Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

P_CPU - это системная составляющая. Она формируется системой следующим образом: при прерывании по таймеру через предопределенные периоды времени для процесса, занимающего процессор в текущий момент, P_CPU увеличивается на единицу. Также, как и P_NICE, P_CPU имеет некоторое предельное значение. Если процесс будет находиться в состоянии выполнения так долго, что составляющая P_CPU достигнет своего верхнего предела, то значение P_CPU будет сброшено в нуль, а затем снова начнет расти. Отметим, однако, что такая ситуация весьма маловероятна, т.к. скорее всего, этот процесс будет выгружен и заменен другим еще до того момента, как P_CPU достигнет максимума.

В общем случае, приоритет процесса есть функция:

P_PRI = f(P_NICE, P_CPU)

Константа P_USER представляет собой нижний порог приоритета для пользовательских процессов. Пользовательская составляющая, как правило, учитывается в виде разности _NICE – NZERO, что позволяет принимать в расчет только добавку, введенную посредством системного вызова nice(). Системная составляющая учитывается с некоторым коэффициентом. Поскольку неизвестно, проработал ли до момента прерывания процесс на процессоре полный интервал между прерываниями, то берется некоторое усреднение. Суммарно получается следующая формула для вычисления приоритета

P_PRI = P_USER + P_NICE – NZERO + P_CPU/a.

Заметим, что, если приоритет процесса не изменялся при помощи nice(), то единственной изменяемой составляющей приоритета будет P_CPU, причем эта составляющая растет только для того процесса, который находится в состоянии выполнения. В тот момент, когда значение ее станет таково, что в очереди готовых к выполнению процессов найдется процесс с меньшим значением приоритета, выполняемый процесс будет приостановлен и заменен процессом с меньшим значением приоритета. При этом значение составляющей P_CPU для выгруженного процесса сбрасывается в нуль.

Пример. Рассмотрим два активных процесса, разделяющих процессор, причем таких, что ни их процессы-предки, ни они сами не меняли составляющую P_NICE системным вызовом nice() . Тогда P_NICE =NZERO и оба процесса имеют начальное значение приоритета P_PRI = P_USER, так как P_CPU=0. Пусть значение P_CPU увеличивается на единицу через N единиц времени (частота прерывания по таймеру), а в вычисление приоритета она входит с коэффициентом 1/A. Таким образом, дополнительная единица в приоритете процесса, занимающего процессор, «набежит» через А таймерных интервалов. Значение P_CPU второго процесса остается неизменным, и его приоритет остается постоянным. Через NA единиц времени разница приоритетов составит единицу в пользу второго процесса и произойдет смена процессов на процессоре.

Принципы организация своппинга.

В системе определенным образом выделяется пространство для области свопинга. Есть пространство оперативной памяти, в котором находятся процессы, обрабатываемые системой в режиме мультипрограммирования. Есть область на ВЗУ, предназначенная для откачки этих процессов по мере необходимости. Упрощенная схема планирования подкачки основывается на использовании некоторого приоритета, который называется P_TIME и также находится в контексте процесса. В этом параметре аккумулируется время пребывания процесса в состоянии мультипрограммной обработки, или в области свопинга. В поле P_TIME существует счётчик выгрузки (outage) и счётчик загрузки (inage).

При перемещении процесса из оперативной памяти в область свопинга или обратно система обнуляет значение параметра P_TIME. Для загрузки процесса в память из области свопинга выбирается процесс с максимальным значением P_TIME. Если для загрузки этого процесса нет свободного пространства оперативной памяти, то система ищет среди процессов в оперативной памяти процесс, ожидающий ввода/вывода (сравнительно медленных операций, процессы у которых приоритет выше значения P_ZERO) и имеющий максимальное значение P_TIME (т.е. тот, который находился в оперативной памяти дольше всех). Если такого процесса нет, то выбирается просто процесс с максимальным значением P_TIME.

Windows NT

Определено 32 уровня приоритета.

