- •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
Метод близнецов (или метод двойников)
Скорость выделения памяти можно существенно повысить, если выделять ее блоками заранее определенного размера, при этом может быть одновременно использовано несколько альтернативных размеров блока. Скорость выделения памяти возрастает потому, что не требуется искать в списке подходящий по размеру блок. Такой прием использован в широко распространенном алгоритме близнецов, обеспечивающем очень быстрое выделение и освобождение памяти блоками кратного размера.
Сущность алгоритма близнецов состоит в следующем. Размер кучи выбирается кратным целой степени двойки. Положим, что размер кучи равен .
В ответ на запрос о выделении памяти, может быть выделен блок памяти размером , , и т.д., вплоть до минимального блока размером (всего предусматривается возможных размеров блоков, причем ).
В алгоритме близнецов блок меньшего размера получают за счет деления пополам одного более крупного блока (см. рис. 58). Пара блоков, полученная делением на две части одного более крупного блока, называется близнецами или двойниками.
Рис.58. Формирование блоков-двойников
Заметим, что адреса блоков-близнецов отличаются только одним битом (000 и 100, 100 и 110, 100 и 101, 110 и 111, и т.д.). Этот факт будет использоваться в алгоритме близнецов при объединении освобождаемых блоков.
В соответствии с алгоритмом близнецов, адреса всех свободных блоков размещаются в очередях (списках), причем для блоков каждого размера предусмотрена собственная очередь. Пронумеруем эти очереди от до в направлении возрастания размеров свободных блоков. Эти очереди легко организовать за счет использования памяти самих же свободных блоков, записывая в начале каждого свободного блока адрес следующего свободного блока того же размера.
Первоначально только очередь номер содержит единственный свободный блок, включающий всю память кучи. По мере динамического выделения памяти, свободные блоки меньших размеров распределяются по ассоциированным с ними очередям.
Когда поступает запрос на выделение блока памяти размером , где , прежде всего, находят очередь, содержащую блоки, лучше всего подходящие по размеру. Требуемую очередь легко найти по номеру, используя следующую формулу:
( 0 )
Если найденная очередь (очередь номер ) не пустая, то из ее головы извлекается адрес свободного блока и передается в ответ на запрос о выделении памяти.
Если же очередь номер окажется пустой, то обращаются к следующей очереди (номер ), и так далее, пока не будет найдена не пустая очередь.
Предположим, что очередь не пустая. Тогда из нее извлекается один свободный блок и разбивается на два блока половинного размера – близнецов. Адрес одного из блоков-близнецов заносится в очередь номер , а адрес второго блока-близнеца передается в ответ на запрос о выделении памяти.
Рассмотрим теперь процедуру освобождения блока. Для работы алгоритма двойников необходимо, чтобы размер освобождаемого блока был известен. По размеру блока определяется номер очереди свободных блоков, которая могла бы содержать двойник освобождаемого блока. Эта очередь просматривается, и адреса всех свободных блоков из очереди сопоставляются с адресом освобождаемого блока по правилу (0).
( 0 )
где - адрес освобождаемого блока;
- адреса свободных блоков в очереди номер ;
- номер очереди, содержащий блоки данного размера.
Условие (0) позволяет сравнить старшие (совпадающие у близнецов) биты адресов блоков. Если при очередной проверке условие (0) выполнилось, то проверяемый блок является двойником для освобождаемого блока. Проверяемый блок извлекается из очереди свободных блоков и объединяется с освобождаемым блоком. Адресом объединенного блока является меньший из адресов объединяемых блоков.
После объединения блоков, предпринимается новая попытка найти двойника уже для объединенного блока в следующей очереди и т.д. по рекурсии, пока либо все блоки не будут объединены в единственный, либо при проверке очереди в ней не будет найден двойник (или очередная очередь окажется пустой).
Метод близнецов обеспечивает очень высокую скорость динамического выделения и освобождения памяти, и используется в составе многих современных операционных систем для динамического распределения памяти в ядре системы, драйверах или в других ответственных компонентах системы, критичных к скорости работы.