Разделы презентаций


Презентация на тему Управление системными ресурсами и оперативной памятью

Презентация на тему Презентация на тему Управление системными ресурсами и оперативной памятью из раздела Разное. Доклад-презентацию можно скачать по ссылке внизу страницы. Эта презентация для класса содержит 23 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь удобным проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций TheSlide.ru в закладки!

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1
Управление системными ресурсами и оперативной памятьюЛекция 4
Текст слайда:

Управление системными ресурсами и оперативной памятью

Лекция 4


Слайд 2
Управление системными ресурсами1. Однопроцессорная и распределенная архитектуры.2. Функции операционных систем в среде реального времени.3. Управление процессором и
Текст слайда:

Управление системными ресурсами

1. Однопроцессорная и распределенная архитектуры.
2. Функции операционных систем в среде реального времени.
3. Управление процессором и состояния процесса.
4. Стратегии выбора процесса.


Слайд 3
Однопроцессорная и распределенная архитектурыРаспределенные системы (distributed systems) по своей природе больше подходят для управления сложными процессами.К основным
Текст слайда:

Однопроцессорная и распределенная архитектуры

Распределенные системы (distributed systems) по своей природе больше подходят для управления сложными процессами.

К основным преимуществам распределенных систем относятся:
• экономичность;
• надежность (при отказе нескольких процессоров остальные продолжают работать);
• возможность подобрать аппаратные средства в соответствии с конкретными требованиями.

При этом необходимо иметь в виду, каким способом достигается распределение ресурсов. Одна крайность - когда единственным общим ресурсом является сеть, соединяющая ЭВМ, каждая из которых работает независимо и лишь обменивается сообщениями с остальными. Другая крайность - реально распределенная сетевая операционная система, предоставляющая пользователю гомогенную среду, не зависящую от аппаратной платформы. Пользователь может вводить произвольные команды, а операционная система находит наиболее подходящий способ и место их выполнения.


Слайд 4
Распределенные системыОднако чисто аппаратный подход к надежности не решает всех проблем. В распределенной системе процессы, исполняющиеся на
Текст слайда:

Распределенные системы

Однако чисто аппаратный подход к надежности не решает всех проблем. В распределенной системе процессы, исполняющиеся на разном оборудовании, зависят и друг от друга, и от коммуникаций. Если процесс или оборудование в одном узле перестанет работать или возникнут проблемы с коммуникациями, то остановится исполнение не только конкретного процесса, но и процессов, зависящих от него, потому, например, что они ждут ответа на свои вопросы.
По сравнению с централизованными - распределенные системы требуют принципиально иных программных средств, поскольку такие системы тесно связаны сетью. Сетевая операционная система должна управлять как ресурсами отдельных ЭВМ, так и всей сети. Поэтому функции операционной системы нельзя отделять от функциональных свойств сети, а работа сети оказывает заметное влияние на работу распределенной системы. Фактически сетевые операционные системы имеют многоуровневую структуру, аналогично стеку коммуникационных протоколов.
Главным различием между однопроцессорной и распределенной архитектурами является способ обмена информацией между процессами. Эта процедура наиболее важна при мультипрограммировании и программировании в реальном времени. В однопроцессорной конфигурации обмен данными между процессами происходит через общую локальную память, очередность доступа к которой регулируется многозадачной операционной системой.

Распределенные системы используются в управлении процессами, поскольку эти приложения являются принципиально распределенными и такая архитектура обеспечивает более полное соответствие между аппаратными и программными средствами и управляемым объектом.

Сложный технологический процесс можно разбить на несколько уровней, на каждом из которых собираются и обобщаются (агрегируются) данные, передающиеся на более высокие уровни. Такой тип распределенной системы более экономичен, чем централизованная система с одним процессором, она надежна в том смысле, что отказ одного из компонентов не нарушает работу других (при условии, что система хорошо структурирована), и ее можно построить таким образом, чтобы она в максимальной степени соответствовала управляемому процессу.


Слайд 5
Распределенные системы: обмен информациейВ отличие от этого, в распределенной системе нет общей памяти как таковой, и процессы
Текст слайда:

Распределенные системы: обмен информацией

В отличие от этого, в распределенной системе нет общей памяти как таковой, и процессы обмениваются информацией с помощью сообщений.

