Операционные системы

ВЯТСКИЙ

СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ

__________________________________________

Кафедра Информатики и вычислительной техники

 

 

Операционные системы

 

Методические указания

По самостоятельной работе студентов

 

Киров

 

Печатается по решению кафедры Информатики и вычислительной техники, протокол № 2 от 17 октября 2008 г.

 

Операционные системы: Методические указания по самостоятельной работе студентов / Сост. В.С. Князьков. – Киров: ВСЭИ, 2008. – 26 с.

 

 

Методические указания разработаны в соответствии с учебной программой дисциплины «Операционные системы» и предназначены для студентов, обучающихся по направлению Информатика и вычислительная техника

 

Вятский социально-экономический институт (ВСЭИ), 2008

Целью дисциплины «Операционные системы, среды и оболочки» является изучение особенностей построения операционных систем, их основных компонентов,… Для студентов заочной формы обучения основной в учебной деятельности является… Средством контроля знаний студентов-заочников является контрольная работа, в которой студент должен показать усвоенные…

Исходные данные и варианты

Исходные данные для выполнения контрольной работы по вариантам сформулированы в таблицах 1 – 4 и определяются в соответствии с вариантом задания. Вариант задания определяется преподавателем.

По варианту задания из таблиц 1-4 необходимо самостоятельно выбрать нужные характеристики и параметры обслуживаемых в однопроцессорной системе процессов и сформировать исходные данные для выполнения заданий контрольной работы.

1. По таблице № 1 в соответствии с номером варианта определяются номера и интенсивности потоков процессов, поступающих на обслуживание в однопроцессорную систему. При выполнении работы принимается, что структура системы имеет вид, приведенный на рис. 1.

 

 

2. По таблице 2 определяются параметры обслуживаемых потоков процессов, определенных ранее по таблице 1 .

a) Q _i - среднее количество вычислительных операций, выполненных в системе при обслуживании i – процесса.

b) Определяются номера файлов данных, к которым выполняется обращение при обслуживании процесса. Например, для варианта 1 это будут файлы данных F1, F2, F7 и F8.

с) Определяется среднее число обращений N _{i, j} к файлам данных.

3. По таблице 3 определяются характеристики операций обращения к файлам данных, определенных для варианта задания в таблице 2.

a) V _Fi - средний объем данных, передаваемых от /к ВЗУ при выполнении одного обращения к файлу данных F_i .

b) G _Fi - средний объем данных, передаваемых при выполнении одной операции ввода/вывода от/к ВЗУ.

4. По таблице 4 определяются характеристики накопителей ВЗУ тип обращения к файлу данных - над данными выполняется операция ввода или операция вывода. Среднее время выполнения одной операции ввода и вывода определяется величиной J _Fi .

Данные, выбранные из таблиц 1-4 по заданному варианту, являются исходными данными для выполнения заданий по контрольной работе № 1. Эти данные должны быть представлены в отчете по контрольной работе в табличном виде.

Таблица № 1

Интенсивности поступления потоков обслуживаемых процессов

 

№ варианта задания	№ потока	Интенсивность потока	№ потока	Интенсивность потока	№ потока	Интенсивность потока	№ потока	Интенсивность потока	№ потока	Интенсивность потока
[1/c ]	[1/c ]	[1/c ]	[1/c ]	[1/c ]
		0,50		0,10		0,05		0,05		0,05
		0,45		0,30		0,10		0,05		0,05
		0,40		0,20		0,05		0,10		0,05
		0,35		0,25		0,05		0,05		0,10
		0,30		0,30		0,10		0,10		0,05
		0,25		0,35		0,10		0,05		0,10
		0,20		0,40		0,05		0,05		0,20
		0,15		0,45		0,15		0,05		0,10
		0,10		0,50		0,25		0,05		0,05
		0,05		0,55		0,20		0,10		0,05
		0,50		0,10		0,10		0,10		0,15
		0,45		0,15		0,30		0,05		0,05
		0,4		0,20		0,15		0,15		0,10
		0,35		0,25		0,10		0,20		0,10
		0,30		0,30		0,15		0,05		0,20
		0,25		0,35		0,10		0,05		0,25
		0,20		0,40		0,05		0,15		0,25
		0,15		0,45		0,15		0,15		0,15
		0,10		0,50		0,25		0,10		0,15
		0,05		0,55		0,25		0,15		0,10
		0,50		0,10		0,30		0,05		0,15
		0,45		0,15		0,25		0,10		0,20
		0,40		0,20		0,15		0,05		0,35
		0,35		0,25		0,10		0,15		0,30
		0,30		0,30		0,20		0,20		0,20

 

Таблица 2

Параметры обслуживаемых процессов

№ процесса	Среднее количество вычислительных операций, выполняемых при обслуживания процесса [Мфлоп]	Среднее число операций обращения к файлам данных при обслуживании процесса (N i j )
Номера файлов, к которым выполняется обращение
F 1	F 2	F 3	F 4	F 5	F 6	F 7	F 8	F 9	F 10
				-	-	-	-			-	-
		-				-	-	-	-		-
		-	-		-		-	-	-	-
				-	-	-		-		-	-
		-			-		-		-	-	-
			-		-	-		-	-
			-	-		-	-		-		-
		-			-		-	-		-
				-		-	-	-	-	-
		-		-	-	-			-		-
			-			-	-	-
				-	-		-		-		-
		-			-	-		-		-	-
			-			-	-		-		-
		-			-	-		-		-
		-					-		-		-
				-		-		-	-	-
			-		-		-	-	-
		-		-		-	-		-	-
			-		-			-		-	-

