі існують відповідні API

 

Алгоритми управління ресурсами CPU

 

·       

...

 
Управління CPU на основі апарату переривань.
Управління
CPU  на основі апарату переривань є неефективним.

Наприклад  

виконання задачі, що не вимагає довгий час переривань, тому програма може тривати довгий час

 

 

·        Управління CPU на основі квантування часу
В архітектурі сучасних ЕОМ існує декілька лічильників часу (таймер, інтервальний таймер).

 

      Інтервальний таймер відліковує проміжки часу(фіксовані проміжки часу(Intel) і    

      довільний(IBM mainframe)) Інтервальний таймер видає переривання коли   

      значення  часу дорівнює „0”
     Як системні так і прикладні задачі можуть виставляти до ОС запити на інтервал

      часу. Диспетчер, що відповідає за призначення часу інтервального таймеру,

      вибирає найменше значення часу, що встановлено на даний момент в ОС. Цей

      лічильник і диспетчер зменшує час для кожної задачі в середовищі ОС. Задача, у

      котрої значення інтервалу таймеру = 0, активується

 

·        Управління CPU на основі пріоритету

З кожною задачею, що функціонує в середовищі ОС, пов’язане додатнє число, що називається пріорітетом

 

1.      Черга готових до виконання задач відсортована по пріоритету. При зміні контексту, ОС повертає задачу, що відпрацювала свій квант часу (коли вона не

      затримана), в чергу готових до виконання задач з урахуванням пріоритету.

2.      ОС побудована так, що системні задачі завжди мають більший пріоритет ніж            

прикладні задачі.

 

·        Управління CPU на основі динамічного пріоритету
В момент запуску задачі, динамічні та статичні задачі мають однаковий пріоритет. В момент перепланування
CPU динамічний пріоритет зростає на певне значення (на мал.: +5). Задача, в якої забрали CPU, вставляється в чергу готових до виконання з урахуванням її статичного пріоритету.

·        Подпись: Прихована коміркаУправління CPU з урахуванням підзадач прикладної задачі  

Прихована комірка зшиває список навпаки
В середовищі ОС з підзадачами (потоками) пріоритет підзадачі не перевищує пріоритет основної задачі.

Наприклад

100 мсек , що надається головній задачі, розподіляється з урахуванням її підзадач.

·        Реально в середовищі ОС існує єдиний список (або черга) задач. Цей список ієрархічний( на першому рівні – головна задача ).

·        Серед елементів цього списку є TCB(Task Kontrol Block)-блоки затриманих задач.

 

 

 

@ лекція 7 ( 28.03.03 )

Підсистема вводу / виводу

 

 

 


                                                                

                                                               

 

 

 

 

 

Канал – спеціальний процессор, що виконує операції вводу/виводу.

 

Пристрій управління ( на малюнку П/У ) враховує специфіку кінцевого пристрою.

 
 
 

 

 

 

 

 

 

 


 

  Стандартизація інтерфейсу:

-         стандарт ISA : Intel

-         стандарт MCA ( мікро канальна архітектура ): IBM, Apple

 

 Контролер НЖМД :

- стандартний IDE-контролер

Алгоритм роботи  IDE-контролеру:

-   вибрати циліндр;

-   відшукати початок;

-   пропустити (n-1) сектор

-   прочитати n-й сектор

Всі ці команди виконує CPU через спеціальний порт (якщо драйвер відсутній - BIOS)

 

Для глобалізації дії IDE-контролера розробили SCSI-контролер.

 

SCSI-контролер :

      CPU не виконує ніякої обробки, лише подає команди.

               LUN (logic unit number): пристрій отримує дані, декодує і виконує.

Робота контролера в тому, що потрібно передати дані до „лунки” LUN.

 
 
 

 

 

 

 

 

 


Переглядаємо лунки до певного номера. Власне компютеру відповідає LUN0.

 

SCSI-контролер в 5 разів швидше IDE-контролера. Але потрібно було забезпечити надійдість. Було запропоновано RAID-контролер.

 

RAID-контролер [0,1,2,3,4,5] – режими роботи

-         автоматично дублював диски

-         технологія ланцюжкового запису даних на n накопичувачах ( n>2 ) (якщо з трьох один диск вилітає, все зберігається)

 

Режим роботи RAID-контролера

Як правило, RAIDконтролер будується як спеціфлізований компютер (в нього має бути процессор, має досить великий обєм ОП)

 

Компоненти підсистеми вводу/виводу

 

-         BIOSбазова система вводу/виводу, поставлена з ПЕОМ

-         фізична система вводу/виводу – базується на BIOS

-         Логічна система вводу/виводу:

1.      логічний диск / том;

2.      каталог;

3.      файл;

4.      операції вводу/виводу в межах файла.