Если один процесс должен передать информацию другому, то он формирует сообщение и обращается к услугам операционной системы для передачи его по назначению. Этот принцип взаимодействия лежит в основе одной из наиболее важных концепций распределенных операционных систем - модели "клиент-сервер". В этой модели процесс либо запрашивает услуги (клиент), либо предоставляет их (сервер). Очевидно, что один и тот же процесс может быть как клиентом, так и сервером. "Услуга" - это некоторая законченная (замкнутая) операция, в частности выполнение расчетов, прием внешних данных, операция с устройством, например, вывод изображения на экран. В определенном смысле модель "клиент-сервер" можно рассматривать как расширенный вариант обращения к подпрограмме, при котором сервер играет роль подпрограммы или системной процедуры. Если клиент и сервер исполняются на разных ЭВМ, а сообщения передаются через сеть, то система является распределенной.
Фактически важным преимуществом распределенных систем является то, что ресурсоемкие вычисления можно выполнять локально и в результате уменьшить объем трафика, поскольку передается только информация, относящаяся к более высокому абстрактному уровню, чем локальные вычисления, то ecть некоторый итог локальных операций. Иными словами, в хорошо спроектированной системе сообщения содержат информацию о цели ("установить опорное значение х = 78.2"), а не о том, какие шаги следует для этого предпринять ("каково значение х в данный момент?", "х = 63", "увеличить на 16", "каково х сейчас?", "х = 79", уменьшить на 1", и т. д.). Промежуточные шаги выполняются локально при условии, что программное обеспечение спроектировано соответствующим образом.


Слайд 6
Функции операционных систем в среде реального времени Операционная система (ОС, Operating System - OS) - это сложный
Текст слайда:

Функции операционных систем в среде реального времени

Операционная система (ОС, Operating System - OS) - это сложный программный продукт, предназначенный для управления аппаратными и программными ресурсами вычислительной системы.

В системах разделения времени большое внимание уделяется защите и изоляции пользователей друг от друга с помощью паролей, управления доступом, учета использования ресурсов и т. д. В системах реального времени разработчик всегда знает, что делает каждый модуль. Файловые системы и механизмы защиты не являются важными компонентами операционных систем реального времени. Многопользовательские системы должны быть, в определенном смысле, "справедливыми", поскольку даже в режиме большой нагрузки нельзя допускать дискриминации ни одного пользователя. Наоборот, в приоритетных системах реального времени процессы четко разграничены с точки зрения права доступа к ресурсам процессора.
В распределенной среде операционная система дополнительно выполняет функции сопряжения программ с сетью и управления обменом данными и сообщениями между ЭВМ. В сетевых операционных системах каждая ЭВМ имеет высокую степень автономности. Общесистемные требования к обмену информацией позволяют взаимодействовать процессам, даже если они работают под управлением разных операционныхсистем, при условии, что каждая из них обладает необходимыми сетевыми возможностями.

Она предоставляет каждому процессу виртуальную (логическую) среду, включающую в себя время процессора и память. "Виртуальная среда" - это концептуальное понятие. Ее характеристики могут, как совпадать, так и не совпадать с параметрами реального оборудования.
Многозадачность является одной из основных характеристик таких операционных систем, как UNIX и Windows NT и выше, она должна обеспечивать распределение и защиту ресурсов. В системах реального времени целью многозадачного режима является изоляция друг от друга разных операций и распределение рабочей нагрузки между отдельными программными модулями. Единственным "пользователем" в этом случае является управляемая система.


Слайд 7
Управление процессором и состояния процессаПри остановке текущей задачи процессор продолжает исполнение других задач. На одном процессоре для
Текст слайда:

