- •1.Состав системного программного обеспечения.
- •1.1.Операционная система (ос) как посредник между уровнем пользователя и аппаратурой эвм.
- •1.2.Функции операционной системы
- •1.3.Классификация операционных систем
- •2.Структура операционной системы
- •2.1.Ядро и вспомогательные модули ос. Ядро в привилегированном режиме
- •2.2.Многослойная структура ос
- •2.3.Аппаратная зависимость и переносимость ос
- •2.4.Типовые средства аппаратной поддержки ос
- •3.Организация вычислительных процессов.
- •3.1.Понятия вычислительного процесса и ресурса.
- •3.2.Понятие системы программирования.
- •3.3. Системы интерактивной отладки
- •3.4.Принципы трансляции программ
- •3.5.Особенности построения интерпретаторов
- •3.6.Лексический и синтаксический анализ и генерация кода.
- •3.7.Загрузчик.
- •3.8.Жизненный цикл программы.
- •3.9.Система исполнения программы (run-time system).
- •4.Процессы и потоки
- •4.1.Понятия «процесс» и «поток»
- •4.2.Создание процессов и потоков
- •4.3.Планирование и диспетчеризация потоков
- •4.4.Состояния потока
- •4.5.Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования
- •4.6.Алгоритмы планирования, основанные на квантовании
- •4.7.Алгоритмы планирования, основанные на приоритетах
- •4.8.Смешанные алгоритмы планирования
- •4.9.Мультипрограммирование на основе прерываний
- •4.10.Назначение и типы прерываний
- •4.11.Механизм прерываний
- •4.12.Диспетчеризация и приоритезация прерываний в ос
- •4.13.Синхронизация процессов и потоков. Цели и средства синхронизации
- •4.14.Необходимость синхронизации и гонки
- •4.15.Критическая секция. Блокирующие переменные. Семафоры. Тупики
- •4.16.Средства коммуникации процессов
- •5.Управление памятью
- •5.1.Функции ос по управлению памятью
- •5.2.Типы адресов
- •5.3.Алгоритмы распределения памяти
- •5.4.Механизмы реализации виртуальной памяти
- •5.5.Страничное распределение
- •5.6.Сегментное распределение
- •5.7.Сегментно-страничное распределение
- •5.8.Кэширование данных. Иерархия запоминающих устройств
- •5.10.Проблема согласования данных
- •5.11.Способы отображения основной памяти на кэш
- •6.Управление устройствами ввода-вывода и файлами
- •6.1.Задачи ос по управлению файлами и устройствами
- •6.2.Многослойная модель подсистемы ввода-вывода
- •6.3. Менеджер ввода-вывода
- •6.4.Многоуровневые драйверы
- •6.5.Специальные файлы
- •6.6.Цели и задачи файловой системы
- •6.7.Типы файлов. Иерархическая структура файловой системы
- •6.8.Имена файлов. Атрибуты файлов. Логическая организация файла
- •6.9.Физическая организация и адресация файла
- •6.10.Файловые операции. Способы организации файловых операций.
- •6.11.Стандартные файлы ввода и вывода, перенаправление вывода
- •6.12.Контроль доступа к файлам. Механизм контроля доступа и защиты от сбоев
4.12.Диспетчеризация и приоритезация прерываний в ос
Операционная система должна играть активную роль в организации обработки прерываний. Прерывания выполняют очень полезную для вычислительной системы функцию — они позволяют реагировать на асинхронные по отношению к вычислительному процессу события. В то же время прерывания создают дополнительные трудности для ОС в организации вычислительного процесса. Эти трудности связаны с непредвиденными переходами управления от одной процедуры к другой, возникающими в результате прерываний от контроллеров внешних устройств. Возможно также возникновение в непредвиденные моменты времени исключений, связанных с ошибками во время выполнения инструкций. Усложняют задачу планирования вычислительных работ и запросы на выполнение системных функций (системные вызовы) от пользовательских приложений, выполняемые с помощью программных прерываний. Сами модули ОС также часто вызывают друг друга с помощью программных прерываний, еще больше запутывая картину вычислительного процесса.
Операционная система не может терять контроль над ходом выполнения системных процедур, вызываемых по прерываниям. Она должна упорядочивать их во времени так же, как планировщик упорядочивает многочисленные пользовательские потоки. Кроме того, сам планировщик потоков является системной процедурой, вызываемой по прерываниям (аппаратным — от таймера или контроллера устройства ввода-вывода, или программным — от приложения или модуля ОС). Поэтому правильное планирование процедур, вызываемых по прерываниям, Является необходимым условием правильного планирования пользовательских потоков. В противном случае в системе могут возникать, например, такие ситуации, когда операционная система будет длительное время заниматься не требующей мгновенной реакции задачей управления стримером, архивирующим данные, в то время, когда высокоскоростной диск будет простаивать и тормозить работу многочисленных приложений, обменивающихся данными с этим диском.
Для упорядочения работы обработчиков прерываний в операционных системах применяется тот же механизм, что и для упорядочения работы пользовательских процессов — механизм приоритетных очередей. Все источники прерываний обычно делятся на несколько классов, причем каждому классу присваивается .приоритет. В операционной системе выделяется программный модуль, который занимается диспетчеризацией обработчиков прерываний. Этот модуль в разных ОС называется по-разному, но для определенности будем его называть диспетчером прерываний.
При возникновении прерывания диспетчер прерываний вызывается первым. Он запрещает ненадолго все прерывания, а затем выясняет причину прерывания. После этого диспетчер сравнивает назначенный данному источнику прерывания приоритет и сравнивает его с текущим приоритетом потока команд, выполняемого процессором. В этот момент времени процессор уже может выполнять инструкции другого обработчика прерываний, также имеющего некоторый приоритет. Если приоритет нового запроса выше текущего, то выполнение текущего обработчика приостанавливается и он помещается в соответствующую очередь обработчиков прерываний. В противном случае в очередь помещается обработчик нового запроса.
Приоритет обработчиков прерываний не совпадает в общем случае с приоритетом потоков, выполняемых в обычной последовательности, определяемой планировщиком потоков. По отношению к обработчикам прерываний любой поток, который назначен на выполнение планировщиком, имеет самый низкий приоритет, так что любой запрос на прерывание всегда может прервать выполнение этого потока.
Диспетчеризация прерываний является важной функцией ОС, и эта функция реализована практически во всех мультипрограммных операционных системах. Нужно заметить, что в общем случае в операционной системе реализуется двухуровневый механизм планирования работ. Верхний уровень планирования выполняется диспетчером прерываний, который распределяет процессорное время между потоком поступающих запросов на прерывания различных типов — внешних, внутренних и программных. Оставшееся процессорное время распределяется другим диспетчером — диспетчером потоков, на основании дисциплин квантования и других.