Гордеев А.В. Операционные системы (2-е изд., 2004) (1186250), страница 71

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

Текст из файла (страница 71)

К сожалению, в рядеслучаев восстановление может стать невозможным, например исходные данные,поступившие с каких-либо датчиков, могут измениться, тогда предыдущие значе­ния будут безвозвратно потеряны.Контрольные вопросы и задачи1. Что такое тупиковое состояние? Приведите несколько примеров возникнове­ния тупиковой ситуации.2. Что является причиной возникновения тупиков на ресурсах типа SR? Пере­числите условия, при которых возникает тупик.3.

Приведите пример графа повторно используемых ресурсов. Что позволяет сде­лать эта модель Холта?4. Приведите пример теоретико-множественного описания сети Петри.5. Что такое маркировка сети Петри? Что представляет собой пространство воз­можных состояний сети Петри?6. Приведите пример графического представления сети Петри.7. Что следует предпринять для реализации стратегии предотвращения тупико­вых ситуаций? Какие реальные проблемы при этом возникают?8.

Что представляет собой «обход тупика»? Приведите алгоритм банкира Дейкстры. Почему на практике невозможно воспользоваться алгоритмом банкирадля борьбы с тупиковыми ситуациями?9. Что такое «опасное состояние»? Приведите пример опасного состояния на мо­дели состояний системы.10. Опишите метод обнаружения тупика посредством редукции графа повторноиспользуемых ресурсов.И. Опишите алгоритм обнаружения тупика по наличию замкнутой цепочки за­просов.Глава 9. Архитектураоперационных системКак комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ (см.

главу 1),операционная система представляет собой очень сложный конгломерат взаимо­связанных программных модулей и структур данных, которые должны обеспечи­вать надежное и эффективное выполнение вычислений. Большинство потенци­альных возможностей операционной системы, ее технические и потребительскиепараметры — все это во многом определяется архитектурой системы — ее структу­рой и основными принципами построения.В-главе 1 мы упомянули несколько наиболее распространенных классификаций.Очевидно, что системы, ориентированные на диалог, должны иметь иные страте­гию обслуживания и дисциплину диспетчеризации, чем системы пакетной обра­ботки.

Диалоговое взаимодействие предполагает реализацию развитой интерфей­сной подсистемы, обеспечивающей взаимодействие пользователя с компьютером.Это отличие сказывается и на особенностях построения систем. Очевидно, что длядиалоговых операционных систем необходимо предусмотреть множество механиз­мов, которые позволят пользователям эффективно управлять своими вычислени­ями.Аналогично, и системы, реализующие мультизадачный режим работы, отличают­ся по своему строению от однозадачных систем. Если система допускает работунескольких пользователей, то желательно иметь достаточно развитую подсистем,информационной безопасности. А это, в свою очередь, налагает определенные трбования и на идеологию построения операционной системы, и на выбор конкр еных механизмов, помогающих реализовать защиту информационных ресурсовввести ограничения на доступ к другим видам ресурсов.

Поскольку операционнсистемы помимо функций организации вычислений и организации интерф епользователя предоставляют интерфейсы для взаимодействия программ с ° п е р ооционной системой, мы в этой главе рассмотрим и интерфейсы прикладного гграммирования.Основные принципы построения операционных систем279Основные принципы построенияоперационных системСреди множества принципов построения операционных систем перечислим несколь­ко наиболее важных: принцип модульности, принцип виртуализации, принципымобильности (переносимости) и совместимости, принцип открытости, принцип ге­нерации операционной системы из программных компонентов и некоторые другие.Принцип модульностиОперационная система строится из множества программных модулей.

Под моду­лем в общем случае понимают функционально законченный элемент системы,выполненный в соответствии с принятыми межмодульными интерфейсами. Посвоему определению модуль предполагает легкий способ его замены другим приналичии заданных интерфейсов. Способы обособления составных частей опера­ционной системы в отдельные модули могут быть существенно разными, но чащевсего разделение происходит именно по функциональному признаку. В значитель­ной степени разделение системы на модули определяется используемым методомпроектирования системы (снизу вверх или наоборот).Особо важное значение при построении операционных систем имеют привилеги­рованные, повторно входимые и реентерабельные модули, ибо они позволяют бо­лее эффективно использовать ресурсы вычислительной системы.

