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

44798. Mülltrennung in Aschach 26.5 KB
  Die Müllers leben wie Millionen ndere deutsche Fmilien uch: Die Eltern аrbeiten die Kinder gehen zur Schule mn fährt ein bis zweiml im Jhr in den Urlub und mn trennt seinen Müll. Die pcke ich zu Bündeln und lege sie m bholtg zusmmen mit den vollen Knüllppiersäcken rus uf den Bürgersteig.“ Ich bringe die leeren Flschen und Gläser gerne zu den ltglscontinern. Ds durchsichtige Gls kommt in den WeißglsContiner ds brune in den BrunglsContiner und ds grüne ntürlich in den GrünglsContiner ber mn muss ufpssen dss keine Deckel mehr uf...
44799. Отношение к литературной классике 19в в 20 и 21вв 26.5 KB
  Русская классика 19 века хранительница русской духовной культуры. Это споры физиков и лириков а также споры в методистов литературы споры современного прочтения и индивидуальной интерпретации. На стр рус класс литры в созданных ей образах и картинах запечатлелось развитие общества на протяжении столетий воплощен национальн характер народа.
44800. Хромосомная теория наследственности. Основные законы наследования признаков 39 KB
  Для выявления закономерности наследования признаков им был разработан гибридологический метод особенностями которого являются: исследование одной пары альтернативных признаков по которым отличались родительские особи; точный количественный учет признаков в каждом поколении и статистическая обработка данных; использование чистых линий для получения гибридов. При скрещивании гомозиготных особей анализируемых по одной паре альтернативных признаков первое поколение единообразно по своим генотипам и фенотипам. При скрещивании...
44801. Земная кора 20.22 KB
  Мантия Земли Мантия это силикатная оболочка Земли сложенная преимущественно перидотитами породами состоящими из силикатов магния железа кальция и др. Мантия составляет 67 всей массы Земли и около 83 всего объёма Земли. Хотя сведения о составе нижней мантии ограничены и число прямых данных весьма невелико можно уверенно утверждать что её состав со времён формирования Земли изменился значительно меньше чем верхней мантии породившей земную кору.
44802. Атмосфера 36.5 KB
  Нижний наиболее плотный слой воздуха тропосфера ее высота 10 15 км. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум около 0 С Выше стратосферы примерно до высоты 80 км простирается мезосфера в которой температура воздуха с высотой падает до нескольких десятков градусов ниже нуля. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха основные области ионосферы лежат внутри термосферы. Далее до 10 000 км простирается экзосфера где плотность воздуха с...
44803. География населения. Демографические показатели регионов мира 15.99 KB
  Демографические показатели регионов мира География населения изучает численность структуру и размещение населения рассматриваемого в процессе общественного воспроизводства и взаимодействия с окружающей природной средой. Под воспроизводством населения понимают совокупность процессов рождаемости смертности и естественного прироста которые обеспечивают беспрерывное возобновление и смену людских поколений. Для первого типа характерны относительно невысокие показатели рождаемости смертности и естественного прироста для экономически развитых...
44804. Правило минимума Либиха. Закон оптимума. Закон толерантности Шелфорда 38 KB
  Закон оптимума. Закон толерантности Шелфорда. Закон минимума Либиха закон открытый. Либихом 1840 согласно которому относительное действие отдельного экологического фактора тем сильнее чем больше он находится по сравнению с другими факторами в минимуме; по данному закону от вещества концентрация которого лежит в минимуме зависят рост растений величина и устойчивость их урожайности.
44805. Понятие популяции. Структура и динамика популяций 41 KB
  Свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство Основные характеристики популяций: 1 численность общее количество особей на выделяемой территории; 2 плотность популяции среднее число особей на единицу площади или объема занимаемого популяцией пространства; плотность популяции можно выражать также через массу членов популяции в единице пространства; 3 рождаемость число новых особей появившихся за единицу времени в результате размножения; 4 смертность показатель отражающий количество погибших в популяции особей за...
44806. Потоки вещества и энергии в биологических сообществах. Продуценты, консументы, редуценты. Трофические цепи и трофические сети. Пирамиды численности и биомассы в сообществах 37.5 KB
  Энергия основа работы экосистемы основной источник энергии Солнце. Поток солнечной энергии протекает через фототрофные экосистем при передаче в пищевых трофических цепях происходит рассеивание в виде тепла Пищевая цепь сеть последовательность организмов где каждый предыдущий пища для последующего. Из всей поступающей солнечной энергии растениями усваивается только 2 остальное расходуется на транспирацию отражается листьями идет на нагревание воздуха воды и почвы.