Управление процессором и состояния процесса

При остановке текущей задачи процессор продолжает исполнение других задач. На одном процессоре для организации многозадачного режима выполнение каждой задачи разбивается на несколько коротких интервалов. Процессор выполняет часть первой задачи, затем второй, третьей и т. д. Временной интервал, выделенный для каждой задачи, составляет, например, 10 миллисекунд.
Внешний эффект разделения процессорного времени между задачами состоит в параллельном выполнении n задач. Когда n задач выполняются в системе параллельно каждая из них в среднем монопольно "располагает" процессором с производительностью 1/n, т. е. работает (развивается) на виртуальном процессоре, производительность которого в n раз меньше, чем у реального физического процессора. Если вместо одного используется несколько процессоров, то это просто другая реализация того же самого логического принципа. В первом случае процессы разделены во времени, во втором – в пространстве. Если исключить накладные расходы на планирование и межзадачное взаимодействие, то при выполнении n процессов на k одинаковых процессорах каждому процессу в среднем выделяется виртуальный процессор с производительностью, равной k/n части от производительности одного физического процессора.
Простейшая многозадачная однопроцессорная система состоит из процедуры, сохраняющей контекст текущего процесса в стеке или в определенной области памяти и восстанавливающей контекст другого процесса, исполнение которого возобновляется с того места, где он был прерван. Системная программа, выбирающая один из готовых для исполнения процессов, называется планировщиком (scheduler). Стратегии выбора достаточно разнообразны и меняются от одной операционной системы к другой, однако чаще всего используется какой-либо механизм на основе приоритетов. Планировщик работает как один из процессов, который автоматически получает управление после каждого прерывания текущего процесса.

Основными объектами в многозадачной среде являются процессы или задачи, описываемые своим контекстом. На одном процессоре в любой момент времени может исполняться только одна задача. Контекст исполняемой задачи всегда можно "заморозить", сохранив содержимое регистров процессора.


Слайд 8
Принцип организации многозадачного режимаОперации по переключению процессов критичны по времени и должны осуществляться с максимальной эффективностью. На
Текст слайда:

Принцип организации многозадачного режима

Операции по переключению процессов критичны по времени и должны осуществляться с максимальной эффективностью. На процессорах, первоначально не разработанных для многозадачного режима, процедура сохранения и восстановления контекста реализуется длинной последовательностью стандартных инструкций процессора.

В набор команд процессора, спроектированного для работы в многозадачном режиме, входят специальные инструкции для сохранения и восстановления контекста. Переменные процесса не входят в состав контекста, и сохранять их специально нет необходимости, поскольку они хранятся в памяти, выделенной процессу и защищенной операционной системой от доступа других процессов.
Планировщик вызывается обычно после обработки каждого прерывания. Если используется стратегия переключения процессов на основе квантования времени, необходимо иметь внешний по отношению к процессору интервальный таймер, вырабатывающий прерывания по истечении кванта времени (time slice), выделенного процессу.

При возникновении прерывания исполнение текущего процесса приостанавливается и проверяется, должен ли быть прерван текущий процесс и загружен новый. Принудительная приостановка текущего процесса для передачи управления другому процессу называется вытеснением (preemption). Продолжительность кванта времени влияет на производительность системы. При коротком кванте улучшается общее время обслуживания коротких процессов. Если величина кванта сопоставима с временем, необходимым для переключения процессов, то большая часть ресурсов процессора будет уходить на планирование и переключение. Если величина кванта слишком большая, увеличивается время ожидания процессов и, соответственно, время реакции.


Слайд 9
Состояния процесса Процесс исполняется до тех пор, пока не произойдет одно из следующих событий:- истек выделенный ему
Текст слайда:

Состояния процесса

Процесс исполняется до тех пор, пока не произойдет одно из следующих событий:
- истек выделенный ему квант времени; - процесс заблокирован, например, ждет завершения операции ввода/вывода; - процесс завершился; - вытеснен другим процессом, имеющим более высокий приоритет, например обработчиком прерываний.

Возможные переходы из одного состояния в другое:
От "Загрузочный модуль на диске" к "Готов".
От "Готов" к "Исполнение".
3. От "Исполнение" к "Готов".
4. От "Исполнение" к "Ожидание".
5. От "Ожидание" к "Готов".
6. После выполнения последней инструкции программы операционная система удаляет процесс из памяти и освобождает все выделенные ему ресурсы, включая память.

