- •Введение
- •Управление ресурсами: общие сведения
- •Управление процессами
- •2.1 Состояния процессов и переходы между ними
- •Стратегии и дисциплины планирования загрузки процессоров
- •Стратегия одинакового среднего времени ожидания
- •Дисциплина планирования fifo
- •Справедливая стратегия
- •Дисциплина планирования rr
- •Влияние величины кванта времени на величину средней задержки ответа
- •Стратегия максимальной пропускной способности
- •Дисциплина планирования sjf
- •Дисциплина планирования srt
- •Дисциплина планирования hrrn
- •Стратегия приоритетного планирования
- •Дисциплина лотерейного планирования
- •Дисциплины планирования с множеством очередей
- •Планирование с последовательным прохождением очередей
- •Дисциплина планирования vrr
- •Планирование на основе множества очередей с обратными связями
- •2.3 Планирование в многопользовательской системе – справедливое планирование
- •2.4 Планирование загрузки процессоров в операционных системах реального времени – частотно-монотонное планирование
- •2.5 Планирование загрузки процессоров в многопроцессорных системах
- •Многопроцессорная система с главным процессором
- •Организация с собственным планировщиком для каждого процессора
- •Симметричная многопроцессорная организация (smp)
- •Разбиение системных таблиц
- •Смещение моментов прерывания таймера
- •Стратегия планирования загрузки процессоров в многопроцессорной системе
- •Стратегия распределения загрузки
- •Стратегия максимальной производительности при параллельных вычислениях – бригадное планирование
- •Метод расщепление цикла
- •Метод редукции высоты дерева
- •Параллельное вычисление по альтернативным ветвям
- •Бригадное планирование процессов в многопроцессорной системе
- •2.6 Синхронизация выполнения процессов
- •Алгоритмы взаимоисключения с активным ожиданием
- •Алгоритм 1
- •Алгоритм 2
- •Алгоритм 3
- •Алгоритм 4
- •Алгоритм 5
- •Алгоритм Деккера
- •Алгоритм Петерсона
- •Алгоритм на основе команды процессора "проверить и установить"
- •Алгоритм на основе команды процессора "обменять данные"
- •Недостатки алгоритмов с активным ожиданием
- •Алгоритмы взаимоисключения с блокировкой процессов
- •Открытие объекта синхронизации
- •Закрытие объекта синхронизации
- •Вхождение в критическую секцию
- •Выход из критической секции
- •Замечания по реализации примитивов синхронизации
- •Мониторы
- •2.7 Взаимная блокировка процессов (тупики)
- •Необходимые условия возникновения тупика
- •Методы борьбы с тупиками
- •Предотвращение тупиков
- •Нарушение ожидания дополнительных ресурсов
- •Нарушение неперераспределимости ресурсов
- •Нарушение условия кругового ожидания
- •Устранение тупиков
- •Обнаружение тупиков
- •Управление памятью
- •3.1 Иерархическая модель памяти
- •Оценка среднего времени доступа к данным при использовании многоуровневой модели памяти
- •Локализация ссылок при обращении к памяти
- •3.2 Виртуальная память
- •Предпосылки создания виртуальной памяти
- •Архитектура виртуальной памяти
- •Подсистема трансляции адресов
- •Метод прямого отображения
- •Метод ассоциативного отображения
- •Метод комбинированного отображения
- •Архитектура виртуального адресного пространства
- •Сегментная организация виртуальной памяти
- •Страничная организация виртуальной памяти
- •Сегментно-страничная организация виртуальной памяти
- •Отображение файла на виртуальное адресное пространство
- •Совместное использование данных в оперативной памяти
- •3.3 Основные стратегии управления памятью
- •Стратегии выборки данных
- •Стратегии размещения данных
- •Выделение памяти по стратегии первого подходящего
- •Выделение памяти по стратегии наиболее подходящего
- •Выделение памяти по стратегии наименее подходящего
- •Стратегии замещения данных
- •Замещение с немедленной перезаписью и замещение с буферизацией
- •Замещение с локальной и глобальной областью видимости
- •3.4 Управление виртуальной памятью
- •Выборка в системе виртуальной памяти
- •Реализация выборки по требованию
- •Размещение в системе виртуальной памяти
- •Замещение в системе виртуальной памяти
- •Стратегия выталкивания случайной страницы
- •Оптимальная стратегия
- •Дисциплина fifo – выталкивание наиболее старой страницы
- •Дисциплина lru – выталкивание дольше всего неиспользуемой страницы
- •Дисциплина lfu – выталкивание страницы с наименьшей частотой обращений
- •Дисциплина nru – выталкивание страницы, не используемой в последнее время
- •Часовой алгоритм
- •Управление резидентным множеством страниц процесса
- •Понятие рабочего множества страниц процесса
- •Управление резидентными множествами на основе рабочих множеств
- •Глобальное замещение, динамическое резидентное множество
- •Локальное замещение, фиксированное резидентное множество
- •Локальное замещение, динамическое резидентное множество
- •Алгоритм на основе оценки частоты прерываний – дисциплина pff (Page Fault Frequency)
- •Алгоритм с переменным пробным интервалом – дисциплина vsws
- •Влияние размера страницы
- •Оптимизация работы дискового накопителя
