78514

Операционные системы: концепции и механизмы управления процессами и ресурсами

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Функциями ОС по управлению памятью являются: отслеживание свободной и занятой памяти выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов вытеснение процессов из оперативной памяти на диск когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней всех процессов и возвращение их в оперативную память когда в ней освобождается место а также настройка адресов программы на конкретную область физической памяти. Так как во время трансляции в общем случае не известно в какое место оперативной памяти будет загружена...

Русский

2015-02-07

38 KB

0 чел.

11. Операционные системы: концепции и механизмы управления процессами и ресурсами

Управление локальными ресурсами.

Важнейшей функцией операционной системы является организация рационального использования всех аппаратных и программных ресурсов системы. К основным ресурсам могут быть отнесены: процессоры, память, внешние устройства, данные и программы. Располагающая одними и теми же ресурсами, но управляемая различными ОС, вычислительная система может работать с разной степенью эффективности. Поэтому знание внутренних механизмов операционной системы позволяет косвенно судить о ее эксплуатационных возможностях и характеристиках. Управление памятью. Память является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления со стороны мультипрограммной операционной системы. Распределению подлежит вся оперативная память, не занятая операционной системой. Обычно ОС располагается в самых младших адресах, однако может занимать и самые старшие адреса. Функциями ОС по управлению памятью являются: отслеживание свободной и занятой памяти, выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов, вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место, а также настройка адресов программы на конкретную область физической памяти. Типы адресов. Для идентификации переменных и команд используются символьные имена (метки), виртуальные адреса и физические адреса. Символьные имена присваивает пользователь при написании программы на алгоритмическом языке или ассемблере. Виртуальные адреса вырабатывает транслятор, переводящий программу на машинный язык. Так как во время трансляции в общем случае не известно, в какое место оперативной памяти будет загружена программа, то транслятор присваивает переменным и командам виртуальные адреса, обычно считая по умолчанию, что программа будет размещена, начиная с нулевого адреса. Совокупность виртуальных адресов процесса называется виртуальным адресным пространством. Каждый процесс имеет собственное виртуальное адресное пространство. Максимальный размер виртуального адресного пространства ограничивается разрядностью адреса, присущей данной архитектуре компьютера, и, как правило, не совпадает с объемом физической памяти, имеющимся в компьютере. Физические адреса соответствуют номерам ячеек оперативной памяти, где в действительности расположены или будут расположены переменные и команды. Переход от виртуальных адресов к физическим может осуществляться двумя способами. В первом случае замену виртуальных адресов на физические делает специальная системная программа - перемещающий загрузчик. Перемещающий загрузчик на основании имеющихся у него исходных данных о начальном адресе физической памяти, в которую предстоит загружать программу, и информации, предоставленной транслятором об адресно-зависимых константах программы, выполняет загрузку программы, совмещая ее с заменой виртуальных адресов физическими. Второй способ заключается в том, что программа загружается в память в неизмененном виде в виртуальных адресах, при этом операционная система фиксирует смещение действительного расположения программного кода относительно виртуального адресного пространства. Во время выполнения программы при каждом обращении к оперативной памяти выполняется преобразование виртуального адреса в физический. Второй способ является более гибким, он допускает перемещение программы во время ее выполнения, в то время как перемещающий загрузчик жестко привязывает программу к первоначально выделенному ей участку памяти. Вместе с тем использование перемещающего загрузчика уменьшает накладные расходы, так как преобразование каждого виртуального адреса происходит только один раз во время загрузки, а во втором случае - каждый раз при обращении по данному адресу. В некоторых случаях (обычно в специализированных системах), когда заранее точно известно, в какой области оперативной памяти будет выполняться программа, транслятор выдает исполняемый код сразу в физических адресах.

