Для чего каждая задача получает свой дескриптор. Какие поля, как правило, содержатся в дескрипторе процесса (задачи). Что такое контекст задачи

3.   Для чего каждая задача получает свой дескриптор. Какие поля, как правило, содержатся в дескрипторе процесса (задачи). Что такое контекст задачи.

№6

1.   Дескриптор ОС реального времени

В ОС реального времени количество процессов фиксируется, поэтому полезно определить количество дескрипторов процессов. Каждый дескриптор процессов постоянно располагается в оперативной памяти, с целью ускорить работу диспетчера задач, для более эффективной обработки данных. В системах реального времени целесообразно иметь постоянные дескрипторы задач, полностью или всегда существующие в системе, независимо от того, поступают на них требования или нет. каждая конкретная задача обладает некоторой собственной областью оперативной памяти, независимо от того исполняется задача или нет. Это так наз. ОЗУ резидентные задачи. Эта область может использоваться для хранения данных полученных задачей ранее. Данные могут хранится в ней тогда, когда задача находится в состоянии ожидания или бездействия.

Аппаратная поддержка дескрипторов задач. Для аппаратной поддержки работы ОС с дескрипторами задач в процессорах реального времени реализованы соответствующие механизмы. Начиная с Intel 80286 в котором реализован регистр наз: TR task Register, указывающий местонахождение сегмента состояния задачи, в котором при переключении с задачи на задачу автоматически сохраняется содержание регистров процессора. В современных ОС регистр задачи включает в себя сегмент состояния задачи TSS task state segment Дескриптор задачи больше по размерам чем TSS и включает в себя такие общие поля, как идентификатор задачи, имя, приоритет, тип, и т. д.

№7

1.   Активный и пассивный процессы.

Состояния процесса. Необходимо отличать чисто управляющие процессы, представляющие работу супервизора операционной системы и занимающейся распределением и упорядочиванием ресурсов называемый Системным обработчиком процессов, входит в ядро ОС и процессов пользователей. Для системных управляющих процессов ресурсы определены изначально и начально. Эти процессы управления ресурсами системы за использование которыми существует конкуренция между всеми остальными процессами. Поэтому исполнение системы управления программами не принято называть процессами.

Термин задача (процесс) можно употреблять только к процессам пользователей и к системным обрабатывающим процессам. Однако это справедливо не для всех ОС. В Unix системах выполнение исполняющих программных модулей тоже имеет статус системных процессов.

Процесс может находится в активном и пассивно состоянии. В активном состоянии процесс может участвовать в конкуренции за использование ресурсов вычислительной системы. В пассивном состоянии он только известен системе, но в конкуренции не участвует.

В свою очередь активный процесс может быть в одном из следующих состояний:

1 Состояние выполнения: все затребованные процессом ресурсы выделены. В этом состоянии может находится только один процесс.

2 готовности к выполнению: ресурсы могут быть предоставлены этому процессу, тогда он перейдет в состояние выполнения.

3 Блокированное или ожидание: затребованные ресурсы не могут быть предоставлены или не завершена операция ввода/вывода.

В большинстве ОС последнее состояние подразделяется на множественное состояние ожидания. соответствующее определенному виду ресурса из-за отсутствия которого процесс переходит в состояние ожидания. В обычных ОС процесс появляется при запуске какой либо программы. Ос организует (порождает или выделяет) для нового процесса соответствующий дескриптор процесса и процесс начинает развиваться (задача начинает выполняться). Поэтому в обычных ОС пассивного состояния не существует. В ОС реального времени ситуация несколько иная Обычно при проектировании ОС реального времени заранее известен состав программ или задач, которые будут выполняться. Известны при этом многие их параметры, которые необходимо учитывать при распределении ресурсов (объем требуемой памяти, время выполнения, приоритет выполнения, используемые устройства). Поэтому для ОС реального времени заранее заводят дескрипторы задач с тем, чтобы впоследствии не тратить время на организацию дескриптора и поиск для него необходимых ресурсов. Поэтому в таких ОС некоторые процессы могут находится в состоянии бездействия.

2.   Привилегированные и непривилегированные программные модули.

3.   Объяснить понятие ресурса. Назвать виды и типы ресурсов.

Понятие ресурса явл. одним из основных при рассмотрении ОС. Термин ресурс обычно применяется по отношению к повторно использующимся, относительно стабильным и часто недостающим объектам, которые запрашиваются, используются и освобождаются процессами в период их активности.

