- •Билет 1
- •1. Основы ос Unix, возможности, стандартизация (1) – 4
- •Отличительные черты ос unix
- •2. Взаимодействие процессов. Задача взаимного исключения. Вариант 4 (1, 16, 18) – 146
- •3. Последовательность действий по преобразованию адреса в защищенном режиме
- •Билет 2
- •1. Понятие системного вызова в ос unix. Обработка ошибок (2) – 9
- •Обработка ошибок
- •Void perror (s)
- •Void perror (const char *s);
- •2. Взаимодействие процессов. Задача взаимного исключения. Вариант 2 (2, 6, 15, 27) – 143
- •3. Особенности современных операционных систем (2, 28) – 122
- •Концепция ос на основе микроядра
- •Многопоточность
- •Cимметричная многопроцессорность.
- •Распределенные ос
- •Int chmod(const char *path, mode_t mode);
- •Int fcmod(int fd, mode_t mode);
- •2. Взаимодействие процессов. Задача взаимного исключения. Вариант 3 (3, 28) – 144
- •3. Концепция слоистой операционной системы и системы на основе микроядра.
- •Билет 4
- •1. Владельцы файлов. Права доступа к файлам. Атрибуты файлов (4, 18) – 23
- •Атрибуты файла
- •Int chmod(const char *path, mode_t mode);
- •Int fcmod(int fd, mode_t mode);
- •Int chown (const char *path, uid_t owner, gid_t group);
- •Int lchown (const char *path, uid_t owner, gid_t group);
- •Int fchown (int fd, uid_t owner, gid_t group): ,
- •2. Взаимодействие процессов. Задача взаимного исключения. Вариант 1 (4, 26) – 142
- •3. Функции микроядра (4, 12, 15, 27) – 126
- •Билет 5
- •1. Неименованные каналы в ос unix (5) – 77
- •Int pipe(int fd[2]);
- •2. Взаимодействие процессов. Задача взаимного исключения. Алгоритм Деккера (5) – 147
- •3. Понятие процесса, модели процессов (5) – 132
- •Билет 6
- •Метаданные файлов в ос unix (7) – 36
- •Int stat(const char *path, struct stat *buf);
- •Int fstаt(int fd, struct stat *buf);
- •Int lstat(const char *path, struct stat *buf);
- •2.Взаимодействие последовательных процессов. Задача взаимного исключения. Вариант2.
- •3. Описание процесса, таблица процесса (6) – 136
- •Билет 7
- •1. Процессы в ос unix. Типы процессов. (7, 23) – 56
- •2. Синхронизирующие примитивы. Решение задачи взаимного исключения с использованием семафоров (7, 8, 19, 20) - 152
- •3. Принципы построения ос (7, 19, 26) – 128
- •Билет 8
- •1. Атрибуты процессов в unix (8) – 66
- •2.Применение общего семафора для решения задачи "производитель-потребитель" с неограниченным буфером.