Распределение памяти фиксированными разделами. Самым простым способом управления оперативной памятью является разделение ее на несколько разделов фиксированной величины. Это может быть выполнено вручную оператором во время старта системы или во время ее генерации. Очередная задача, поступившая на выполнение, помещается либо в общую очередь, либо в очередь к некоторому разделу. При очевидном преимуществе - простоте реализации - данный метод имеет существенный недостаток - жесткость. Так как в каждом разделе может выполняться только одна программа, то уровень мультипрограммирования заранее ограничен числом разделов независимо от того, какой размер имеют программы. Даже если программа имеет небольшой объем, она будет занимать весь раздел, что приводит к неэффективному использованию памяти. С другой стороны, даже если объем оперативной памяти машины позволяет выполнить некоторую программу, разбиение памяти на разделы не позволяет сделать этого. Распределение памяти разделами переменной величины. В этом случае память машины не делится заранее на разделы. Сначала вся память свободна. Каждой вновь поступающей задаче выделяется необходимая ей память. Если достаточный объем памяти отсутствует, то задача не принимается на выполнение и стоит в очереди. После завершения задачи память освобождается, и на это место может быть загружена другая задача. Таким образом, в произвольный момент времени оперативная память представляет собой случайную последовательность занятых и свободных участков (разделов) произвольного размера. Задачами ОС при реализации данного метода управления памятью является: ведение таблиц свободных и занятых областей, в которых указываются начальные адреса и размеры участков памяти; при поступлении новой задачи - анализ запроса, просмотр таблицы свободных областей и выбор раздела, размер которого достаточен для размещения поступившей задачи; загрузка задачи в выделенный ей раздел и корректировка таблиц свободных и занятых областей; после завершения задачи корректировка таблиц свободных и занятых областей. Программный код не перемещается во время выполнения, то есть может быть проведена единовременная настройка адресов посредством использования перемещающего загрузчика. По сравнению с методом распределения памяти фиксированными разделами данный метод обладает гораздо большей гибкостью, но ему присущ очень серьезный недостаток - фрагментация памяти. Фрагментация - это наличие большого числа несмежных участков свободной памяти очень маленького размера (фрагментов). Настолько маленького, что ни одна из вновь поступающих программ не может поместиться ни в одном из участков, хотя суммарный объем фрагментов может составить значительную величину, намного превышающую требуемый объем памяти. Перемещаемые разделы. Одним из методов борьбы с фрагментацией является перемещение всех занятых участков в сторону старших либо в сторону младших адресов, так, чтобы вся свободная память образовывала единую свободную область. В дополнение к функциям, которые выполняет ОС при распределении памяти переменными разделами, в данном случае она должна еще время от времени копировать содержимое разделов из одного места памяти в другое, корректируя таблицы свободных и занятых областей. Эта процедура называется "сжатием". Сжатие может выполняться либо при каждом завершении задачи, либо только тогда, когда для вновь поступившей задачи нет свободного раздела достаточного размера. В первом случае требуется меньше вычислительной работы при корректировке таблиц, а во втором - реже выполняется процедура сжатия. Так как программы перемещаются по оперативной памяти в ходе своего выполнения, то преобразование адресов из виртуальной формы в физическую должно выполняться динамическим способом.