2 класса нитей:

• нити с переменными приоритетами (1-15);

• нити “реального времени” (16-32);

Изначально процессу присваивается базовый приоритет. Нить получает значение. Из базовых приоритетов операционная система может менять базовый приоритет.

Планирование проводится по высшему приоритету. Поддерживается группа очередей (по одной для каждого приоритета). Система просматривает очереди, начиная с высшего приоритета. Если квант закончился, то процесс получает приоритет 1 и отправляется в конец. Повышается значение приоритета при выходе из состояния ввода-вывода.

БИЛЕТ 29 Планирование в системах реального времени

Системы реального времени являются специализированными системами в которых все функции планирования ориентированы на обработку некоторых событий за время, не превосходящее некоторого предельного значение.

Системы реального времени бывают “Жесткие” и ”мягкие ”.

В первом случае время завершения выполнения каждого из процессов должно быть гарантировано для всех сценариев функционирования системы.

Это может быть обеспечено за счет :

- полного тестирования всевозможных сценариев

- построения статического расписания

- выбора математически просчитанного алгоритма динамического планирования

Периодические запросы – все моменты запроса периодического процесса можно определить заранее.

Пусть {T_i} набор периодических процессов с периодами – p_i , предельными сроками выполнения d_i и требованиями ко времени выполнения c_i.

Для проверки возможного составления расписания анализируется расписание на отрезке времени равному наименьшему общему множителю периодов этих процессов.

Необходимое условие наличия расписания:

Сумма коэффициентов использования = c_i / p_i <= k, где k - количество доступных процессоров.

Классический алгоритм для жестких систем реального времени с одним процессором

Используются периодические запросы на выполнение процессов,

срок выполнения каждого процесса равен его периоду p_i, все процессы независимы максимальное время выполнения каждого процесса с_i известно и постоянно, игнорируется время переключения контекста, вводится ограничение на суммарный коэффициент загрузки процессора S c_i / p_i, при существовании n задач не превосходит n(2^1/n-1). Эта величина при n равна ln 2, то есть 0.7

Используются вытеснения и статические приоритеты.

Суть алгоритма:

Процессы получают статические приоритеты в соответствии с величиной их периодов выполнения, при этом самый высший приоритет получает самая короткая задача.

Соблюдение приведенных ограничений гарантирует выполнение временных ограничений для всех процессов во всевозможных ситуациях.

Алгоритмы с динамическим изменением приоритетов.

Параметр deadline – конечный срок выполнения.

Выбор процесса на выполнение по правилу:

выбирается процесс, у которого текущее значение разницы между конечным сроком выполнения и временем, необходимым для его непрерывного выполнения, является наименьшим.

БИЛЕТ 30 Организация планирования обработки прерываний в ОС WINDOWS NT.

ОС должна обеспечивать контроль над ходом выполнения системных процедур, вызываемых по прерываниям . Это необходимое условие для правильного планирования пользовательских процессов.

Рассмотрим пример, в котором обработчик прерываний принтера блокирует на длительное время обработку прерываний от таймера, в результате чего системное время на некоторое время «замирает», и один из процессов (2), критически важный для пользователя, не получат управление в запланированное время.

Упорядоченное планирование прерываний

Механизм прерываний поддерживает приоритезацию и маскирование прерываний.

Источники прерываний делятся на классы – каждому классу свой уровень приоритета запроса на прерывание.

Дисциплина обслуживания приоритетов

- относительная (выбор по наивысшему приоритету, но далее обработка не может быть отложена)

- абсолютная (происходит переход к обработке более приоритетного с откладыванием текущего)

Механизм маскирования запросов.

В схеме с абсолютными приоритетами заложено маскирование, так как запрещаются запросы с равными или более низкими приоритетами.

В общем случае - возможность маскирования прерываний любого класса и любого приоритета на некоторое время.

Упорядочивание работы обработчиков прерываний – механизм приоритетных очередей.

Наличие в ОС программного модуля – диспетчера прерываний.

