 |
Семафоры. Решение проблемы производителя и потребителя
|
|
|
|
Проблему потерянных сигналов запуска можно решить с помощью семафоров. Стандартным решением является реализация операций down и up в виде системных запросов с запретом ОС всех прерываний на время проверки семафора, изменение его значения и возможного перевода процесса в состояние ожидания. Поскольку для выполнения всех этих действий требуется лишь несколько команд процессора запрет прерываний на столь короткий промежуток времени не приносит вреда. Если используется несколько процессов, каждый семафор необходимо защитить переменной блокировки с использованием команды ТSL, чтобы гарантировать обращение к семафору лишь одного процесса. Использование команды ТSL принципиально отличается от активного ожидания, при котором производитель и потребитель ждут опорожнения или пополнения буфера. Операции с семафором занимают лишь несколько микросекунд, тогда как активное ожидание может затянуться на время, больше нескольких порядков.
МЬЮТЕКСЫ
Взаимное исключение. Иногда используется упрощенная версия семафора, называемая мьютексом. Мьютекс не способен считать, он может лишь управлять взаимным исключением доступа к совместно используемым ресурсам или кодам. Реализация мьютекса проста и эффективна, что делает их использование особенно удобным в случае потоков, действующих только в пространстве пользователя. Мьютекс – это переменная, которая может находиться в одном из двух состояний, блокированном и не блокированном. Потому для описания мьютекса нужен всего 1 бит, хотя чаще используется целочисленная переменная, у которой: 0 – не блокируемое состояние, а любое другое положительное целое, соответствует блокируемому состоянию. Значение мьютекса устанавливается двумя процедурами. Если поток (процесс) собирается войти в критическую область – он вызывает процедуру мьютекс-lock. Если Мьютекс не заблокирован (вход в критическую область разрешен), запрос выполняется и вызывающий поток может попасть в критическую область. Напротив, если Мьютекс заблокирован, вызывающий поток блокируется до тех пор, пока другой поток, находящийся в критической области не выйдет из нее, вызвав процедуру Мьютекс-anlock. Если мьютекс блокирует несколько потоков, то из них случайным образом выбирается один. Мьютексы легко реализуются в пространстве пользователя, если доступна команда DSL.
|
|
|
ФУНКЦИИ ОС ПО УПРАВЛЕНИЮ ПАМЯТЬЮ
Под памятью будем понимать оперативную память ПК (RAM или ОЗУ), в отличие от жесткого диска (storage). Оперативной памяти для сохранения информации требуется постоянное электропитание.
Функции ОС по управлению памятью в мультипрограммной системе:
1) Отслеживание свободной и занятой памяти.
2) Выделение памяти процессам и освобождение памяти по мере их завершения.
3) Вытеснение кодов и данных процессов из оперативной памяти на диск (полная или частичная), когда размера основной памяти недостаточно для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место.
4) Настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.
Во время работы ОС ей часто приходится создавать служебные информационные структуры, такие как: описатели процессов и потоков, различные таблицы распределения ресурсов, буферы, используемые процессами для обмена данными, синхронизирующие объекты и т.п. Все эти системные объекты требуют памяти. В некоторых ОС заранее (во время установки) резервируется некоторый фиксированный объем памяти для системных нужд. Существует и другой подход, при котором память для системных целей выделяется динамически. В таком случае различные подсистемы ОС при создании своих таблиц, объектов и структур, обращаются к подсистеме памяти с запросами. Помимо первоначального выделения памяти процессом при их создании ОС должна заниматься также динамическим распределением памяти, т.е. выполнять запросы приложений на выделение им дополнительной памяти во время их выполнения.
|
|
|
ТИПЫ АДРЕСОВ
Для идентификации переменных и команд на разных этапах жизненного цикла программы используются: символьные имена (метки), виртуальные адреса и физические адреса. Символьные имена присваивает программист при написании программы на алгоритмическом языке или ассемблере. Виртуальные адреса (математические или логические) выбирает транслятор, переводящий программу на машинный язык. Поскольку во время трансляции в общем случае неизвестно в какое место оперативной памяти будет загружена программа, то транслятор присваивает переменным или командам виртуальные (условные) адреса, обычно считая по умолчанию, что начальным адресом программы будет нулевой адрес. Физические адреса – соответствуют номерам ячеек памяти, где в действительности расположены или будут расположены переменные и команды. Совокупность виртуальных адресов процесса называется его виртуальным адресным пространством. Диапазон возможных адресов вирт. пространства у всех процессов является одним и тем же. Напр., при использовании 32-разрядных вирт. адресов этот диапазон определяется границами: 0000000016 ÷ FFFFFFFF16, 232 примерно равно 4 Gb
Если у ПК 32-разрядная шина адреса, максимальное значение вирт. памяти 4 Gb. Количество физической памяти не может превышать эту величину. ОЗУ делятся: динамические устройства; статические устройства.
Триггер – это спусковое устройство, которое может неопределенно долго находиться в одном из двух состояний устойчивого равновесия до тех пор, пока специальный сигнал не изменит его состояний. Т.О. триггер может хранить 1 бит информации. Самый простой триггер можно реализовать на 4-х транзисторах. На статических триггерах выполняют регистры разных типов, а также ячейки памяти статического ОЗУ. Такая статическая память используется довольно редко. Чаще используют динамическую память, которая проще в реализации и дешевле. Однако, у динамической памяти есть один существенный недостаток – нуждается в постоянно регенерации, т.е. в периодическом поддержании своих ячеек в прежнем состоянии. Принцип действия динамической памяти прост. Он основан на том, что некоторые транзисторы определенных типов имеют значительную емкость между их выводами. Заряд такой емкости (вирт.) = 1. Если заряжен – 1, разряжен – 0. Тем не менее, каждый процесс имеет собственное виртуальное адресное пространство, т.е. транслятор присваивает виртуальные адреса переменным и кодам каждой программы независимо. Совпадение адресов переменных и команд различных процессов не приводят к конфликтам, т.к. в том случае, когда эти переменные одновременно присутствуют в памяти, ОС отображает их на разные физические адреса.
|
|
|
Следует различать величину адресного пространства (физического и виртуального) и объем памяти, в которой это пространство помещается. Количество возможных сочетаний дает количество ячеек адресуемой физической памяти (232). Между тем в ячейке находится 1 бит, а число – кратное байту
Шина
12 32
Пример. На первых ПК была шина на 20 разрядов (шина адреса)и шина данных на 8 разрядов (РС ХР 8088 Intel) 32 р – 04 р, тактовая частота возрастет в 2 раза.
|
|
|