Методы распределения памяти с использованием дискового пространства. Понятие виртуальной памяти. Развитие методов организации вычислительного процесса в этом направлении привело к появлению метода, известного под названием виртуальная память. Виртуальным называется ресурс, который пользователю или пользовательской программе представляется обладающим свойствами, которыми он в действительности не обладает. Так, например, пользователю может быть предоставлена виртуальная оперативная память, размер которой превосходит всю имеющуюся в системе реальную оперативную память. Пользователь пишет программы так, как будто в его распоряжении имеется однородная оперативная память большого объема, но в действительности все данные, используемые программой, хранятся на одном или нескольких разнородных запоминающих устройствах, обычно на дисках, и при необходимости частями отображаются в реальную память. Таким образом, виртуальная память - это совокупность программно-аппаратных средств, позволяющих пользователям писать программы, размер которых превосходит имеющуюся оперативную память; для этого виртуальная память решает следующие задачи: размещает данные в запоминающих устройствах разного типа, например, часть программы в оперативной памяти, а часть на диске; Перемещает по мере необходимости данные между запоминающими устройствами разного типа, например, подгружает нужную часть программы с диска в оперативную память; Преобразует виртуальные адреса в физические. Все эти действия выполняются автоматически, без участия программиста, то есть механизм виртуальной памяти является прозрачным по отношению к пользователю.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22237. Введение в дифференциальный криптанализ. Итеративные характеристики 401.5 KB
  Статистическое поведение большинства характеристик не позволяет нам искать пересечение всех ключей предложенных поддерживаемых различными парами как это мы делали в примере 6 Л2 так как пересечение обычно пустое: неправильные пары не обязательно указывают на правильный ключ как возможное значение. Однако мы знаем что правильное ключевое значение должно быть результатом всех правильных пар которые встречаются приблизительно с характеристической вероятностью с вероятностью характеристики. Все другие возможные ключевые значения...
22238. Атака на DES уменьшенный до восьми циклов 414 KB
  Введение в дифференциальный криптанализ 1 Атака на DES уменьшенный до восьми циклов Чтобы найти другие биты Эли Бихам и Ади Шамир фильтруют все пары и оставляют только те которые имеют ожидаемое значение используя при этом известные значения h и значения ключевых битов K8 входящих в S6 S7 и S8. Ожидаемое число остающихся пар есть 53. Они применяют аналогичный метод счета используя увеличенное отношение S N созданное большой концентрацией правильных пар и затем снова фильтруют пары. Неправильная пара не отвергается этим или...
22239. Введение в дифференциальный криптанализ 626 KB
  Анализ требований к отбору S блоков разработчиков стандарта. В этом разделе мы хотим высказать свою версию обоснования требований к отбору S блоков выдвинутых разработчиками стандарта. Критерии отбора S блоков: 1. Если два входа S блока отличаются своими первыми двумя битами и имеют совпадающими 2 последних бита то выходные биты не должны быть теми же самыми  для любых e и f; Для любых ненулевых 6ти битовых различий между входами не более чем 8 из 32 пар входов могут показывать одни и те же выходные различия; Критерий подобный...
22240. Способ равных допусков 47 KB
  На размеры всех составляющих звеньев кроме увязочного назначается допуски из одного квалитета с учетом номинального размера звена. Вероятностный метод допусков расчета составляющих звеньев. допустить выбор подбор или изменение величины некоторых звеньев цепи от можно расширить в несколько раз допуски звеньев и соответственно снизить затраты за счет непринятия в расчет маловероятностных комбинаций числовых значений тех же звеньев цепи. Для вероятностного расчета допусков нужно располагать информацией о предполагаемых законах распределения...
22241. Отклонение формы и расположения 938 KB
  В основе нормирования и отсчетов отклонения формы и расположения поверхностей заложен принцип прилегающих поверхностей и профилей. База это есть элемент детали определяющий одну из плоскостей или осей системы координат по отношению к которой задается допуск расположения или определяется отклонение рассматриваемого элемента. Все отклонения и допуски подразделяются на 3 группы: отклонение формы; отклонение расположения; суммарное отклонение.
22242. Допуски и посадки подшипников качения 197 KB
  Присоединительными поверхностями подшипника качения являются наружный Диаметр D наружной поверхности подшипника и внутренний диаметр d внутреннего кольца подшипника а также ширина В колец. Таким образом за номинальные диаметры подшипника принимаются диаметры его посадочных поверхностей D и d. Основная присоединительная поверхность подшипников качения по которым они монтируются на валах и корпусах машин это отверстие во внутреннем кольце подшипника и наружная поверхность наружного кольца подшипника. Посадки подшипников на вал выполняются...
22243. Меры повышения долговечности калибра 81 KB
  К наборам прилагают аттестаты в которых указаны номинальные размеры плиток отклонения от номинальных размеров разряд набора и средства измерения использованные при аттестации набора. К третьим относятся средства измерения наружных и внутренних диаметров. Наружные если малые диаметры контролируются с помощью рычажнозубчатых индикаторов типа РЗИ с ценой деления 2 и 5 мкм предел измерения от 1 до 3 мм. К ним относятся штангенциркули для измерения до 2 мм штангенглубомеры для пазов штангенрейсмусы это средства для осуществления и...
22244. Выбор измерительных средств 43 KB
  При выборе измерительных средств необходимо оценить допускаемую погрешность измерения а также определить положение приемочных границ т. Допускаемая погрешность измерения зависит от допуска на изготовление изделия который связан с номинальным размером. Для линейных размеров до 500 мм СТ СЭВ 303 76 в квалитетах 2 17 устанавливает 16 рядов допускаемых погрешностей измерения. Если допуск на изготовление не совпадает с допуском ЕСДП СЭВ погрешность измерения следует выбирать по ряду погрешностей установленному для ближайшего более...
22245. Характеристика единой системы допусков и посадок 247.5 KB
  Единая система – это есть единая система взаимозаменяемости. Эта система состоит важнейшими, из которых являются допуски и посадки гладких цилиндрических поверхностей. Единая система отличается от прежней системы принципом построения, значениями предельных отклонений, условными значениями допусков и посадок.