В многозадачной среде процесс может находиться в одном из трех состояний:
• Готов (ready). Процесс может начать исполнение, как только освободится процессор.
• Исполнение (running, executing). Процесс исполняется в данный момент, т. е. процессор исполняет его код.
• Ожидание, заблокирован (waiting, locked). Для продолжения работы процессу не хватает какого-либо ресурса, за исключением ЦП, либо он ждет наступления внешнего


Слайд 10
Стратегии выбора процессаДля определения стратегии необходимо принимать во внимание несколько противоречащих друг другу факторов - общее время,
Текст слайда:

Стратегии выбора процесса

Для определения стратегии необходимо принимать во внимание несколько противоречащих друг другу факторов - общее время, необходимое для решения задачи, ограничение на время реакции, важность и т. п.

Наиболее простой стратегией выбора является циклический (round-robin) метод - процессы выбираются последовательно один за другим в фиксированном порядке и через равные интервалы времени. Основное достоинство метода - простота, однако, поскольку процессам с различными требованиями выделяются равные ресурсы процессора, некоторые из них обслуживаются неадекватно своим потребностям.
Более сложный принцип выбора основан на приоритетах (priorities). При каждом переключении планировщик передает управление готовому процессу с наивысшим приоритетом. Приоритет присваивается процессу в момент его создания и остается постоянным в течение всего времени - статический приоритет (static priority). Такой приоритет, как правило, определяется на основе информации, предоставленной пользователем.
Планирование на основе статических приоритетов может привести к неприятным ситуациям. Процесс с наивысшим приоритетом, если он не находится в состояния ожидания, будет всегда выбираться для исполнения и практически полностью занимать процессор. Нетривиальным является также выбор между процессами с одинаковым приоритетом. Для исключения подобной ситуации применяется какой-либо алгоритм динамического назначения приоритетов (dynamic priority allocation). Разница в первоначально назначенных приоритетах приводит к тому, что процессы с более высокими приоритетами будут получать управление чаще, чем другие. Процессы, обращение к которым происходит более интенсивно и/или время реакции которых ограничено, получают в начальный момент более высокие приоритеты; менее важным процессам присваиваются более низкие приоритеты.
Планирование процессов, основанное на приоритетах, работает хорошо, только если разные процессы имеют неодинаковые приоритеты. Система, в которой всем процессам присвоены одинаковые приоритеты, работает по циклическому принципу. Наилучшие результаты достигаются в системе реального времени, если относительные приоритеты тщательно выбраны и сбалансированы.


Слайд 11
2. Управление оперативной памятью1. Отображение адресного пространства программы на основную память.2. Функции операционной системы по управлению памятью.
Текст слайда:

2. Управление оперативной памятью

1. Отображение адресного пространства программы на основную память.
2. Функции операционной системы по управлению памятью.


Слайд 12
Отображение адресного пространства программы на основную память.Функции ОС1. отслеживание свободной и занятой памятиФункциями ОС по управлению памятью
Текст слайда:

Отображение адресного пространства программы на основную память.

Функции ОС

1. отслеживание свободной и занятой памяти

Функциями ОС по управлению памятью в мультипрограммной системе являются:

Память является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления со стороны мультипрограммной операционной системы. Особая роль памяти объясняется тем, что процессор может выполнять инструкции программы только в том случае, если они находятся в памяти. Память распределяется как между модулями прикладных программ, так и между модулями самой операционной системы.

2. выделение памяти процессам и освобождение памяти по завершении процессов

3. вытеснение кодов и данных процессов из оперативной памяти на диск и возвращение их в оперативную память

4. настройка адресов программы на конкретную область физической памяти

Алгоритмы распределения, использования, освобождения ресурсов и представления к ним доступа предназначены для наиболее эффективной организации работы всего комплекса устройств ЭВМ.


Слайд 13
Выделение ресурсовПри статическом перемещении могут встретиться два случая:1. Реальная память больше требуемого адресного пространства программы. В этом
Текст слайда:

