 |
Линейные списки и способы их реализации, пример программы
|
|
|
|
Поиск и сортировка данных, индексирование базы данных.
При создании новой записи представляется размещение этой записи в памяти, что оказывает огромное влияние на время выборки. Простейшая стратегия размещения данных - новая запись размещается на первом свободном участке или вслед за последней из ранее размещённых записей. Основные способы доступа к данным.
Последовательная обработка области БД предполагает, что система последовательно просматривает страницы, пропускает пустые участки и выдаёт записи в физической последовательности их хранения.
Доступ по ключу базы данных определяет местоположение записи в памяти ЭВМ. Зная его, система может извлечь нужную запись за одно обращение к памяти.
Доступ по структуре. Эта разновидность доступа применяется для групповых отношений и позволяет перейти к предыдущему или следующему экземпляру группового отношения, к экземпляру-владельцу группового отношения или к списку подчинённых экземпляров.
Доступ по первичному ключу. Первичный ключ идентифицирует записи внутри типа. Если система обеспечивает доступ по первичному ключу, то он (ключ) используется также при запоминании записи и его значение в этом случае обычно используется при размещении записи в памяти. Наиболее распространённые механизмы доступа по первичному ключу – индексирование и хеширование.
Для ускорения доступа к записям по ключевому атрибуту создаётся специальная структура – индекс, который определяет соответствие значения атрибута и местоположения записи. Индекс обычно хранится в отдельном файле или отдельной области памяти. Пустые значения атрибутов (null) не индексируются. Обращение к записи через индексы осуществляется в два этапа: сначала в индексной структуре находится требуемое значение атрибута и соответствующий адрес записи, затем по этому адресу происходит обращение к внешнему запоминающему устройству (ВЗУ). Индекс загружается в ОП целиком (или хранится в ней постоянно во время работы с БД). Если каждому значению индекса соответствует уникальное значение ключа, то ключ первичный. Если же индекс строится по ключу, допускающему дубликаты значений, такой индекс называется вторичным. Различают одиночные индексы и составные.
|
|
|
Составной индекс включает два или более столбца одной таблицы. Существует множество способов организации индексов:
1. В плотных индексах для каждого значения ключа имеется отдельная статья индекса, указывающая место размещения конкретной записи. Неплотные индексы строятся в предположении, что на каждой странице памяти (или в блоке) хранятся записи, отсортированные по значениям ключа индексирования.
2. Метод сжатия ключа основан на устранении избыточности хранимых данных. Последовательно идущие значения ключа обычно имеют одинаковые начальные части, поэтому в каждой статье индекса можно хранить не полное значение ключа, а лишь информацию, позволяющую его восстановить из известного предыдущего значения.
Одноуровневый индекс - линейную совокупность значений одного или нескольких полей записи. Используется в простейших случаях, когда количество индексируемых записей невелико. В более сложных случаях индекс занимает много памяти (иногда – несколько страниц), и возникает задача минимизации доступа к нему. Тогда индекс разбивается на несколько иерархических уровней, что позволяет ускорить поиск требуемого значения.
ОС реального времени
Операционные системы реального времени (ОСРВ) предназначены для обеспечения интерфейса к ресурсам критических по времени систем реального времени. Основной задачей в таких системах является своевременность (timeliness) выполнения обработки данных.
|
|
|
В качестве основного требования к ОСРВ выдвигается требование обеспечения предсказуемости или детерминированности поведения системы в наихудших внешних условиях, что резко отличается от требований к производительности и быстродействию универсальных ОС. Хорошая ОСРВ имеет предсказуемое поведение при всех сценариях системной загрузки (одновременные прерывания и выполнение потоков).
Существует некое различие между системами реального времени и встроенными системами. От встроенной системы не всегда требуется, чтобы она имела предсказуемое поведение, и в таком случае она не является системой реального времени. Однако даже беглый взгляд на возможные встроенные системы позволяет утверждать, что большинство встроенных систем нуждается в предсказуемом поведении, по крайней мере, для некоторой функциональности, и таким образом, эти системы можно отнести к системам реального времени.
Принято различать системы мягкого и жесткого реального времени. В системах жесткого реального времени неспособность обеспечить реакцию на какие-либо события в заданное время ведет к отказам и невозможности выполнения поставленной задачи. В большинстве русскоязычной литературы такие системы называют системами с детерминированным временем. При практическом применении время реакции должно быть минимальным. Системами мягкого реального времени называются системы, не попадающие под определение "жесткие", т.к. в литературе четкого определения для них пока нет. Системы мягкого реального времени могут не успевать решать задачу, но это не приводит к отказу системы в целом. В системах реального времени необходимо введение некоторого директивного срока (в англоязычной литературе – deadline), до истечения которого задача должна обязательно (для систем мягкого реального времени – желательно) выполниться. Этот директивный срок используется планировщиком задач как для назначения приоритета задачи при ее запуске, так и при выборе задачи на выполнение. Сформулированы следующие необходимые требования для ОСРВ:
- ОС должна быть многозадачной и допускающей вытеснение (preemptable),
- ОС должна обладать понятием приоритета для потоков,
- ОС должна поддерживать предсказуемые механизмы синхронизации,
- ОС должна обеспечивать механизм наследования приоритетов,
- поведение ОС должно быть известным и предсказуемым (задержки обработки прерываний, задержки переключения задач, задержки драйверов и т.д.); это значит, что во всех сценариях рабочей нагрузки системы должно быть определено максимальное время отклика.