При возникновении прерывания – вызов диспетчера.

Он блокирует все прерывания на некоторое время, устанавливает причину прерывания, сравнивает назначенный данному источнику прерывания приоритет с текущим приоритетом. В случае если у нового запроса на прерывание приоритет выше чем у текущего, то выполнение текущего приостанавливается и он помещается в соответствующую очередь. Иначе в соответствующую очередь помещается поступивший обработчик.

Планирование обработки прерываний в Windows NT

Все источники прерываний делятся на несколько классов, и каждому уровню присваивается уровень запроса прерывания – Interrupt Request Level (IRQL). Этот уровень и представляет приоритет данного класса.

Поступление запроса на прерывание/исключение – вызов диспетчера прерываний, который

-Запоминает информацию об источнике прерывания

-Анализирует его приоритет

Если приоритет <= IRQL прерванного, то отложить в очередь, иначе текущий обработчик – в очередь, управление - новому

Одна из важных задач планирования – обеспечение занятости внешних устройств

Для этого можно присваивать процессам высокий приоритет в периоды, когда они интенсивно используют ввод/ вывод

Эти периоды легко прослеживаются: - процесс блокируется про обращении к вводу/выводу. - операции ввода/вывода обычно бывают сконцентрированы в отдельных частях программ.

Применяется стратегия HPF.

БИЛЕТ 31 . Разделяемые ресурсы. Критические секции. Взаимное исключение. Тупики.

В однопроцессорных системах имеет место так называемый псевдопараллелизм – хотя в каждый конкретный момент времени процессор занят обработкой одной конкретной задачи, благодаря постоянному переключению с исполнения одной задачи на другую, достигается иллюзия параллельного исполнения нескольких задач. Во многопроцессорных системах задача максимально эффективного использования каждого конкретного процессора также решается путем переключения между процессами, однако тут, наряду с псевдопараллелизмом, имеет место и действительный параллелизм, когда на разных процессорах в один и тот же момент времени исполняются разные процессы.

Процессы, выполнение которых хотя бы частично перекрывается по времени, называются параллельными. Они могут быть независимыми и взаимодействующими. Независимые процессы – процессы, использующие независимое множество ресурсов; на результат работы такого процесса не должна влиять работа другого независимого процесса. Наоборот – взаимодействующие процессы совместно используют ресурсы и выполнение одного процесса может оказывать влияние на результат другого. Совместное использование ресурса двумя процессами, когда каждый из процессов полностью владеет ресурсом некоторое время, называют разделением ресурса. Разделению подлежат как аппаратные, так программные ресурсы. Разделяемые ресурсы, которые должны быть доступны в текущий момент времени только одному процессу – это так называемые критические ресурсы. Таковыми ресурсами могут быть как внешнее устройство, так и некая переменная, значение которой может изменяться разными процессами.

Процессы могут быть связаны некоторыми соотношениями (например, когда один процесс является прямым потомком другого), а могут быть не связанными друг с другом. Кроме того, процессы могут выполняться в разных узлах сети. Эти обстоятельства влияют на способ их взаимодействия, а именно – на возможность совместно использовать ресурсы, обмениваться информацией, оповещать друг друга о наступлении некоторых событий, а также определяют возможность одного процесса влиять на выполнение другого.

Таким образом, необходимо уметь решать две важнейшие задачи:

1. Распределение ресурсов между процессами.

2. Организация защиты ресурсов, выделенных определенному процессу, от неконтролируемого доступа со стороны других процессов.

Важнейшим требованием мультипрограммирования с точки зрения распределения ресурсов является следующее: результат выполнения процессов не должен зависеть от порядка переключения выполнения между процессами, т.е. от соотношения скорости выполнения данного процесса со скоростями выполнения других процессов.

В качестве примера ситуации, когда это правило нарушается, рассмотрим следующую. Пусть имеется некоторая простая функция, которая считывает символ, введенный с клавиатуры, и выводит его на экран:

void echo()

{char in;input(in);output(in);}

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)