Выделение ресурсов

При статическом перемещении могут встретиться два случая:
1. Реальная память больше требуемого адресного пространства программы. В этом случае загрузка программы в реальную память производится, начиная с 0-го адреса.
2. Реальная память меньше требуемого адресного пространства программы. В этом случае существует несколько методов решения проблемы : можно создать оверлейную структуру, сделать модули программы реентерабельными.
В некоторых ОС адреса откомпилированной программы могут быть преобразованы в адреса реальной памяти, отличные от 0. При этом создается абсолютный модуль, который требует размещения его в памяти всегда с одного и того же адреса.
При мультипрограммном режиме, если имеем программы А, В и С, для которых известно, что программа А выполняется при размещении в памяти с адреса 60 Кбайт до 90 Кбайт, В - с 60 Кбайт до 90 Кбайт, С - с 50 Кбайт до 120 Кбайт, организовать их совместное выполнение невозможно, так как им необходим один и тот же участок реальной памяти. Эти программы будут ждать друг друга либо их нужно заново редактировать с другого адреса.
В системах с динамическим перемещением программ перемещающий загрузчик размещает программу в свободной части памяти и допускает использование ее несмежных участков. В этом случае имеется больше возможностей для организации мультипрограммной работы, а, следовательно, и для более эффективного использования временных ресурсов ЭВМ.

Выделение ресурсов может быть осуществлено самим программистом (если он работает на языке, близком машинному), но может производиться и операционной системой.

Если выделение ресурсов производится перед выполнением программы, процесс называется статическим перемещением, в результате чего программа «привязывается» к определенному месту в памяти. Если ресурсы выделяются в процессе выполнении программы, это называется динамическим перемещением, в этом случае программа не привязана к определенному месту в реальной памяти. Динамический режим можно реализовать только с помощью ОС.


Слайд 14
Функции операционной системы по управлению памятьюПомимо первоначального выделения памяти процессам при их создании ОС должна также заниматься
Текст слайда:

Функции операционной системы по управлению памятью

Помимо первоначального выделения памяти процессам при их создании ОС должна также заниматься динамическим распределением памяти, то есть выполнять запросы приложений на выделение им дополнительной памяти во время выполнения.

Защита памяти - это еще одна важная задача операционной системы, которая состоит в том, чтобы не позволить выполняемому процессу записывать или читать данные из памяти, назначенной другому процессу. Эта функция, как правило, реализуется программными модулями ОС в тесном взаимодействии с аппаратными средствами.
Для идентификации переменных и команд на разных этапах жизненного цикла программы используются символьные имена (метки), виртуальные адреса и физические адреса.
Символьные имена присваивает пользователь при написании программы на алгоритмическом языке или ассемблере.

Выделение памяти случайной длины в случайные моменты времени из общего пула памяти приводит к фрагментации и, вследствие этого, к неэффективному ее использованию. Оно характерно для систем со статическим перемещением. Дефрагментация памяти тоже является функцией операционной системы.
Во время работы ОС, ей часто приходится создавать новые служебные информационные структуры, такие как описатели процессов и потоков, различные таблицы распределения ресурсов, буферы, синхронизирующие объекты, которые требуют памяти. В некоторых ОС заранее резервируется некоторый фиксированный объем памяти для системных нужд. В других ОС память для системных целей выделяется динамически. В таком случае разные подсистемы ОС при создании своих таблиц, объектов, структур обращаются к подсистеме управления памятью с запросами.


Слайд 15
Виртуальные адресаВиртуальные адреса, называемые иногда математическими, или логическими адресами, вырабатывает транслятор, переводящий программу на машинный язык. Поскольку
Текст слайда:

Виртуальные адреса

Виртуальные адреса, называемые иногда математическими, или логическими адресами, вырабатывает транслятор, переводящий программу на машинный язык. Поскольку во время трансляции в общем случае не известно, в какое место оперативной памяти будет загружена программа, то транслятор присваивает переменным и командам виртуальные (условные) адреса, обычно считая по умолчанию, что начальным адресом программы будет нулевой адрес.
Физические адреса соответствуют номерам ячеек оперативной памяти, где в действительности расположены или будут расположены переменные и команды.
Совокупность виртуальных адресов процесса называется виртуальным адресным пространством. Диапазон возможных адресов виртуального пространства у всех процессов является одним и тем же.
Совпадение виртуальных адресов переменных и команд различных процессов не приводит к конфликтам, так как в том случае, когда эти переменные одновременно присутствуют в памяти, операционная система отображает их на разные физические адреса. В том случае, когда необходимо, чтобы несколько процессов разделяли общие данные или коды, операционная система отображает соответствующие участки виртуального адресного пространства этих процессов на один и тот же участок физической памяти.
В разных операционных системах используются разные способы структуризации виртуального адресного пространства. В одних ОС виртуальное адресное пространство процесса подобно физической памяти представлено в виде непрерывной линейной последовательности виртуальных адресов. Такую структуру адресного пространства называют плоской. При этом виртуальным адресом является единственное число, представляющее собой смещение относительно начала (обычно это значение 000...000) виртуального адресного пространства. Адрес такого типа называют линейным виртуальным адресом.