- •3. Концепция потока, как составной части процесса (8) – 139
- •Билет 9
- •1. Разработка программ в ос unix. Обработка ошибок, переменные окружения (9)
- •Int putenv(const char *string);
- •Int setenv(const char * name, const char * value, int ov );
- •Int unsetenv(const char * name);
- •Обработка ошибок
- •Void perror (const char *s);
- •2. Применение двоичных семафоров для решения задачи «производитель» - «потребитель» (буфер неограниченный) (9, 21)
- •3. Концепция виртуализации (9, 17) –
- •Билет 10
- •1. Файлы, отображаемые в память (10) – 33
- •Void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
- •2. Применение семафоров для решения задачи «производитель» - «потребитель» с неограниченным буфером. Решение «спящий парикмахер». (10, 22) – 155
- •3. Подсистема управления памятью, требования, предъявляемые к ней (10)
- •1. Процессы в ос unix. Порождение процесса (11, 25) – 57
- •2. Применение общих семафоров для решения задачи «производитель-потребитель» с ограниченным буфером (11, 23) – 157
- •3. Виртуальная память. Задачи управления виртуальной памятью (11, 25)
- •Билет 12
- •1. Сигналы в ос unix. Их назначение и обработка (12) – 70
- •Void (*sa_handler)(int);
- •Void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
- •Int sa_flags;
- •Int pause (void);
- •2. Взаимодействие процессов через переменные состояния. Пример приоритетного правила (12) – 157
- •3. Функции микроядра (4, 12, 15, 27) – 126
- •Билет 13
- •1. Функции для работы с сигналами (13) – 70
- •Void (*sa_handler)(int);
- •Void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
- •Int sa_flags;
- •Int pause (void);
- •Наборы сигналов
- •Блокировка сигналов
- •Int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t, *oldset);
- •Int sigaсtion(int signo, const struct sigactoin *act, struct sigaction *oldact);
- •Void my_handler(int signo)
- •Void my_handler(int signo, siginfo_t *si, void ucontext )
- •2. Проблема тупиков. Алгоритм банкира (13)
- •3. Задача замещения при управлении виртуальной памятью, часовой алгоритм.
- •Билет 14
- •Int chmod(const char *path, mode_t mode);
- •Int fcmod(int fd, mode_t mode);
- •2. Задача взаимного исключения. Алгоритм Петерсона (14, 25) – 148
- •3.Распределение памяти. Система двойников.
- •Система двойников при распределении памяти.
- •Билет 15
- •1. Файловая система в ос unix ext2 (15) – 51
- •Организация файловой системы ext2
- •2. Взаимодействие процессов. Задача взаимного исключения. Вариант 2 (2, 6, 15, 27) – 143
- •3. Функции микроядра (4, 12, 15, 27) – 126
- •Билет 16
- •1.Каналы в ос unix (16) – 80
- •Int pipe(int fd[2]);
- •Int mkfifo(const char *pathname,mode_t mode);
- •Размер канала и взоимодействие процессов при передаче данных
- •2. Взаимодействие процессов. Задача взаимного исключения. Вариант 4 (1, 16, 18) – 146
- •3. Организация защиты в процессорах ia32
- •Билет 17
- •1. Процессы в ос unix, системные вызовы wait, exit (17) – 60, 63
- •Void _exit(int exit_code);
- •Void exit(int status);
- •Int atexit(void(*func)(void));
- •2. Монитороподобные средства синхронизации для решения задачи взаимного исключения (17) – 160
- •Механизм типа «условная критическая область»
- •3. Концепция виртуализации
- •Билет 18
- •1. Владельцы файлов. Права доступа к файлам. Атрибуты файлов
- •Атрибуты файла
- •Int chmod(const char *path, mode_t mode);
- •Int fcmod(int fd, mode_t mode);
- •Int chown (const char *path, uid_t owner, gid_t group);
- •Int lchown (const char *path, uid_t owner, gid_t group);
- •2. Взаимодействие процессов. Задача взаимного исключения. Вариант 4 (1, 16, 18) – 146
- •3. Схемы распределения памяти
- •Билет 19
- •1. Взаимодействие процессов в ос unix, очереди сообщений (19) – 83
- •Int msgget (key_t key, int permflags);
- •Int msgsnd(int mqid, const void *message, size_t size, int flags);
- •Int msgrcv(int mqid, void *message, size_t size, long msg_type, int flags);
- •Int msgctl(int mqid, int command, struct msqid_ds *msq_stat);
- •2. Синхронизирующие примитивы. Решение задачи взаимного исключения с использованием семафоров (7, 8, 19, 20) - 152
- •3. Принципы построения ос (7, 19, 26) – 128
- •Билет 20
- •1 Взаимодействие процессов в ос unix с применением семафоров (20) – 93
- •V(sem) или signal (sem)
- •Int semget(key_t key, int nsems, int permflags);
- •Int semctl (int semid, int sem_num, int command, union semun ctl_arg);
- •Int semop(int semid, struct sembuf *op_array, size_t num_ops);
- •2. Применение общего семафора для решения задачи "производитель-потребитель" с неограниченным буфером.
