Системне програмне забезпечення (стр. 1 из 7)

Системне програмне забезпечення

(реферат)

1. Поняття обчислювального процесу і ресурсу

Поняття “процес” є одним основним при розгляді операційних систем. Послідовний процес (який іноді називається задачею) – це виконання окремої програми з її даними на послідовному процесорі.

Прикладом можуть бути: редагування тексту, трансляція програми, її компоновка, виконання.

І ще одне поняття є основним при розгляді ОС. Це “ресурс”.

Термін ресурс застосовується по відношенню до повторно використовуваних, відносно стабільних і часто невистачаючих об’єктах, які запитуються, використовуються і звільняються процесами в період їхньої активності. Іншими словами – ресурсом називається будь-який об’єкт, який може розподілятися всередині системи.

Ресурси можуть бути поділюваними, коли декілька процесів можуть їх використовувати одночасно (в один і той момент часу) або паралельно (на протязі деякого інтервалу часу процеси використовують ресурс поперемінно), а можуть бути неподільними.

Існують наступні режими організації обчислювального процесу:

пакетний режим;

режим розподілу часу (РРЧ);

режим реального часу.

Пакетний режим.

Системи пакетної обробки призначались для рішення задач здебільше обчислювального характеру, які не вимагають швидкого отримання результатів.

На початку роботи формується пакет завдань. Кожне завдання містить вимоги до системних ресурсів. Із даного пакету формується мультипрограмна суміш, тобто множина одночасно виконуваних задач (у відповідності до розподілу між ресурсами).

Характеризується максимальною пропускною здатністю та максимальною завантаженістю процесора та оперативної пам’яті. В цьому режимі користувач не має безпосереднього доступу до ЕОМ (саме під час виконання пакету програм).

Режим розподілу часу (РРЧ). В цьому режимі кожен користувач (а їх декілька) має безпосередній доступ до ЕОМ через свій термінал. Мета цього режиму – обслужити кожного користувача, забезпечивши йому допустимий час реакції ЕОМ на його запити.

В системах розподілу часу кожному користувачеві надається термінал, з якого він може вести діалог зі своєю програмою. Кожній задачі виділяється квант процесорного часу і жодна програма не займає CPU надовго. Це зручно для роботи користувача.

Кожній програмі, що готова до виконання, планується для виконання на процесорі фіксований, наперед визначений інтервал часу (інтервал мультиплексації). Програма, котра розпочне виконуватись на цьому інтервалі, може бути до кінця не виконаною в момент завершення інтервалу. Тоді її виконання примусово переривається і програма переводиться у стан очікування, що рівносильно розміщенню її у кінці черги серед готових до виконання завдань. Із початку цієї черги береться інша програма, на яку знов планується фіксований інтервал. І все повторюється знов.

Режим реального часу

Системи реального часу призначені для керування тих об’єктів, для яких існує обмежений допустимий час, в межах якого задача має бути виконана (Напр. керування супутником, науковим експериментальним обладнанням…)

Критерій ефективності – здатність витримати наперед задані інтервали часу між запуском програми та отриманням результатів).

Цей час називають реакцією системи, а відповідну властивість системи – реактивністю.

Контроль та керування відбувається в темпі, що узгоджений із швидкістю подачі даних від об’єкта керування. На обробку даних накладаються певні часові обмеження. Тому такий режим організації обчислювального процесу називають режимом реального часу і його організація надається спеціалізованій ОС.

Деякі ОС можуть суміщати властивості систем різних типів, тоді один з режимів буде називатися фоновим.

Діаграма станів процесу

Якщо розглядати не тільки звичайні ОС загального застосування, а й, наприклад, ОС реального часу, то можна сказати, що процес може знаходитися в активному та пасивному станах. В активному стані процес може брати участь в конкуренції за використання ресурсів обчислювальної системи, а в пасивному – він тільки відомий системі, але в конкуренції не приймає участь. В свою чергу, активний процес може бути в одному із наступних станів:

виконання – всі ресурси, які вимагає процес виділені. В цьому стані в кожний момент часу може знаходитися тільки один процес, якщо мова йде про однопроцесорну обчислювальну систему;

готовностідо виконання – ресурси можуть бути надані, коли процес перейде стан виконання;

блокування або очікування – ресурси, які вимагаються не можуть бути надані, або не закінчена операція введення/виведення.

