Взаимоблокировка

Когда взаимодействуют два или более процессов, они могут попадать в потовые ситуации, из которых невозможно выйти без посторонней помощи. Такая ситуация называется тупиком, тупиковой ситуацией или взаимоблокировкой.

Тупиковую ситуацию легче всего представить с помощью примера из реального мира, с которым знаком каждый, — это пробки на дорогах. Обсудим ситуацию на рис. 1.13, а. Четыре автобуса приближаются к перекрестку. За каждым автобусом есть еще машины (они не показаны на рисунке). При определенном невезении первые четыре автобуса прибудут на перекресток одновременно, что приведет к ситуации, показанной на рис. 1.13, б. Все автобусы заблокировали друг друга, поскольку ни один автобус не может двигаться вперед. Каждый автобус блокирует остальные. При этом они не могут двигаться назад, потому что за ними есть еще автобусы. И нет простого способа выпутаться из этой ситуации.

Компьютерные процессы могут попадать в аналогичные ситуации, в которых они не могут продвигаться дальше и ОС должна уметь обеспечить возможности предотвращения подобных случаев.

Управление памятью

В каждом компьютере есть оперативная память, используемая для хранения выполняющихся программ. В очень простых операционных системах в конкретный момент времени в памяти может находиться только одна программа. Для запуска второй программы сначала нужно удалить из памяти первую и загрузить на ее место вторую.

Память в компьютерах имеет иерархическую структуру. Небольшая часть ее представляет собой очень быструю, дорогую, энергозависимую (то есть теряющую информацию при выключении питания) кэш-память. Кроме того, компьютеры обладают десятками мегабайт среднескоростной, имеющей среднюю цену, также энергозависимой оперативной памяти ОЗУ (RAM) и десятками или сотнями гигабайт медленного, дешевого, энергонезависимого пространства на жестком диске. Одной из задач операционной системы является координация использования всех этих составляющих памяти.

Часть операционной системы, отвечающая за управление памятью, называется модулем управления памятью или менеджером памяти. Он следит за тем, какая часть памяти используется в данный момент, а какая — свободна; при необходимости выделяет память процессам и по их завершении освобождает ресурсы; управляет обменом данных (последняя операция называется подкачкой данных с диска или свопингом (swapping)) между оперативной памятью и диском, если память слишком мала для того, чтобы вместить все процессы.

Системы управления памятью можно разделить на два класса: перемещающие процессы между оперативной памятью и диском во время их выполнения (то есть осуществляющие подкачку процессов целиком (swapping) или использующие страничную подкачку (paging)) и те, которые этого не делают.

Следует помнить, что обычный и постраничный варианты подкачки в значительной степени являются искусственными процессами, вызванными отсутствием достаточного количества оперативной памяти для одновременного хранения всех программ. Если же когда-нибудь оперативная память настолько увеличится в размерах, что ее будет достаточно, аргументы в пользу той или иной схемы управления памятью могут стать устаревшими.