- •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
Локальное замещение, динамическое резидентное множество
Этот подход наиболее часто используется в современных операционных системах. Его основная идея состоит в следующем:
использование локального замещения: для размещения новой страницы процесса, если лимит страничных кадров процесса исчерпан, освобождается один из страничных кадров этого же процесса;
лимит страничных кадров каждого процесса периодически пересматривается, для согласования размеров резидентного и рабочего множеств.
В идеале, лимит резидентного множества должен устанавливаться равным величине рабочего множества в период стабильности. При переходе процесса к новому периоду стабильности рабочего множества, лимит на размер резидентного множества должен соответственно измениться (см. рис. 37).
Рис.37. Соответствие между резидентным и рабочим множествами
Однако, оценивать величину рабочего множества непосредственно по определению сложно, кроме того, в момент роста рабочего множества, неизвестно, на каком уровне оно стабилизируется, а включать в резидентное множество все станицы, попавшие в во временной интервал неразумно. Наконец, оптимальная величина неизвестна и может несколько различаться для различных процессов.
Поэтому, на практике, вместо прямой оценки величины рабочего множества по его определению, используют косвенные оценки величины рабочего множества на основе анализа страничных прерываний процессов.
Алгоритм на основе оценки частоты прерываний – дисциплина pff (Page Fault Frequency)
Хорошей оценкой, позволяющей судить о том, включен ли в резидентное множество процесса весь его текущий рабочий набор, является частота страничных прерываний, инициируемых данным процессом.
Типичная зависимость частоты страничных прерываний от размера резидентного набора процесса показана на рис. 38.
Рис.38. Зависимость частоты страничных прерываний от размера резидентного множества
Когда рабочий набор оказывается полностью включенным в резидентное множество, частота прерываний по отсутствию страницы резко падает, и это может служить хорошим индикатором для оценки достаточности резидентного множества процесса.
На практике, более удобно оценивать не частоту страничных прерываний, а интервал времени, прошедший между двумя последовательными прерываниями. дисциплина PFF основана на сравнении временного интервала между последними страничными прерываниями с пороговой величиной.
Если между двумя последовательными страничными прерываниями одного процесса проходит интервал времени, меньший порогового, то к резидентному множеству процесса добавляется новый страничный кадр. В противном случае, в резидентном множестве процесса выбирается страничный кадр для замещения, при этом может использоваться любой из рассмотренных ранее алгоритмов.
Для сокращения резидентных множеств всех процессов, периодически активизируется сборщик страниц. Сборщик страниц исключает из резидентных множеств процессов те страничные кадры, к которым не было обращений за последнее время, а для всех остальных страничных кадров сбрасывает бит-признак обращения. Те страничные кадры, для которых бит обращения не установится к следующему циклу сборщика страниц, будут удалены из резидентных множеств.
Таким образом, дисциплина PFF обеспечивает согласование резидентных и рабочих множеств процессов без прямой оценки величины рабочего множества.
Однако дисциплина PFF обладает и существенным недостатком. В момент перехода процесса от одного периода стабильности к другому, интервалы между страничными прерываниями резко сокращаются – процесс ведет активную подкачку страниц нового рабочего множества, что ведет к резкому росту резидентного множества процесса. Сокращение же резидентного множества сборщиком страниц запаздывает.
В результате, резидентное множество процессов, при переходном состоянии рабочего множества, может неоправданно расширяться в ущерб другим процессам, которые получат недостаточный резидентный набор, и эффективность их работы снизится.