Ресурсы могут быть разделяемыми, когда несколько процессов могут использовать их одновременно (в один и тот же момент времени) или параллельно (в течение некоторого времени процессы используют ресурс попеременно) и неразделяемыми.

Классификация ресурсов

При разработке первых систем ресурсами считали процессорное время, память, каналы ввода/вывода и периферийные устройства. Сейчас программные и информационные ресурсы могут быть как объекты которые могут разделяться и распределяться. Отседова следует вывод. что доступ к этим объектам нужно контролировать. Сейчас понятие ресурса превратилось в абстрактную структуру с рядом атрибутов или свойств характеризующих способы доступа к этой структуре и её физическое представление в системе.

Основные виды ресурсов.

1)   Процессорное время

2)   Память. Оперативная память может быть разделена одновременным способом, в этом сл-е в памяти может располагаться одновременно несколько процессов, либо целиком, либо текущие фрагменты; и попеременно – в разные моменты времени она может предоставляться для различных вычислительных процессов. В каждый конкретный момент времени процессор при выполнении вычислений обращается опять к ограниченному числу ячеек оперативной памяти. С этой точки зрения полезно разделять память для возможно большего числа идущих параллельно процессов. С другой стороны, как правило, чем больше оперативной памяти может быть свободно для конкретного текущего процесса, тем лучше условия его выполнения. Поэтому проблема эффективного разделения оперативной памяти между параллельно выполняемыми процессами является одной из самых актуальных. Сие явление называют также балансировкой загрузки.

Когда говорят о внешней памяти (магнитные диски, винт), то собственно сама память и доступ к ней разными видами ресурсов. каждый из этих ресурсов может предоставляться независимо от другого. Но для работы с внешней памятью необходимо иметь оба этих ресурса. Внешняя память может разделяться одновременно, а доступ к ней разделяется попеременно (параллельно). Если говорить о внешних устройствах, то оне как правило могут разделяться параллельно, если используются механизмы прямого доступа. если устройство работает с последовательным доступом оно не может считаться разделяемым ресурсом (принтер, стример).

3)   Программные модули. Системные программные ресурсы. Могут быть разделены между выполняющимися процессами. Программные модули могут быть однократно исполняемыми (исполняются правильно только один раз, и являются неделимыми ресурсами, более того их вообще можно не рассматривать как ресурс системы. Такие модули используются, как правило, при загрузке системы.) и многократно исполняемыми. Многократно исполняемые программные модули могут быть непривилегированные, привилегированные и реентерабельные.

Привилегированный программный модуль работает в так называемом привилегированном режиме, при отключенной системе прерываний, и ничто не может нарушить естественный порядок вычислений. В результате программный модуль выполняется до конца. после чего он может быть вызван из другой задачи на исполнение. Такой модуль можно рассматривать как попеременно разделяемый ресурс.

Структура модуля:

Отключение прерываний

Тело программного модуля

Включение прерываний

Непривилегированные модули – обычные программные модули. которые могут быть прерваны во время своей работы. Следовательно их нельзя в общем случае считать разделяемыми, потому что если после прерывания вычисления такого модуля запустить его исчо раз по требованию вычислительно процесса, то промежуточные расчеты для прерванных вычислений могут быть потеряны.

Реентерабельные программные модули (reenter able) допускают повторное многократное прерывание своего исполнения и повторный их запуск при обращении из других задач. Для чего такие программные модули должны быть созданы таким образом, чтобы было обеспечено сохранение промежуточных вычислений для прерываемых вычислений и возврат к ним, когда вычислительный процесс возвращается к прерванной ранее точке.

Это может быть реализовано двумя способами с помощью статических методов определения памяти и динамических методов. Основной, часто используемый метод – метод динамической памяти. (рисунок нарисуй) 1) Привилегированный модуль, который заказывает в системной области памяти блок ячеек для хранения текущих промежуточных данных. 2) Основное тело реентерабельного программного модуля, которое может быть прервано работает в непривилегированном режиме. 3) Привилегированный модуль освобождающий в системной области памяти блок памяти, используемой для хранения промежуточных данных. Системная область памяти используется динамическим образом для буферизованного ввода/вывода и реентерабельной обработки.

Основная идея построения и работы реентерабельного программного модуля заключается в том, что в головной своей части, с помощью обращения из системной привилегированной секции осуществляется запрос на получение в системной области памяти блока ячеек, необходимого для размещения всех текущих и промежуточных данных. При этом на вершину стека помещается указатель адрес области данных и её объем. Все текущие переменные реентерабельного модуля располагаются в системной программной области памяти. В конце привилегированной программной секции система прерываний включается во время работы центральной основной части возможно прерывание этой секции. Если новое прерывание не возникает, то в последней, заключительной секции осуществляется запрос на освобождение используемого блока системной памяти. Если же во время работы центральной секции возникнет прерывание и другой вычислительный процесс обращается к тому же самому программному модулю, то для нового процесса вновь запрашивается блок памяти в системной области памяти и в вершину стека записывается новый указатель. Возможно многократное повторное вхождение в реентерабельный программный модуль до тех пор, пока в системной области памяти выделенной специально для реентерабельной обработки есть свободные ячейки.

При статическом выделении памяти заранее фиксируется число вычислительных процессов, для которых резервируется область памяти в которой будут располагаться переменные реентерабельных программных модулей. Чаще всего в качестве таких процессов выделяют процессы ввода/вывода. в этом случае говорят о реентерабельных драйверах (реентерабельный драйвер может управлять параллельно несколькими однотипными устройствами).

Повторновходимые (re-entrance) программные модули. Под этим термином программные модули, которые тоже допускают свое многократное использование, но в отличие от реентерабельных их нельзя прерывать. Повторновходимые модули состоят из привилегированных секций. Повторное обращение к ним возможно только после завершения какой-нибудь из таких секций. После выполнения очередной привилегированной секции управление может быть передано супервизору и если он предоставит возможность выполняться другому процессу, то возможно повторное вхождение в рассматриваемый модуль. В повторновходимых программных модулях четко предопределены все допустимые точки входа. В реальной жизни повторновходимые модули встречаются чаще, чем реентерабельные.

Информационные ресурсы могут существовать как в виде переменных, находящихся в оперативно памяти, так и в виде файлов. Если процессы могут использовать информационные ресурсы только для чтения, то такие информационные ресурсы можно разделять. Если же процессы могут изменять информационные ресурсы, то необходимо каким-то образом организовывать работу с такими данными.

№8

1.   Интерфейсные оболочки.

2.   Понятие многопоточности.

3.   Сколько и каких типов дескрипторов задач может быть в системе? От чего должно зависеть это число?

№9

1.   Вычислительный ресурс.

2.   Обслуживание прерываний.

3.   Что такое привилегированный программный модуль. Почему нельзя создать мультипрограммную ОС, в которой бы не было привилегированных программных модулей?

№10

1.   Системы программирования. Кросс-системы.

2.   Понятие ресурса. Виды унд типы оных.

3.   Процесс. Задача.

№11

1.   Дескриптор процесса.

Для того чтобы ОС могла управлять процессами она должна располагать всей необходимой для этого информацией. С этой целью на каждый процесс заводится опр. информационная структура, наз. дескриптором процесса или описатель задач или блок управления задачами. В общем случае структура дескриптора процесса: 1) Индентификатор процесса PI process identification; 2) тип или класс процесса, который определяет для супервизора некоторые правила предоставления ресурсов; 3) приоритет процесса, в соответствии с которым супервизор предоставляет ресурсы; 4) опред. в каком состоянии находится процесс.???; 5) защищенная область памяти или адрес такой зоны, в которой хранятся текущие значения регистров процессора. Если процесс прерывается, не закончив работы, эта информация называется контекстом задачи; 6) информацию о ресурсах, которыми процесс владеет или имеет право пользоваться (указатели на открытые файлы, информация о незавершенных процессах ввода/вывода); 7) место или его адрес для организации общения с другими процессами; 8) параметры времени запуска.

Описатели задач как правило располагаются в оперативной памяти с целью ускорить работу супервизора, который организует задачи в очереди как в списке и отображает изменения состояния процесса перемещением соответствующего описателя из одного списка в другой. Для каждого состояния ОС ведет соотв. список задач, которые находятся в этом состоянии. Единственным исключением является состояние выполнения для однопроцессорной системы. Для описания состояния ожидания может быть не один список, а столько, сколько разных видов ресурсов может выделить состояние ожидания. Например состояние ожидания завершения операции ввода/вывода может быть столько сколько устройств ввода/вывода имеется в системе. В некоторых ОС количество описателей определено жестко и заранее

2.   Внешние и внутренние прерывания.

3.   Перечислите процедуру обслуживания прерываний. Объясните, как можно ея организовать.

№12

1.   Мультипрограммный и однопрограммный режимы работы вычислительной системы.

Дж. фон Нейман разработал архитектуру принцип архитектуры современных компьютерных систем. Все устройства компьютера работают под управлением центрального процессора. Поэтому осуществлял и выполнял и операции ввода/вывода. С введением в состав специальных контроллеров позволило организовать…

Было предложено организовать мультипрограммный, мультизадачный режим работы вычислительной системы. Он заключается в том, что пока один вычислительный процесс или задача ожидает завершения очередной операции ввода/вывода другая задача может быть поставлена на решение.

При мультипрограммировании повышается пропускная способность системы, но отдельный процесс никогда не сможет быть выполнен быстрее, чем бы он был выполнен при однопрограммном режиме.

ОС поддерживает мультипрограммирование и старается эффективно использовать ресурсы, путем организации к ним очередей запроса, которые составляются тем или иным способом. Это требование достигается содержанием в памяти более одного процесса ожидающего процессор и более одного процесса готового использовать другие ресурсы. Общая схема выделения ресурсов такова: при необходимости использовать какой либо ресурс, ОЗУ, устройство ввода/вывода процесс обращается к супервизору ОС. Супервизор ОС – центральный управляющий модуль ОС, который может состоять из нескольких модулей например супервизор ввода/вывода, супервизор прерываний, супервизор программ, диспетчер задач и т. п.

Задача посредством специальных вызовов команд или директив сообщает о своем требовании супервизору ОС, при этом указывается вид ресурса и если надо его объем. Директива обращения к ОС передает ей управление, переводя процессор в привилегированный режим работы (если такой существует).

Не все ОС имеют 2 режима работы. Режимы работы бывают привилегированными (режим супервизора), пользовательскими, режим эмуляции.

Ресурс может быть выдан задаче по ее запросу если:

1 Ресурс свободен и в системе нет запросов от задач более высокого приоритета к этому ресурсу.

2 Текущий запрос и ранее полуученый запросы допускают совместное использование ресурса.

3 Ресурс используется задачей более низкого приоритета и может быть временно отобран.

Получив запрос, ОС либо удовлетворяет его и возвращает управление задаче, выдавшей сей запрос, либо, если ресурс занят, ставит задачу в очередь к ресурсу. Переводя задачу в состояние ожидания (блокируя). очередь к ресурсу может быть организованна несколькими способами. Но чаще всего с помощью специальной структуры. После окончания работы с ресурсом задача опять с помощью специального вызова супервизора сообщает ОС об отказе от ресурса. Или ОС забирает ресурс сама, если управление возвращается к супервизору после выполнения какой либо системной функции. Супервизор ОС, получив управление, по этому обращению освобождает ресурс и проверяет имеется ли очередь к освободившемуся ресурсу. Если очередь есть, то в зависимости от принятой дисциплины обслуживания и приоритетов заявок он выводит из состояния ожидания задачу ждущую ресурс и переводит её в состояние готовности к выполнению, после этого управление либо передается этой задаче, либо возвращается к той, которая только что освободила ресурс. При выдаче запроса на ресурс задача может указать хочет ли она владеть ресурсом монопольно или допускает совместное использование с другими задачами. Например, с файлом можно работать монопольно, а можно работать и нескольким задачам. Если в системе имеется некоторая совокупность ресурсов, то упорядочить их использование можно на основе определенной стратегии. Эта стратегия подразумевает четкую формулировку целей следуя которой можно добиться эффективного распределения ресурсов.

2.   Программные прерывания. Распределение прерываний по уровням приоритета.

3.   Что такое привилегированный программный модуль. Почему нельзя создать мультипрограммную ОС, в которой бы не было привилегированных программных модулей?

№13

1.   Основные ф-ции ОС.

№14

1.   Операционные среды. Эмуляторы. Виртуальные машины.

2.   Утилиты. Системные программные модули.

3.   Для чего каждая задача имеет свой дескриптор.

№15

1.   Ресурсы вычислительной системы. Схема выделения ресурсов.

2.   Обработка прерываний при участии супервизоров ОС.

3.   у

№16

1.   Мультипрограммные ОС и ОС реального времени.

2.   Работа реентерабельного программного модуля.