Слайд 16
Интерпретация виртуального адресаВ других ОС виртуальное адресное пространство делится на части, называемые сегментами (или секциями, или областями).
Текст слайда:

Интерпретация виртуального адреса

В других ОС виртуальное адресное пространство делится на части, называемые сегментами (или секциями, или областями). В этом случае помимо линейного адреса может быть использован виртуальный адрес, представляющий собой пару чисел (n, m), где n определяет сегмент, а m - смещение внутри сегмента.

Существуют и более сложные способы структуризации виртуального адресного пространства, когда виртуальный адрес образуется тремя или даже более числами.
Задачей операционной системы является отображение индивидуальных виртуальных адресных пространств, всех одновременно выполняющихся процессов, на общую физическую память. При этом ОС отображает либо все виртуальное адресное пространство, либо только определенную его часть. Процедура преобразования виртуальных адресов в физические должна быть максимально прозрачна для пользователя и программиста.


Слайд 17
Преобразование виртуальных адресов в физическиеСуществуют два принципиально отличающихся подхода к преобразованию виртуальных адресов в физические. В первом
Текст слайда:

Преобразование виртуальных адресов в физические

Существуют два принципиально отличающихся подхода к преобразованию виртуальных адресов в физические.

В первом случае замена виртуальных адресов на физические выполняется один раз для каждого процесса во время начальной загрузки программы в память. Специальная системная программа -перемещающий загрузчик-на основании имеющихся у нее исходных данных о начальном адресе физической памяти, в которую предстоит загружать программу, а также информации, предоставленной транслятором об адресно-зависимых элементах 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, то есть операнды инструкций, и адреса переходов имеют те значения, которые выработал транслятор. В наиболее простом случае, когда виртуальная и физическая память процесса представляют собой единые непрерывные области адресов, операционная система выполняет преобразование виртуальных адресов в физические по следующей схеме. При загрузке 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.
Последний способ является более гибким: в то время как перемещающий загрузчик жестко привязывает программу к первоначально выделенному ей участку памяти, динамическое преобразование виртуальных адресов позволяет перемещать программный код процесса в течение всего периода его выполнения. Но использование перемещающего загрузчика более экономично, так как в этом случае преобразование каждого виртуального адреса происходит только один раз во время загрузки, а при динамическом преобразовании - при каждом обращении по данному адресу.
В СРВ, когда заранее точно известно, в какой области оперативной памяти будет выполняться программа, транслятор выдает исполняемый код сразу в физических адресах.


Слайд 18
Максимально возможное и назначенное виртуальное адресное пространствоВ первом случае речь идет о максимальном размере виртуального адресного пространства,
Текст слайда:

Максимально возможное и назначенное виртуальное адресное пространство

В первом случае речь идет о максимальном размере виртуального адресного пространства, определяемом архитектурой компьютера, на котором работает ОС, и, в частности, разрядностью его схем адресации (32-битная, 64-битная и т. п.). Например, при работе на компьютерах с 32-разряднымии процессорами Intel Реntium операционная система может предоставить каждому процессу виртуальное адресное пространство до 4 Гбайт (232).

Однако это значение представляет собой только потенциально возможный размер виртуального адресного пространства. Процесс использует только часть доступного ему виртуального адресного пространства.
Назначенное виртуальное адресное пространство представляет собой набор виртуальных адресов, действительно нужных процессу для работы. Эти адреса первоначально назначает программе транслятор на основании текста программы, когда создает кодовый (текстовый) сегмент, а также сегмент или сегменты данных, с которыми программа работает. Затем при создании процесса ОС фиксирует назначенное виртуальное адресное пространство в своих системных таблицах. В ходе выполнения процесс может увеличить размер виртуального адресного пространства, запросив у ОС создания дополнительных сегментов или увеличения размера существующих. В любом случае ОС следит за корректностью использования процессом виртуальных адресов. Максимальный размер виртуального адресного пространства ограничивается только разрядностью адреса, присущей данной архитектуре компьютера, и, как правило, не совпадает с объемом физической памяти, имеющимся в компьютере.
Виртуальное адресное пространство и виртуальная память - это различные механизмы, и они не обязательно реализуются в операционной системе одновременно. Можно представить себе ОС, в которой поддерживаются виртуальные адресные пространства для процессов, но отсутствует механизм виртуальной памяти. Это возможно только в том случае, если размер виртуального адресного пространства каждого процесса меньше объема физической памяти.
Содержимое назначенного процессу виртуального адресного пространства, то есть коды команд, исходные и промежуточные данные, а также результаты вычислений, представляет собой образ процесса.