- •3. Механизмы поддержки многозадачности в процессорах ia32 (20)
- •Билет 21
- •1. Работа с файлами в ос unix. Системные вызовы (21) – 25
- •Int open(const char *name, int flags);
- •Int open(const char *name, int flags, mode_l mode);
- •2. Применение двоичных семафоров для решения задачи "производитель-потребитель" (буфер неограниченный).
- •3. Страничная организация памяти в процессоре ia32
- •Билет 22
- •1. Взаимодействие процессов в ос unix. Разделяемая память (22) – 100
- •Int shmget(key_t key, size_t size, int permflags);
- •Void *shmat(int shmid, const void *daddr, int shmflags);
- •Int shmctl(int shmid, int command, struct shmid ds *shm_stat);
- •2. Применение семафоров для решения задачи «производитель» - «потребитель» с неограниченным буфером. Решение «спящий парикмахер». (10, 22) – 155
- •3. Организация защиты в процессорах ia32
- •Билет 23
- •1. Процессы в ос unix. Типы процессов. (7, 23) – 56
- •2. Применение общих семафоров для решения задачи «производитель-потребитель» с ограниченным буфером (11, 23) – 157
- •3. Задача замещения при управлению виртуальной памятью, часовой алгоритм.
- •Билет 24
- •1. Понятие потока в ос unix. Создание потока, завершение потока (24) – 106
- •Int pthread_create(pthread_t *tid, const pthread_attr_t *tattr,
- •Void*(*start_routine)(void *), void *arg);
- •Функция для завершения нити (потока) исполнения
- •Int pthread_join(thread_t tid, void **status);
- •Int pthread_detach(thread_t tid);
- •Досрочное завершение потока
- •Int pthread_cancel(pthread_t thread);
- •2. Синхронизирующие примитивы. Решение задачи взаимного исключения с использованием семафоров (7, 8, 19, 20, 24) - 152
- •3. Схемы распределения памяти (18, 24)
- •1. Процессы в ос unix. Порождение процесса (11, 25) – 57
- •2. Задача взаимного исключения. Алгоритм Петерсона
- •3. Виртуальная память. Задачи управления виртуальной памятью (11, 25)
- •Билет 26
- •1. Поток в ос unix. Синхронизация потоков, получение информации о потоке.
- •Int pthread_key_create(pthread_key_t *key, void(*destructor)(void *));
- •Int pthread_setschedparam(pthread_t tid, int policy,
- •Int pthread_getschedparam(pthread_t tid, int policy, struct schedparam *param);
- •Int pthread_sigmask(int how, const sigset_t *new, sigset_t *old);
- •2. Взаимодействие процессов. Задача взаимного исключения. Вариант 1 (4, 26) – 142
- •3. Принципы построения ос (7, 19, 26) – 128
- •Билет 27
- •1. Применение мьютексов при взаимодействии потоков в ос unix.
- •2. Взаимодействие процессов. Задача взаимного исключения. Вариант 2 (2, 6, 15, 27) – 143
- •3. Функции микроядра (4, 12, 15, 27) – 126
- •1. Применение блокировок чтения-записи при взаимодействии потоков в ос unix.
- •2. Взаимодействие процессов. Задача взаимного исключения. Вариант 3 (3, 28) – 144
- •3. Особенности современных операционных систем (2, 28) – 122
- •Концепция ос на основе микроядра
- •Многопоточность
- •Cимметричная многопроцессорность.
