- •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
Нарушение ожидания дополнительных ресурсов
Принцип нарушения ожидания дополнительных ресурсов требует, чтобы процесс при входе в критическую секцию сразу же запрашивал все необходимые ресурсы, при этом операционная система должна действовать следующим образом:
если все требуемые ресурсы доступны, то необходимо выделить все ресурсы одновременно, за одну неделимую операцию;
если хотя бы один ресурс недоступен, то ни один из запрашиваемых ресурсов не должен выделяться.
Одновременный захват ресурсов исключает ситуацию, когда два конкурирующих процесса будут поочередно захватывать ресурсы из некоторого пула ресурсов, в результате ни один из процессов не наберет всех необходимых ресурсов, и оба процесса заблокируют друг друга.
В интерфейсах системных вызовов операционных систем всегда предусматривается функция для одновременного захвата сразу нескольких объектов синхронизации, например в Windows – функция WaitForMultipleObject(), поэтому принцип нарушения ожидания дополнительных ресурсов при желании может быть реализован в программах.
Недостаток подхода, основанного на одновременном захвате ресурсов, состоит в повышении вероятности длительного откладывания процесса, т.к. для продолжения его работы необходимо, чтобы все требуемые ресурсы были бы свободны одновременно. Операционная система никогда не выполняет накопление ресурсов в интересах какого-либо отдельного процесса, в то время как, захватывая ресурсы по одному, процесс сам накапливает их для себя.
Таким образом, платой за предотвращение тупика является возможное откладывание процесса на длительное время.
Нарушение неперераспределимости ресурсов
Второй принцип Хавендера направлен на нарушение условия неперераспределимости ресурсов.
Действительно, если условие неперераспределимости ресурсов будет нарушено, то тупик возникнуть не может, но с другой стороны, нельзя просто отбирать ресурсы у процесса, т.к. это неминуемо приведет к нарушению взаимоисключения. Поэтому, второй принцип Хавендера требует, чтобы процесс сам возвращал системе удерживаемые ресурсы, если ему не удалось получить запрошенные дополнительные ресурсы. Добровольно возвращая удерживаемые ресурсы, процесс может позаботиться о корректности этой операции.
Второй принцип Хавендера не требует специальной поддержки от операционной системы, и в случае необходимости может быть легко реализован на программном уровне.
Как и первый принцип Хавендера, второй принцип также увеличивает вероятность длительного откладывания процесса по тем же причинам – процесс не может выполнить накопление ресурсов, и вынужден ждать, пока все требуемые ресурсы одновременно станут свободными.
Нарушение условия кругового ожидания
Круговое ожидание ресурсов чаще всего становится причиной тупика. Однако, если все процессы будут запрашивать ресурсы строго в определенном порядке, то сама возможность возникновения кругового ожидания исключается. Для этого достаточно пронумеровать все имеющиеся ресурсы, и запрашивать их в порядке возрастания номера ресурса.
Несмотря на гарантированное исключение тупиков, данный принцип не получил широкого распространения на практике из-за неудобства использования. Действительно, довольно неудобно работать с нумерованными ресурсами, если их набор постоянно динамически изменяется, например, создаются и уничтожаются файлы.