В течение последних 25-30 лет структура операционных систем эволюционировала от монолитной к многослойной структуре ОС и далее к архитектуре клиент-сервер. При монолитной структуре ОС состоит из набора модулей, и изменения одного модуля влияют на другие модули. Чем больше модулей, тем больше хаоса при эксплуатации такой системы. Кроме того, невозможно распределить ОС в многопроцессорной системе. В многослойной структуре изменения одного слоя влияют на соседние слои; кроме того, обращение через слой невозможно. Для систем реального времени должно быть обеспечено прямое обращение к каждому слою ОС, а иногда напрямую к аппаратуре.
|
|
|
Основной идеей клиент-серверной технологии в ОС является сведение базиса ОС к минимуму (планировщик и примитивы синхронизации). Вся остальная функциональность выносится на другой уровень и реализуется через потоки или задачи. Совокупность таких серверных задач отвечает за системные вызовы. Приложения являются клиентами, которые запрашивают сервисы через системные вызовы.
Клиент-серверная технология позволяет создавать масштабируемые ОС и упрощает распределение в многопроцессорной системе. При эксплуатации системы замена одного модуля не вызывает эффекта “снежного кома”; кроме того, сбой модуля не всегда влечет за собой отказ системы в целом. Появилась возможность динамической загрузки и отгрузки модулей. Главной проблемой в этой модели является защита памяти, поскольку серверные процессы должны быть защищены. При каждом запросе сервиса система должна переключаться с контекста приложения на контекст сервера. При поддержке защиты памяти время переключения с одного процесса на другой увеличивается.
|
|
|
Как правило, большинство современных ОСРВ построено на основе микроядра (kernel или nucleus), которое обеспечивает планирование и диспетчеризацию задач, а также осуществляет их взаимодействие. Несмотря на сведение к минимуму в ядре абстракций ОС, микроядро все же должно иметь представление об абстракции процесса. Все остальные концептуальные абстракции операционных систем вынесены за пределы ядра, вызываются по запросу и выполняются как приложения.
Линейные списки и способы их реализации, пример программы
Линейный список - это конечная последовательность однотипных элементов (узлов), возможно, с повторениями. Количество элементов в последовательности называется длиной списка, причем длина в процессе работы программы может изменяться.
Линейный список F, состоящий из элементов D1,D2,...,Dn, записывают в виде последовательности значений заключенной в угловые скобки F=, или представляют графически (см.рис.1).
| D1 | à | D2 | à | D3 | à | ... | à | Dn |
| Рис.1. Изображение линейного списка. |
Например, F1=<2,3,1>,F2=<7,7,7,2,1,12>, F3=< >. Длина списков F1, F2, F3 равна соответственно 3,6,0.
При работе со списками на практике чаще всего приходится выполнять следующие операции:
· найти элемент с заданным свойством;
· определить первый элемент в линейном списке;
· вставить дополнительный элемент до или после указанного узла;
· исключить определенный элемент из списка;
· упорядочить узлы линейного списка в определенном порядке.
В реальных языках программирования нет какой-либо структуры данных для представления линейного списка так, чтобы все указанные операции над ним выполнялись в одинаковой степени эффективно. Поэтому при работе с линейными списками важным является представление используемых в программе линейных списков таким образом, чтобы была обеспечена максимальная эффективность и по времени выполнения программы, и по объему требуемой памяти.
Методы хранения линейных списков разделяются на методы последовательного и связанного хранения. Рассмотрим простейшие варианты этих методов для списка с целыми значениями F=<7,10>.
При последовательном хранении элементы линейного списка размещаются в массиве d фиксированных размеров, например, 100, и длина списка указывается в переменной l, т.е. в программе необходимо иметь объявления вида
float d[100]; int l;
Размер массива 100 ограничивает максимальные размеры линейного списка. Список F в массиве d формируется так:
d[0]=7; d[1]=10; l=2;
|
|
|
Полученный список хранится в памяти согласно схеме на рис.13.
| l: | |||||||
| d: | ... | ||||||
| [0] | [1] | [2] | [3] | [98] | [99] | ||
| Рис. 2 Последовательное хранение линейного списка. |
При связанном хранении в качестве элементов хранения используются структуры, связанные по одной из компонент в цепочку, на начало которой (первую структуру) указывает указатель dl. Структура образующая элемент хранения, должна кроме соответствующего элемента списка содержать и указатель на соседний элемент хранения. В последнем элементе хранения (конец списка) указатель на соседний элемент имеет значение NULL. Получаемый список изображен на рис.3.
Рис 3. Связное хранение линейного списка.
|
|
|