- •Распределенные ос
2. Применение двоичных семафоров для решения задачи «производитель» - «потребитель» (буфер неограниченный) (9, 21)
Рассматриваются два процесса, которые называются производитель и потребитель. Оба процесса являются циклическими. Производитель при каждом циклическом повторении участка программы производит отдельную порцию информации, которая должна быть обработана потребителем. Потребитель при каждом повторении обрабатывает следующую порцию информации, выработанную производителем. Отношения производитель-потребитель подразумевают односторонний канал связи, по которому могут передаваться порции информации. С этой целью процессы связаны через буфер неограниченной емкости. То есть, произведенные порции не должны немедленно потребляться, а могут организовывать в буфере очередь. Буфер работает по принципу FIFO. При неограниченном буфере производитель никаких ограничений не имеет, а потребитель может читать данные из буфера только если они там есть. Операции добавления порции к буферу и взятия порции из буфера могут помешать друг другу, если не предусмотреть их взаимное исключение во время исполнения. Этого можно избежать с помощью двоичного семафора. При решении стремятся использовать только двоичные семафоры. В таком случае программа будет выглядеть так:
ЗП - задержка потребителя.
ЧПБ – число порций в буфере.
РБ – работа с буфером.
СЧПБ - счетчик порций в буфере.
begin integer ЧПБ, РБ, ЗП;
ЧПБ := 0; РБ := 1; ЗП := 0;
parbegin
производитель: begin
П1: производство новой порции;
p(РБ)
добавление новой порции в буфер;
ЧПБ := ЧПБ + 1;
If (ЧПБ = 1) then v(ЗП);
v(PБ);
goto П1;
end;
потребитель: begin integer СЧПБ;
ждать: p(ЗП);
продолжить: p(PБ);
взятие порции из буфера;
ЧПБ := ЧПБ - 1;
СЧПБ := ЧПБ;
v(PБ);
обработка взятой порции;
if (CЧПБ = 0) then goto ждать;
else goto продолжить;
end;
parend;
end;
Значение локальной переменной СЧПБ устанавливается при взятии порции из буфера и фиксируется, не была ли эта порция последней. Здесь двоичный семафор РБ решает задачу взаимного исключения при работе с буфером. Введен новый двоичный семафор – задержка потребителя (ЗП). Программа представляет интерес в течение времени, когда буфер пуст. В исходном состоянии семафор ЗП установлен в ноль и открывается производителем только в том случае, когда в пустой буфер записывается порция. Остановка потребителя на семафоре ЗП не блокирует работу с буфером, так как стоит выше операции р(РБ). Смысл ждать есть только в том случае, если буфер пуст.
3. Концепция виртуализации (9, 17) –
Концепция виртуализации рассматривается в ОС как средство уменьшения конфликтов при взаимодействии процессов и распределении ресурсов, облегчая работу пользователя с вычислительной системой при его обращении к тем или иным ресурсам.
Виртуализация достигается на основе централизованной схемы распределения ресурсов. При такой организации работы обеспечиваются две формы виртуализации:
1. Пользователь обеспечивается при обслуживании своего процесса ресурсом, который реально не существует, или существует, но с ухудшенными характеристиками.
2. Для нескольких параллельных процессов создается иллюзия одновременного использования того, что одновременно в реальной системе существовать не может.
Целью виртуализации является предоставление пользователям ресурсов с характеристиками, в наибольшей степени их удовлетворяющими и позволяющими снять ограничения на количество распределяемых ресурсов, что позволяет увеличить скорость развития процесса, организовать более гибкое управление процессами и снять ограничение на их количество.
Виртуализация обеспечивается аппартно-программными средствами.
Примеры виртуализации и виртуальных ресурсов:
1. Построение на основе одного интервального таймера произвольного числа таймеров, которые предоставляются пользователям в монотонное использование.
2. Применение мультиплексных каналов при работе с внешними устройствами. Имеется одно устройство, организующее связь пользовательских программ с внешними устройствами. Для каждого устройства каналом выделяется квант времени. Величина кванта времени для различных устройств может быть разной. Устройствам при таком режиме создаётся видимость, что они непрерывно обмениваются информацией с пользовательскими режимами.
3. Организация на базе одного из устройств, имеющего определенный способ доступа, имитацию работы других устройств с другими способами доступа.
