- •Введение
- •Управление ресурсами: общие сведения
- •Управление процессами
- •2.1 Состояния процессов и переходы между ними
- •Стратегии и дисциплины планирования загрузки процессоров
- •Стратегия одинакового среднего времени ожидания
- •Дисциплина планирования fifo
- •Справедливая стратегия
- •Дисциплина планирования rr
- •Влияние величины кванта времени на величину средней задержки ответа
- •Стратегия максимальной пропускной способности
- •Дисциплина планирования sjf
- •Дисциплина планирования srt
- •Дисциплина планирования hrrn
- •Стратегия приоритетного планирования
- •Дисциплина лотерейного планирования
- •Дисциплины планирования с множеством очередей
- •Планирование с последовательным прохождением очередей
- •Дисциплина планирования vrr
- •Планирование на основе множества очередей с обратными связями
- •2.3 Планирование в многопользовательской системе – справедливое планирование
- •2.4 Планирование загрузки процессоров в операционных системах реального времени – частотно-монотонное планирование
- •2.5 Планирование загрузки процессоров в многопроцессорных системах
- •Многопроцессорная система с главным процессором
- •Организация с собственным планировщиком для каждого процессора
- •Симметричная многопроцессорная организация (smp)
- •Разбиение системных таблиц
- •Смещение моментов прерывания таймера
- •Стратегия планирования загрузки процессоров в многопроцессорной системе
- •Стратегия распределения загрузки
- •Стратегия максимальной производительности при параллельных вычислениях – бригадное планирование
- •Метод расщепление цикла
- •Метод редукции высоты дерева
- •Параллельное вычисление по альтернативным ветвям
- •Бригадное планирование процессов в многопроцессорной системе
- •2.6 Синхронизация выполнения процессов
- •Алгоритмы взаимоисключения с активным ожиданием
- •Алгоритм 1
- •Алгоритм 2
- •Алгоритм 3
- •Алгоритм 4
- •Алгоритм 5
- •Алгоритм Деккера
- •Алгоритм Петерсона
- •Алгоритм на основе команды процессора "проверить и установить"
- •Алгоритм на основе команды процессора "обменять данные"
- •Недостатки алгоритмов с активным ожиданием
- •Алгоритмы взаимоисключения с блокировкой процессов
- •Открытие объекта синхронизации
- •Закрытие объекта синхронизации
- •Вхождение в критическую секцию
- •Выход из критической секции
- •Замечания по реализации примитивов синхронизации
- •Мониторы
- •2.7 Взаимная блокировка процессов (тупики)
- •Необходимые условия возникновения тупика
- •Методы борьбы с тупиками
- •Предотвращение тупиков
- •Нарушение ожидания дополнительных ресурсов
- •Нарушение неперераспределимости ресурсов
- •Нарушение условия кругового ожидания
- •Устранение тупиков
- •Обнаружение тупиков
- •Управление памятью
- •3.1 Иерархическая модель памяти
- •Оценка среднего времени доступа к данным при использовании многоуровневой модели памяти
- •Локализация ссылок при обращении к памяти
- •3.2 Виртуальная память
- •Предпосылки создания виртуальной памяти
- •Архитектура виртуальной памяти
- •Подсистема трансляции адресов
- •Метод прямого отображения
- •Метод ассоциативного отображения
- •Метод комбинированного отображения
- •Архитектура виртуального адресного пространства
- •Сегментная организация виртуальной памяти
- •Страничная организация виртуальной памяти
- •Сегментно-страничная организация виртуальной памяти
- •Отображение файла на виртуальное адресное пространство
- •Совместное использование данных в оперативной памяти
- •3.3 Основные стратегии управления памятью
- •Стратегии выборки данных
- •Стратегии размещения данных
- •Выделение памяти по стратегии первого подходящего
- •Выделение памяти по стратегии наиболее подходящего
- •Выделение памяти по стратегии наименее подходящего
- •Стратегии замещения данных
- •Замещение с немедленной перезаписью и замещение с буферизацией
- •Замещение с локальной и глобальной областью видимости
- •3.4 Управление виртуальной памятью
- •Выборка в системе виртуальной памяти
- •Реализация выборки по требованию
- •Размещение в системе виртуальной памяти
- •Замещение в системе виртуальной памяти
- •Стратегия выталкивания случайной страницы
- •Оптимальная стратегия
- •Дисциплина fifo – выталкивание наиболее старой страницы
- •Дисциплина lru – выталкивание дольше всего неиспользуемой страницы
- •Дисциплина lfu – выталкивание страницы с наименьшей частотой обращений
- •Дисциплина nru – выталкивание страницы, не используемой в последнее время
- •Часовой алгоритм
- •Управление резидентным множеством страниц процесса
- •Понятие рабочего множества страниц процесса
- •Управление резидентными множествами на основе рабочих множеств
- •Глобальное замещение, динамическое резидентное множество
- •Локальное замещение, фиксированное резидентное множество
- •Локальное замещение, динамическое резидентное множество
- •Алгоритм на основе оценки частоты прерываний – дисциплина pff (Page Fault Frequency)
- •Алгоритм с переменным пробным интервалом – дисциплина vsws
- •Влияние размера страницы
- •Оптимизация работы дискового накопителя
- •Оптимизация механических перемещений головок диска
- •Основы устройства и функционирования дисковых накопителей
- •Стратегии оптимизации механических перемещений головок диска
- •Стратегия fcfs – Fist Come First Served
- •Стратегия sstf – Shortest Seek Time First
- •Стратегия scan – Scanning
- •Стратегия n-step scan – n-step Scanning
- •Системный дисковый кэш
- •Структура системного дискового кэша
- •Хэширование, хэш-функции и хэш-очереди
- •Структура блока и очередей дискового кэша
- •Работа системного дискового кэша
- •Упреждающее чтение
- •Реализация дискового кэша на основе виртуальной памяти
- •3.6 Надежность операционной системы при использовании системного дискового кэша
- •Буферизация ввода-вывода на пользовательском уровне
- •3.7 Процессорный кэш
- •Отображение участков озу на процессорный кэш
- •Случайное отображение участков озу в процессорный кэш
- •Детерминированное отображение участков озу в процессорный кэш
- •Комбинированное отображение участков озу в процессорный кэш
- •Работа процессорного кэша в режиме записи данных
- •3.8 Динамическое распределение памяти
- •Куча (heap)
- •Алгоритмы динамического распределения памяти
- •Отложенное объединение свободных блоков
- •Оптимизация списка свободных блоков
- •Метод парных меток для поддержания списка блоков кучи
- •Специальные алгоритмы динамического распределения памяти из кучи
- •Метод близнецов (или метод двойников)
- •Алгоритм выделения блоков памяти одинакового размера
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Стратегия распределения загрузки
Для реализации стратегии распределения загрузки требуется при освобождении процессора максимально быстро загрузить его любым процессом из единого множества готовых к выполнению процессов. Наиболее просто стратегия распределения загрузки реализуется на базе симметричной многопроцессорной организации. При этом обеспечиваются следующие преимущества:
исключаются простои процессоров при наличии готовых процессов;
простота реализации планировщика – при освобождении, любой освободившийся процессор просто выполняет стандартную подпрограмму планировщика, ничего не зная о других процессорах и не учитывая их при планировании;
возможность без какой либо дополнительной доработки использовать любую дисциплину планирования, предназначенную для однопроцессорной системы.
Заметим здесь один интересный момент: простые дисциплины планирования без переключения, например FIFO или SJN, которые были названы малопригодными для применения в однопроцессорных операционных системах, при использовании многопроцессорной организации становятся гораздо более эффективными.
Действительно, при наличии нескольких процессоров выполняется сразу несколько процессов, и поэтому существует довольно высокая вероятность, что хоты бы один из процессов блокируется или завершится и освободит процессор. Следовательно, уходит на второй план главный недостаток дисциплин без переключения – долгое ожидание процессора в состоянии готовности, особенно при наличии в системе вычислительных процессов с малой активностью ввода-вывода. С другой стороны, простота реализации и низкие накладные расходы таких дисциплин становятся весомым преимуществом.
Но методу реализации стратегии распределения загрузки на базе симметричной многопроцессорной организации присущ и ряд недостатков:
единый пул готовых процессов требует взаимоисключающего доступа со стороны подпрограмм планировщика, следовательно, если на двух или более процессорах подпрограмма планирования запустилась с перекрытием по времени, то возможен простой процессоров из-за взаимоисключений при доступе к данным;
процессы часто меняют процессоры, что снижает эффективность использования процессорных кэшей;
в многопотоковых программах потоки одного процесса выбираются на исполнение несогласованно, что ограничивает возможности параллельных вычислений.
Если в компьютере установлено небольшое число процессоров, то отмеченные недостатки являются несущественными, и реализация стратегии распределения загрузки на базе симметричной многопроцессорной организации оказывается достаточно эффективной.
Стратегия максимальной производительности при параллельных вычислениях – бригадное планирование
Различия между параллельными вычислениями и одновременным выполнением независимых процессов на многопроцессорной машине состоит в следующем. Для независимых процессов нет никакой разницы, выполняются ли они на различных процессорах многопроцессорной машины или на различных машинах. Целью же параллельных вычислений является сокращение времени решения конкретной задачи за счет одновременного выполнения нескольких операторов программы различными процессорами. Вычисления при этом выполняются над некоторыми общими для всех процессов данными, и считать такие процессы независимыми уже нельзя.
При работе вычислительной программы довольно часто оказывается, что различные вычислительные процедуры в составе программы работают с разными исходными данными и помещают результаты своих вычислений в различные переменные.
При наличии в системе нескольких процессоров, ничего не мешает выполнять такие подпрограммы параллельно, что должно повысить производительность программы.
Выделяют три основных приема параллельной обработки в вычислительных программах: метод расщепления цикла, метод редукции высоты дерева вычислений и параллельные вычисления по альтернативным ветвям.