- •Оптимизация механических перемещений головок диска
- •Основы устройства и функционирования дисковых накопителей
- •Стратегии оптимизации механических перемещений головок диска
- •Стратегия fcfs – Fist Come First Served
- •Стратегия sstf – Shortest Seek Time First
- •Стратегия scan – Scanning
- •Стратегия n-step scan – n-step Scanning
- •Системный дисковый кэш
- •Структура системного дискового кэша
- •Хэширование, хэш-функции и хэш-очереди
- •Структура блока и очередей дискового кэша
- •Работа системного дискового кэша
- •Упреждающее чтение
- •Реализация дискового кэша на основе виртуальной памяти
- •3.6 Надежность операционной системы при использовании системного дискового кэша
- •Буферизация ввода-вывода на пользовательском уровне
- •3.7 Процессорный кэш
- •Отображение участков озу на процессорный кэш
- •Случайное отображение участков озу в процессорный кэш
- •Детерминированное отображение участков озу в процессорный кэш
- •Комбинированное отображение участков озу в процессорный кэш
- •Работа процессорного кэша в режиме записи данных
- •3.8 Динамическое распределение памяти
- •Куча (heap)
- •Алгоритмы динамического распределения памяти
- •Отложенное объединение свободных блоков
- •Оптимизация списка свободных блоков
- •Метод парных меток для поддержания списка блоков кучи
- •Специальные алгоритмы динамического распределения памяти из кучи
- •Метод близнецов (или метод двойников)
- •Алгоритм выделения блоков памяти одинакового размера
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Организация с собственным планировщиком для каждого процессора
Основная идея данного подхода состоит в том, что на каждом процессоре системы работает собственный планировщик, который и управляет ходом вычислений на данном процессоре. При этом с каждым из процессоров связан собственный набор готовых к выполнению процессов.
При запуске нового процесса, он назначается одному из процессоров системы и в дальнейшем выполняется только на нем, как на обычной однопроцессорной машине.
Частный планировщик процессора при этом может реализовать любую из рассмотренных ранее дисциплин планирования, с одной или множеством очередей.
В системе с собственным планировщиком для каждого процессора не предусмотрено механизмов передачи начатых процессов между процессорами, поэтому, если какой либо процессор завершил все свои процессы, он будет простаивать, даже если другие процессоры перегружены работой. Память вычислительной системы обычно также поделена между процессорами, что существенно упрощает организацию.
Таким образом, многопроцессорная система с собственным планировщиком для каждого процессора скорее напоминает совокупность однопроцессорных систем, но в данном случае все же достигается определенная экономия за счет разделения многих периферийных устройств компьютера, таких как диски и другие средства ввода-вывода.
Симметричная многопроцессорная организация (smp)
Симметричная многопроцессорная организация это наиболее сложная, но и наиболее эффективная, с точки зрения минимизации простоя процессоров.
Основная идея SMP состоит в том, чтобы поддерживать единое множество готовых к выполнению процессов для всех процессоров системы. Причем в этом едином множестве находятся как пользовательские, так и системные процессы. Любой процесс может быть назначен на исполнение любому свободному процессору – все процессоры равноправны, и рассматриваются как единый вычислительный ресурс.
Таким образом, на протяжении своего жизненного цикла, не только пользовательские, но и системные процессы могут попадать на различные процессоры. При этом нельзя исключить ситуацию, что один и тот же системный процесс, например, планировщик, одновременно окажется на исполнении на различных процессорах, что потенциально может привести к конфликту при доступе к системным ресурсам.
Следовательно, при использовании симметричной многопроцессорной организации, код планировщика должен быть реентерабельным, со строгим соблюдением режима взаимоисключения при доступе к системным ресурсам.
Взаимоисключающий доступ к системным ресурсам со стороны системных процессов, выполняющихся на различных процессорах, приводит к тому, что только один из процессоров в данный момент времени может работать с системными таблицами.
Процессор, в данный момент времени работающий с системными таблицами, называется мониторным процессором. Очевидно, что только один процессор может быть мониторным в данный момент времени, но при симметричной многопроцессорной организации любой из процессоров может оказаться мониторным.
Симметричная многопроцессорная система наиболее равномерно распределяет загрузку процессоров и наиболее эффективно выполняет программы. Ни один процессор не будет простаивать, если в системе есть готовые к исполнению процессы. Но для еще более эффективного использования процессоров можно применить дополнительные методы оптимизации. Наиболее эффективными приемами является разбиение системных таблиц и смещение моментов прерывания таймера.