4. Использование так называемых нулевых устройств. Такие устройства реально не существуют, но создаётся видимость их существования. При передаче данных на такое устройство они поглощаются, а при чтении данных с такого устройства сразу выдается признак конца файла.
5. Понятие спулинга при работе с внешними устройствами. При этом каждое внешнее устройство моделируется некоторой областью внешней памяти. Каждая такая область представляет собой буфер между процессом и реальным устройством. Если этот буфер выполняет роль выходного, то в нем накапливаются данные по мере выполнения процессором команд вывода. При этом не производится вывода, но у процесса появляется ощущение, что он что-то вывел. Реальный вывод производится под контролем системы. Входной буфер работает таким же образом. В нем накапливаются данные, вводимые от внешних устройств, а затем эти данные передаются процессу. Типичный пример устройства, в котором применяется спулинг – это устройство печати.
Рассмотренные примеры иллюстрируют возможность построения и использования виртуальных ресурсов. Каждый виртуальный ресурс подобного рода генерируется некоторым процессом. Управление этим процессом осуществляется со стороны ОС, которая в этом смысле выполняет роль распределителя реального ресурса, на базе
которого строится один или несколько виртуальных. Если поддерживается несколько виртуальных ресурсов, то в составе распределения реализуют дисциплины распределения таких ресурсов среди процессов-пользователей.
Одним из наиболее типичных или законченных примеров концепции виртуализации является понятие виртуальной машины. Любая ОС, являясь средством распределения ресурсов, организует по определённым правилам управление процессами на базе скрытой аппаратной части, создавая у пользователя видимость виртуальной машины.
Типичный пользователь видит и использует виртуальную машину как некоторое устройство, способное воспринимать его программы, написанные на определённом языке программирования, выполнять их и выдавать результаты. При таком подходе пользователя не интересует структура машины и способы эффективного использования её составных частей. Пользователь работает с машиной в терминах, применяемых в языке программирования.
Зачастую виртуальная машина, предоставленная пользователю, воспроизводит реальную архитектуру машины, но элементы архитектуры в таком представлении выступают с новыми или улучшенными характеристиками.
Идеальная в представлении пользователя архитектура виртуальной вычислительной машины имеет следующий состав:
– бесконечная по объему память с произвольно выбираемым наиболее удобным для пользователя доступом к объектам, хранимым в памяти
– один или несколько процессоров, способных выполнять действия, выражаемые пользователем в терминах некоторых удобных для него языков программирования
– произвольное количество внешних устройств с удобным способом доступа и предоставление информации, передаваемой через эти устройства или хранимой ими без каких-либо существенных ограничений на объем информации
Концепция виртуализации нашла широкое применение при проектировании и реализации ОС. Наиболее рационально представить структуру системы в виде определенного набора планировщиков процессов и распределителей ресурсов, которые часто называются мониторами.
Монитор – распределитель некоторого ресурса, который может на основании некоторой организации работы обеспечить ту или иную степень виртуализации при распределении эластичного ресурса.
Использование концепции виртуализации положено в основу восходящего метода проектирования и разработки ОС. ОС строится как иерархия вложенных друг в друга виртуальных машин. Низшим уровнем иерархии являются аппаратные средства машины. Следующий уровень – программный. Он совместно с нижним уровнем обеспечивает достижение машиной новых свойств (виртуальная машина I уровня). Относительно этой виртуальной машины разрабатывается новый программный слой, и получается виртуальная машина II уровня. Последовательно наращивая уровни, можно реализовать виртуальную машину с требуемыми свойствами. При этом каждый новый слой позволяет расширить функциональные возможности по обработке данных и позволяет организовать достаточно простой доступ к нижним уровням. Применение метода иерархического построения виртуальных машин позволяет систематизировать проект, повысить надежность сложной программной системы, уменьшить сроки разработки. Однако при этом имеется ряд проблем, основная из них: определение свойств и количества уровней виртуализации и определение правил внесения на каждый уровень необходимых частей ОС.