Слайд 19
Переходы от прикладных кодов к кодам ОСВо время работы процесса постоянно выполняются переходы от прикладных кодов к
Текст слайда:

Переходы от прикладных кодов к кодам ОС

Во время работы процесса постоянно выполняются переходы от прикладных кодов к кодам ОС, которые либо явно вызываются из прикладных процессов как системные функции, либо вызываются как реакция па внешние события или на исключительные ситуации, возникающие при некорректном поведении прикладных кодов.

Для того, чтобы упростить передачу управления от прикладного кода к коду ОС, а также для легкого доступа модулей ОС к прикладным данным (например, для вывода их на внешнее устройство), в большинстве ОС ее сегменты разделяют виртуальное адресное пространство с прикладными сегментами активного процесса. То есть, сегменты ОС и сегменты активного процесса, образуют единое виртуальное адресное пространство.
Обычно виртуальное адресное пространство процесса делится на две непрерывные части; системную и пользовательскую. В некоторых ОС (например, Windows NT, ОS/2) эти части имеют одинаковый размер - по 2 Гбайт, хотя в принципе деление может быть и другим, например 1 Гбайт - для ОС, и 2 Гбайт - для прикладных программ. Часть виртуального адресного пространства каждого процесса, отводимая под сегменты ОС, является идентичной для всех процессов. Поэтому при смене активного процесса заменяется только вторая часть виртуального адресного пространства, содержащая его индивидуальные сегменты, как правило, - коды и данные прикладной программы.
Архитектура современных процессоров отражает эту особенность структуры виртуального адресного пространства. Например, в процессорах Intel Реntium существует два типа системных таблиц: одна - для описания сегментов, общих для всех процессов, а другая - для описания индивидуальных сегментов данного процесса. При смене процесса первая таблица остается неизменной, а вторая заменяется новой.


Слайд 20
Переходы от прикладных кодов к кодам ОСОписанное выше назначение двух частей виртуального адресного пространства - для сегментов
Текст слайда:

Переходы от прикладных кодов к кодам ОС

Описанное выше назначение двух частей виртуального адресного пространства - для сегментов ОС и для сегментов прикладной программы - является типичным, но не абсолютным. Имеются и исключения из общего правила.

В некоторых ОС существуют системные процессы, порожденные для решения внутренних задач ОС. В этих процессах отсутствуют сегменты прикладной программы части, обычно предназначенной для прикладных сегментов. И, наоборот, в общей, системной части виртуального адресного пространства размещаются сегменты прикладного кода, предназначенные для совместного использования несколькими прикладными процессами. Механизм страничной памяти в большинстве универсальных операционных сиcтем применяется ко всем сегментам пользовательской части виртуального адресного пространства процесса.
Исключения составляют ОС реального времени, в которых некоторые сегменты жестко фиксируются в оперативной памяти и соответственно никогда не выгружаются на диск - это обеспечивает быструю реакцию определенных приложений на внешние события. Системная часть виртуальной памяти в ОС любого типа включает область, подвергаемую страничному вытеснению, и область, на которую страничное вытеснение не распространяется. В не вытесняемой области размещаются модули ОС, требующие быстрой реакции и/или постоянного присутствия в памяти, например диспетчер потоков или код, который управляет заменой страниц памяти.
Остальные модули ОС подвергаются страничному вытеснению, как и пользовательские сегменты. Обычно аппаратура накладывает свои ограничения на порядок использования виртуального адресного пространства. Некоторые процессоры (например, МIРS) предусматривают для определенной области системной части адресного пространства особые правила отображения на физическую память. При этом виртуальный адрес прямо отображается на физический адрес (последний либо полностью соответствует виртуальному адресу, либо равен его части). Такая особая область памяти не подвергается страничному вытеснению, и поскольку достаточно трудоемкая процедура преобразования адресов исключается, то доступ к располагаемым здесь кодам и данным осуществляется очень быстро.


