- •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
Библиографический список
Дейтел Г. Введение в операционные системы / Г. Дейтел; Пер. с англ. М.: Мир, 1987
Столлингс В. Операционные системы / В. Столлингс; Пер. с англ. М.: Издательский дом "Вильямс", 2002.
Таненбаум Э. Операционные системы. Разработка и реализация / Э. Таненбаум; Пер. с англ. СПб.: Питер, 2007.
Вахалия Ю. UNIX изнутри / Ю. Вахалия; Пер. с англ. СПб.: Питер, 2003.
Керниган Б.У. Язык программирования C./ Б.У. Керниган. М: Вильямс, 2005.
Рихтер Дж. Windows для профессионалов: Создание эффективных Win32-приложений с учетом специфики 64-разрядной версии Windows / Дж. Рихтер; Пер. с англ. СПб.: Питер, 2001.
Руссинович М. Внутреннее устройство Microsoft Windows: Windows Server 2003, Windows XP и Windows 2000. / М. Руссович; Пер. с англ. СПб.: Питер, 2005.
Сорокина С.И. Программирование драйверов и систем безопасности: учеб. пособие / С.И. Сорокина. СПб.: БХВ-Петербург, М.: Издатель Молгачева С.В., 2003.
Чан Т. Системное программирование на С++ для UNIX / Т. Чан; Пер с англ. Киев: Издательская группа BHV, 1999.
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ 6
1. УПРАВЛЕНИЕ РЕСУРСАМИ: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 7
2. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ 9
2.1 Состояния процессов и переходы между ними 9
2.2 Стратегии и дисциплины планирования загрузки процессоров 12
Стратегия одинакового среднего времени ожидания 13
Справедливая стратегия 14
Стратегия максимальной пропускной способности 20
Стратегия приоритетного планирования 23
2.3 Планирование в многопользовательской системе – справедливое планирование 31
2.4 Планирование загрузки процессоров в операционных системах реального времени – частотно-монотонное планирование 33
2.5 Планирование загрузки процессоров в многопроцессорных системах 35
Многопроцессорная система с главным процессором 36
Организация с собственным планировщиком для каждого процессора 36
Симметричная многопроцессорная организация (SMP) 37
Стратегия планирования загрузки процессоров в многопроцессорной системе 40
2.6 Синхронизация выполнения процессов 47
Алгоритмы взаимоисключения с активным ожиданием 52
Алгоритмы взаимоисключения с блокировкой процессов 65
Мониторы 73
2.7 Взаимная блокировка процессов (тупики) 79
Необходимые условия возникновения тупика 80
Методы борьбы с тупиками 80
3. УПРАВЛЕНИЕ ПАМЯТЬЮ 88
3.1 Иерархическая модель памяти 89
Оценка среднего времени доступа к данным при использовании многоуровневой модели памяти 91
Локализация ссылок при обращении к памяти 94
3.2 Виртуальная память 96
Предпосылки создания виртуальной памяти 96
Архитектура виртуальной памяти 99
Подсистема трансляции адресов 102
Архитектура виртуального адресного пространства 107
Отображение файла на виртуальное адресное пространство 114
Совместное использование данных в оперативной памяти 114
3.3 Основные стратегии управления памятью 116
Стратегии выборки данных 118
Стратегии размещения данных 119
Стратегии замещения данных 124
3.4 Управление виртуальной памятью 126
Выборка в системе виртуальной памяти 126
Размещение в системе виртуальной памяти 128
Замещение в системе виртуальной памяти 129
Управление резидентным множеством страниц процесса 140
3.5 Оптимизация работы дискового накопителя 151
Оптимизация механических перемещений головок диска 152
Системный дисковый кэш 160
Реализация дискового кэша на основе виртуальной памяти 170
3.6 Надежность операционной системы при использовании системного дискового кэша 171
Буферизация ввода-вывода на пользовательском уровне 172
3.7 Процессорный кэш 175
Отображение участков ОЗУ на процессорный кэш 176
Работа процессорного кэша в режиме записи данных 184
3.8 Динамическое распределение памяти 186
Куча (heap) 187
Алгоритмы динамического распределения памяти 188
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 202
Учебное издание
Савинков Александр Юрьевич
УПРАВЛЕНИЕ РЕСУРСАМИ
В ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ:
ПРОЦЕССОР, ПАМЯТЬ,
СИНХРОНИЗАЦИЯ
В авторской редакции
Компьютерный набор О.С. Платоновой
Подписано к изданию 22.12.2010.
Объем данных 3.51 Мб
ГОУВПО «Воронежский государственный технический
Университет»