- •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
Хэширование, хэш-функции и хэш-очереди
Если в системе используется дисковый кэш, то при получении от программы запроса на дисковую операцию, операционная система в первую очередь должна проверить, не сопоставлен ли какой-либо блок дискового кэша с требуемым дисковым блоком.
Для этого необходимо последовательно просматривать список блоков дискового кэша, пока не будет найден нужный блок, или пока список не будет исчерпан. Очевидно, что если системный дисковый кэш содержит несколько десятков тысяч блоков, то такой просмотр кэша становится очень дорогостоящей операцией, существенно снижающей реальную эффективность дискового кэша.
Использование упорядоченного списка или бинарного дерева в данном случае то же нецелесообразно, т.к. хотя упорядоченный список и позволяет быстро найти нужный элемент, вставка нового элемента в такой список оказывается слишком сложной.
Наиболее простым и весьма эффективным решением в данной ситуации является использование хэш-очередей.
В первую очередь, для реализации хэширования необходимо определить хэш-функцию следующего вида (0).
( 0 )
где - идентификатор элемента, например, в нашем случае может быть номером дискового блока; - целое число, попадающее в непрерывный интервал .
К хэш-функции предъявляются следующие требования:
функция должна быть легко вычислима на данном типе компьютера;
при последовательном переборе всех возможных аргументов хэш-функции , возвращаемые значения должны примерно равномерно распределяться в диапазоне ;
функция должна обеспечивать однозначное отображение , обратное же отображение может не быть однозначным.
Если - это номера дисковых блоков, то в качестве хорошей хэш-функции может быть использован остаток от деления на . Действительно, остаток от деления легко вычисляется практически на всех типах процессоров, и при этом обеспечивается требуемая равномерность распределения результата в диапазоне .
Сущность хэширования состоит в следующем1. Вместо одного линейного списка элементов, поддерживается независимых списков, которые называются хэш-очередями. Новый элемент с идентификатором включатся в хэш-очередь номер . При этом один и тот же элемент может попасть только в одну из хэш-очередей, т.к. отображение является однозначным, но в одну и ту же хэш-очередь могут быть отображены различные элементы.
Если хэш-функция обеспечивает равномерное распределение элементов по хэш-очередям, то при поиске элемента потребуется просмотреть в среднем в раз меньше элементов, чем при использовании линейной очереди. При достаточно большом числе , время поиска становится вполне приемлемым, а сложность реализации и расход памяти на хранение данных практически не возрастают.
На рис. 43 показан пример хэширования последовательности 1, 7, 12, 15, 38, 31, при и при использовании в качестве хэш-функции остатка от деления.
Как уже отмечалось, блок дискового кэша может одновременно включаться в две очереди: хэш-очередь и очередь свободных блоков кэша. Кроме того, для проверки соответствия дискового блока и блока дискового кэша, необходим идентификатор, в качестве которого наиболее удобно использовать номер дискового блока. Кроме того, необходимы битовые флаги для отслеживания состояния блока дискового кэша.
Рис.43. Пример структуры хэш-очередей