Слайд 21
Методы управления в системах реального времениВ крупных вычислительных системах с множеством пользователей большинство программ и данных хранятся
Текст слайда:

Методы управления в системах реального времени

В крупных вычислительных системах с множеством пользователей большинство программ и данных хранятся во вторичной (внешней) памяти - на жестком диске - и загружаются в оперативную память только при необходимости. Это приемлемо для систем разделения времени и пакетной обработки, в которых несущественно, начнется задание минутой раньше или позже. Однако в системах реального времени задержек исполнения быть не должно, поэтому все необходимые модули предварительно загружаются в оперативную память. Тем не менее, в системах реального времени может возникнуть необходимость в выгрузке содержимого части оперативной памяти на диск.
Работа виртуальной памяти основана на предположении, что объем памяти, требуемый для процессов, превосходит размер доступной оперативной памяти. Устройства массовой памяти, например жесткий диск, используемые для реализации этого механизма, должны обладать как достаточной емкостью, так и значительным быстродействием. Операционная система копирует с диска в оперативную память только те части процесса и области его данных, называемые страницами (pages), которые непосредственно используются в данный момент, оставляя остальную часть во внешней памяти. Для загрузки наиболее часто используемых страниц и для уменьшения числа обращений к диску применяются различные стратегии оптимизации. Механизм виртуальной памяти позволяет процессу иметь адресное пространство больше, чем размер выделенной ему реальной оперативной памяти. С другой стороны, применение виртуальной памяти существенно увеличивает накладные расходы и замедляет работу системы из-за многократных обращений к диску.

Методы управления, используемые в системах реального времени, обычно проще, чем в многопользовательских системах с разделением времени.


Слайд 22
Применение виртуальной памяти в системах реального времениВ системах реального времени представляет интерес только быстрая и эффективная виртуальная
Текст слайда:

Применение виртуальной памяти в системах реального времени

В системах реального времени представляет интерес только быстрая и эффективная виртуальная память. Чтобы быстро реагировать на внешние cигналы, соответствующие служебные процедуры должны постоянно храниться в оперативной памяти. Другим важным соображением, относящимся к использованию вторичной памяти в задачах реального времени, является ее работоспособность в производственной среде - жесткие диски и дискеты нельзя использовать в условиях сильных вибраций, ударов или интенсивных магнитных полей.
Одно из существенных различий между многопользовательскими операционными системами и системами реального времени касается управления файлами. В многопользовательских системах наиболее важными проблемами является структура каталогов и защита файлов. Управление и защита каталогов с соответствующим контролем прав доступа при каждом обращении требуют таких накладных расходов, которые обычно неприемлемы для систем реального времени. Однако, как правило, в системах реального времени эти меры не нужны, поскольку дисковая память используется в основном для протоколов и отчетов, а все процессы принадлежат одному "пользователю". Поэтому применение сложных механизмов управления файлами в системах реального времени обычно не оправдано.
Наиболее сложные операционные системы для достижения оптимальных характеристик позволяют настраивать параметры управления процессором и памятью. Необходимо должным образом подобрать приоритеты процессов, продолжительность квантов времени, размер страницы виртуальной памяти и другие параметры операционной системы.

Применение виртуальной памяти в системах реального времени вызвано в основном экономическими причинами. Стоимость хранения единицы информации в оперативной памяти выше, чем во вторичной памяти. Еще одной важной причиной является надежность работы. В случае системного сбоя можно восстановить работу процесса. Если сбой или перерыв в электропитании происходит, когда вся система находится только в оперативной памяти, все процессы и их данные будут потеряны, и восстановить их будет невозможно.


Слайд 23
Thank You!
Текст слайда:

Thank You!


Обратная связь

Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое TheSlide.ru?

Это сайт презентации, докладов, проектов в PowerPoint. Здесь удобно  хранить и делиться своими презентациями с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика