Типы ОС. Мультипрограммирование; режим разделения времени

многопользовательский режим работы; режим работы и ОС реального времени. Способы

реализации мультипрограммирования

– система должна обрабатывать данные быстрее, чем они могут поступать,

причем от разных источников => влияние на архитектуру, например может не быть виртуальной памяти, так как она дает непредсказуемые задержки в выполнении программ

Однозадачные (MS-DOS)

Многозадачные (Unix, OS/2, Windows)

Пакетные системы - запуск одной программы из пакета за другой

Системы разделения времени (time-sharing) – процессор переключается между задачами не только на время операций ввода – вывода но и по прошествии определенного времени, что позволяет пользователю интерактивно взаимодействовать с программой

данных каждого пользователя
Однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x)
Многопроцессорная обработка:
Многопроцессорные ОС (Linux, Solaris,

Windows NT)

Симметричные – на каждом процессоре функционирует одно и то же ядро, и задача может быть выполнена на любом процессоре, т.е. обработка децентрализована

Ассиметричные – процессоры не равноправны (master и slave) – загрузку и характер работы определяет главный процессор

простаивает как при однопрограммном режиме, а выполняет другую программу
При мультипрограммировании

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

к распределению ресурсов, что приводит к появлению привилегированных и непривилегированных

команд

Наличие прерываний:
-Внешних (оповещение ОС о том что произошло асинхронное событие, например завершилась операция ввода-вывода)
-Внутренних (ситуации) возникают когда выполнение программы требует вмешательства ОС, например деление на 0 или попытка нарушения защиты

Параллелизм в архитектуре:
прямой доступ к памяти и организация каналов ввода-вывода

ОС реализуется при помощи системных вызовов
Организация очереди из заданий в

памяти требует планирования использования процессора

Переключение с одного задания на другое требует сохранения содержимого регистров и структур данных (контекста)

Поскольку память – ограниченный ресурс, используются стратегии управления памятью

Для обеспечения санкционированного обмена данными между программами – средства коммуникации

Для разрешения конфликтных ситуаций – средства синхронизации

ВС, управление процессами; структура контекста процесса; идентификатор и дескриптор процесса;

иерархия процессов.

исполнения память (адресное пространство)
Адрес и состояние стеков
Используемые файлы
Устройства ввода-вывода
Значения

регистров
Программный счетчик
Значение переменных

Программа и задание – статические объекты

Процесс – динамический объект

Процесс – программа во время исполнения или объект, которому выделяются ресурсы ВС (процессор, память и ….)

процесс – исполняет последовательно несколько программ
И даже в случае обработки

только одной программы в рамках одного процесса: процесс – не просто динамическое описание кода исполняемого файла, данных и выделенных для них ресурсов. Процесс находится под управлением операционной системы , поэтому в нем может выполнятся часть кода ее ядра, не находящегося в исполняемом файле (предусмотренные случаи: системные вызовы, непредусмотренные: внешние прерывания)

у процесса есть все необходимые ресурсы, кроме ЦП
Активное – выделение

процессора
Ожидание – (блокировка) нужный ресурс занят, процесс ждет его освобождения
Завершение – штатное или аварийное окончание работы программы

Основная функция ОС - управление процессами.

ОС должна обеспечить контроль над процессами в любом из возможных состояний.
Текущее состояние процесса описывается в системе с помощью PCB (Process Control Block)

процесс
Текущий приоритет
Программный счетчик процесса - IP (адрес команды которая должна

быть выполнена для него следующей)
Содержимое регистров процесса
Адресное пространство (и стеки)
Связанные устройства ввода-вывода (файлы)
Область хранения регистров (для рестарта)

к планированию
Активное
Ожидание

Time - out
Граф состояний процесса

процесса
Операции над процессами
На однопроцессорных системах в каждый момент времени выполняется

только один процесс
В мультипроцессорных системах процессоры могут исполнять как общий, так и различные процессы

к планированию

Time - out
Граф состояний процесса (2)

Готовность

Активное

Ожидание

Завершение

Приостановлен - блокирован

Приостановлен -

готов

Активное

Приостановленное

описания процесса в ОС используется PCB
Основные состояния процесса отображаются на

графе состояний
ОС управляет всеми переходами на этом графе