Файл в ОС інтерпретуються як ресурси.

оpen() – регіструє файл як ресурс ОС.

 

 

 

 

 

Задача А                                                                                        

                 

 

 

 

 

 

 

 

 

В ОС типу MS-DOS максимальна кількість файлів, які можна відкрити як ресурс, фіксована і описується в файлі  confic.sys як:

                                                        file =  ...

                                                        buffer = ...  .

Для захисту файлів як ресурсів в деяких ОС будуються альтернативні списки відкритих файлів (недокументована можливість ОС).

 

Виконання операції виводу на накопичувач

 

                список блоків

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


В момент роботи мультизадачної ОС формується множина записів для виводу на накопичувач. Кожен запис має свою адресу на накопичувачі(абсолютну чи відносну).

У фізичного пристрою час переміщення головки між циліндрами набагато більший за час оберту шпинделя. Таким чином ОС пробує за один оберт шпинделя записати всі записи в межах однієї доріжки. Запис, який перенесено на накопичувач, відмічається як умовно вільний. В подальшому при спробі прочитати цей запис з накопичувача, ОС вибирає його з програмного кеша.

При переході з доріжки на доріжку, ОС повинна визначити “правильний” напрямок. Це повязано з часом. Існують стратегії переміщення головки зчитування по поверхні.

 

Стратегії переміщення головки зчитування по поверхні НЖМД:

-         переміщення   min доріжка « max доріжка ( ОС Novel )

-         переміщення по принципу мінімального відхилення від поточного стану

 

@лекція 8 ( 4.04.03 )

Теорія та практика розробки мовних процесорів

( транслятор та інтерпретатор )

 

Мовний процесор -  це програмний комплекс який програму на вхідній мові

                                  перетворює в програму на вихідній мові (транслятор).

Мовний процесор  -  це програмний комплекс який програму та дані на вході

                                  перетворює в результати на виході.

 

 

 

 

Блочна структура мовного процесора (транслятора).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Мови програмування :

-         прагматичний аспект;  ( І )

-         семантичний аспект;    ( ІІ)

-         синтаксичний аспект.   (ІІІ)

І – визначає область адекватного використання мови програмування, а саме

     визначає на які задачі орієнтована мова програмування.

ІІ – конкретизує прагматичний аспект, а саме визначає базові типи даних та

      операції над ними, способи побудови структур даних(обєктів) та способи

      побудови складних програм на основі простих.

ІІІ – визначає форму нотації семантичних понять( наприклад розробили мову

        аналогічну Pascal – Ломоносов, в якій інтерпретація: „Начало - Конец” )

 

Лексичний аналізатор.

Вхід – текст (послідовність літер), вихід – текст (послідовність лексем).

 

Лексема – послідовність літер, що має семантичний зміст.

 

В теорії кількість лексем необмежена, але кількість класів лексем – скічченна.

Класи лексем :

-         зарезервовані слова ( int, if, double, sizeof, …);

-         ідентифікатори;

-         числові та літерні константи;

-         коди операцій (>, >>, >>=);

-         незначущі елементи ( прогалина, табуляція тощо);

-         коментарі

 

Синтаксичний аналізатор.

Вхід – текст (послідовність лексем),

Вихід(структурований) – так + синтаксична структура

                                                ні + синтаксичні помилки.

Синтаксична структура програми визначається синтаксичним термом, в компіляторах як синтаксичний терм використовується синтаксичне дерево.

 

 

Семантичний аналізатор.

Вхід – синтаксична структура, вихід –семантична структура.

 

Блок оптимізації.

Вхід – семантичний терм, вихід –семантично еквівалентний даному терм.

 

Оптимізація – це еквівалентна перетворення термів програми на основі певних критеріїв.

 

Критерії оптимізації

– оптимізація об’єму коду

– оптимізація

 

Генератор вихідного коду.

Вхід – семантичний терм, вихід – вихідна (об’єктна) програма.

 

Транслятор, котрий як результат видає обєктний код – компілятор.

Компілятор машинно орієнтованої мови програмування – асемблер.

Машинно орієнтовані мови програмування – асемблер.

 

 

 
  Сегодня были уже 1 посетителей  
 
Лаптєв Олег Володимирович © 2010 pc201010.ru.gg
Этот сайт был создан бесплатно с помощью homepage-konstruktor.ru. Хотите тоже свой сайт?
Зарегистрироваться бесплатно