Как мы уже зна­ем (см. главу 1), свойство реентерабельности может быть достигнуто различнымиспособами, но чаще всего используются механизмы динамического выделения па­мяти под переменные для нового вычислительного процесса (задачи). В некото­рых системах реентерабельность программы получают автоматически. Этого можнодостичь благодаря неизменяемости кодовых частей программ при исполнении, атакже автоматическому распределению регистров, автоматическому отделениюкодовых частей программ от данных и помещению последних в системную областьпамяти, которая распределяется по запросам от выполняющихся задач.

Естествен­но, что для этого необходима соответствующая аппаратная поддержка. В другихслучаях это достигается программистами за счет использования специальных си­стемных модулей.Принцип модульности отражает технологические и эксплуатационные свойствасистемы. Наибольший эффект от его использования достижим в случае, когда прин­цип распространен одновременно на операционную систему, прикладные програм­мы и аппаратуру. Принцип модульности является одним из основных в UNIXсистемах.0всех операционных системах можно выделить некоторую часть наиболее важ­ных управляющих модулей, которые должны постоянно находиться в оператив°и памяти для более скорой реакции системы на возникающие события и болееФфективной организации вычислительных процессов. Эти модули вместе с неторьгми системными структурами данных, необходимыми для функционироваяоперационной системы, образуют так называемое ядро операционной систе' Т а к как это действительно ее самая главная, центральная часть, основа системы.280Глава 9, Архитектура операционных СИСТЙИ.При формировании состава ядра требуется удовлетворить двум противоречивымтребованиям.

В состав ядра должны войти наиболее часто используемые систем­ные модули. Количество модулей должно быть таким, чтобы объем памяти, зани­маемый ядром, был не слишком большим. В его состав, как правило, входят мо­дули по управлению системой прерываний, средства по переводу программ изсостояния счета в состояние ожидания, готовности и обратно, средства по распре­делению основных ресурсов, таких как оперативная память и процессор. В главе 1мы уже упоминали, что операционные системы могут быть микроядерными и макроядерными (монолитными). В микроядерных операционных системах само ядроочень компактно, а остальные модули вызываются из ядра как сервисные. При этомсервисные модули могут размещаться и в оперативной памяти. В противополож­ность микроядерным в макроядерных операционных системах главная супервизорная часть включает в себя большое количество модулей.

Более подробно о мик­роядерных и макроядерных операционных системах см. далее.Помимо программных модулей, входящих в состав ядра и постоянно располагаю­щихся в оперативной памяти, может быть много других системных программныхмодулей, которые получают название транзитных. Транзитные программные мо­дули загружаются в оперативную память только при необходимости и в случаеотсутствия свободного пространства могут быть замещены другими транзитнымимодулями. В качестве синонима термина «транзитный» можно использовать тер­мин «диск-резидентный».Принцип особого режима работыЯдро операционной системы и низкоуровневые драйверы, управляющие работойканалов и устройств ввода-вывода, должны работать в специальном режиме рабо­ты процессора. Это необходимо по нескольким причинам.

Во-первых, введениеспециального режима работы процессора, в котором должен исполняться толькокод операционной системы, позволяет существенно повысить надежность выпол­нения вычислений. Это касается выполнения как управляющих функций самойоперационной системы, так и прикладных задач пользователей. Категорическинельзя допускать, чтобы какая-нибудь прикладная программа могла вмешиваться(преднамеренно или в связи с появлением ошибок вычислений) в вычисления,связанные с супервизорной частью операционной системы. Во-вторых, ряд функ­ций должен выполняться исключительно централизованно, под управлением опе­рационной системы. К этим функциям мы, прежде всего, должны отнести функции,связанные с управлением процессами ввода-вывода данных.

Характеристики

Список файлов книги