В звичайних ОС процес з’являється при запуску програми. ОС організує (породжує або виділяє) для нового процесу відповідний дескриптор процесу, і процес (задача) починає розвиватися (виконуватися). Тому пасивного стану не існує. В ОС реального часу ситуація інша. Звичайно при проектуванні систем реального часу заздалегідь відомий склад програм (задач) , які будуть виконуватися. Відомі і їх параметри, які необхідно враховувати при розприділенні ресурсів (напр. об’єм пам’яті, пріоритет, середня тривалість виконання, файли, які відкриваються…). Тому для них заздалегідь відводять дескриптори задач, щоби потім не витрачати дорогоцінний час на організацію дескриптора та пошук для нього необхідних ресурсів. Таким чином, в ОСРЧ багато процесів (задач) може знаходитись в стані бездії, що ми відобразили на мал., відділив цей стан від інших станів пунктиром.

За час існування процес може багато разів переходити з одного стану в інший. Це обумовлено звертаннями до операційної системи с запитами ресурсів та виконання системних функцій, які надає ОС, взаємодією з іншими процесами, появою сигналів переривання від таймера, каналів і пристроїв введення/виведення, а також інших пристроїв. Можливі переходи процесу із одного стану в інший відображені у вигляді графа на мал. Розглянемо ці переходи з одного стану в інший більш детально.

Рис. 1 Граф станів процесу

Процес із пасивного стану може перейти в стан готовності в наступних випадках:

по команді оператора (користувача). Має місце в тих ОС, де програма може мати статус задачі (і при цьому бути пасивною), а не просто бути виконуваним файлом і тільки на час виконання отримувати статус задачі (як в більшості сучасних ОС для ПК);

при виборі з черги планувальником (характерно для ОС, які працюють в пакетному режимі);

по виклику з іншої задачі (шляхом звернення до супервізору один процес може створювати, ініціювати, призупинити, зупинити, знищити інший процес);

по перериванню від зовнішнього ініціативного пристрою;

при настанні запланованого часу запуску програми.

Останні два способи запуску задачі, при яких процес із стану бездіяльності переходить у стан готовності, характерні для ОС реального часу.

Процес, який може виконуватися, як тільки йому буде наданий процесор, знаходиться у стані готовності. Вважається, що такому процесу уже виділені всі необхідні ресурси за винятком процесорного часу.

Із стану виконання процес може вийти по одній із наступних причин:

процес завершується, при цьому він за допомогою звернення до супервізору передає керування операційній системі і повідомляє про своє завершення. В результаті цих дій супервізор або передає його в список бездіяльних (пасивних) процесів, або знищує. В пасивний стан процес може бути переведений примусово: по команді оператора або шляхом звернення до супервізору операційної системи з іншої задачі з вимогою зупинити даний процес;

процес переводиться супервізором операційної системи в стан готовності до виконання в зв’язку з появою більш пріоритетної задачі або в зв’язку із закінченням наданого йому кванту часу;

процес блокується (переводиться в стан очікування) або внаслідок запиту операції введення/виведення (яка повинна бути виконана перед тим чим як він зможе продовжити виконання), або в силу неможливості надати йому ресурс, які необхідний йому в даний час, а також по команді оператора.

При настанні відповідної події (закінчилась операція вв/вив, звільнився необхідний ресурс і.т.д.) процес деблокується і переходить в стан готовності до виконання.

2. Планування і диспетчеризація процесів і задач в ОС

Стратегії планування

Стратегія планування визначає, які процеси ми плануємо на виконання для того, щоб досягти поставленої мети. Є велика кількість стратегій вибору процесу, але серед них найчастіше виділяють наступні:

По можливості закінчувати обчислення в тому ж порядку, в якому вони були отримані;

Надавати перевагу більш коротким процесам;

Надавати усім користувачам (процесам) однакові послуги, в тому числі однаковий час очікування.

Дисципліни диспетчеризації

Відома велика кількість правил (дисциплін диспетчеризації), у відповідності з якими формується список (черга) готових до виконання задач. Розрізняють два великих класи дисциплін обслуговування — безпріоритетні і пріоритетні. При безпріоритетному обслуговуванні вибір задачі відбувається в деякому заздалегідь установленому порядку без обліку їхньої відносної важливості і часу обслуговування. При реалізації пріоритетних дисциплін обслуговування окремим задачам дається переважне право потрапити в стан виконання.

Існуючі дисципліни диспетчеризації процесів можуть бути розбиті на два класи — витісняючі (preemtive) і невитісняючі (non-preemptive).

Невитісняюча багатозадачність- тобто диспетчеризація без перерозподілу процесорного часу. При такому способі активний процес виконується до тих пір, поки він самий не віддасть керування диспетчеру задач для вибору з черги іншого, готового до виконання завдання.