Таблица 3

Характеристики операций обращения к файлам данных

№ файлов данных	Объем данных, передаваемых при выполнении одной операции обращения к файлу данных V FI [ Мбайт ]	Средний объем данных, передаваемых при выполнении одной операции ввода/вывода G FI [Кбайт]
F1	0.5
F2	1.0
F3	1.0
F4	1.5
F5	1.5
F6	2.0
F7	2.5
F8	3.0
F9	4.0

 

Таблица 4

Характеристики накопителей внешней памяти

№ файла данных	Среднее время выполнения одной операции ввода/вывода данных J FI [мкc/ оп.]
Тип накопителя ВЗУ, на котором размещены файлы данных
НМД 1	НМД 2
F 1	1,0	-
F 2	-	0,10
F 3	2,0	-
F 4	-	0,05
F 5	3,0	-
F 6	-	0,06
F 7	2,5	-
F 8	-	0,13
F 9	2,5	-
F 10	-	0,12

 

Методические указания к выполнению контрольной работы

При исследовании предлагается использовать математический аппарат аналитического моделирования, разработанный в теории массового обслуживания. Результаты математического моделирования должны быть представлены графиками… При построении зависимости w = f (V п) значение V п должно варьироваться в пределах от 10 5 оп/c до 10 12 оп/c .…

Порядок выполнения программы исследований

При использовании бесприоритетных дисциплин обслуживания процессы, поступающие на обработку в систему, не имеют привелигий, все процессы –… а) процессы принимаются для обслуживания в порядке их поступления в очередь –… б) процессы принимаются для обслуживания в порядке обратном порядку их поступления в очередь – бесприоритетная…

Основная литература

1. Олифер В.Г.. Олифер Н.А. Сетевые операционные системы. – СПб.: Питер, 2005. – 573 с.

2. Пратыка Т.Л., Попов И.И. Операционные системы, среды и оболочки: Учебное пособие. - М.: ФОРУМ-ИНФРА-М, 2006. – 400 с.

3. Столингс В. Операционные системы, 4-е издание.: Пер. с англ. - М: Издательский дом «Вильямс», 2002. – 848 с.

4. Таненбаум Э. Современные операционные системы. - СПб: Питер, 2007. -1038 с.

Дополнительная литература

 

1. Байцер Б. Микроанализ производительности вычислительных систем. – М.: Радио и связь, 1983. – 360 с.

2. Дейтел Г. Введение в операционные системы. В 2-х томах, пер. с англ. - М.: Мир. - 1987.

3. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. - М.: Мир, 1979. - 600 с.

4. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. - М.: Машиностроение, 1979. – 432 с.

5. Основы современных операционных систем: Учебное пособие / Зорин А.А., Коньков К.А., Пер Ю.С., и др. - М.: МФТИ, 1998.

6. Ресурсы Microsoft Windows 95. В 2-х томах. Пер. с англ. - М.: Издательский отдел «Русская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1996.

7. Рихтер Дж. Windows для профессионалов: Программирование для Windows 95 и Windows NT 4 на базе Win32 API. Пер с англ. - М.: Издательский отдел «Русская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1997.

8. Системное программное обеспечение / Гордеев А.В., Молчанов А.Ю. – СПб.: Питер, 2001. – 736 с.

9. Солтис Ф.Дж. Основы AS/400. Пер. с англ., 2-е изд. - М.: Издательский отдел «Русская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1998.

10. Толковый словарь по вычислительным системам: под ред. В.Иллингуорта, Э. Глейзера, И. Пайла. Пер. с англ. - М.: Машиностроение, 1989.

11. Фролов А.В., Фролов Г.В. Операционная система IBM OS/2 Warp. - М.: Диалог-МИФИ, 1996.

Приложение 1

Пример оформления

ВЯТСКИЙ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ

Факультет Информационных технологий

Кафедра Информатики и вычислительной техники

Контрольная работа

По дисциплине

«Операционные системы, среды и оболочки»

Вариант 25

Выполнил: ст.гр. Ис-13

Сидоров В.В.

Проверил: Волченская Т.В.

 

 

Киров

 

Приложение 2

СОДЕРЖАНИЕ

	1. Задание по варианту контрольной работы
	2. Цель работы и задачи исследования
	3. Основные результаты исследований
	4. Заключение и выводы

Задание для контрольной работы

Заключается в оценке и исследовании дисциплин обслуживания потоков процессов при планировании их исполнения на основе бесприоритетных дисциплин обслуживания, дисциплин с относительными и абсолютными приоритетами, а также дисциплин циклического обслуживания процессов в групповом режиме.

Исходные данные для выполнения контрольной работы сформулированы в таблицах 1 – 4.

Таблица 1

Интенсивности поступления потоков обслуживаемых процессов

№ потока
Интенсивность потока [1/c ]	0,15	0,45	0,15	0,05	0,10

Таблица 2

Параметры обслуживаемых процессов

№ процесса	Среднее количество вычислительных операций, выполняемых при обслуживании процесса [Мфлоп]	Среднее число операций обращения к файлам данных при обслуживании процесса (N i j )
Номера файлов, к которым выполняется обращение
F 1	F 2	F 3	F 4	F 5	F 6	F 7	F 8	F 9	F 10
				-	-	-	-			-	-
		-			-		-	-		-
		-		-	-	-			-		-
		-			-	-		-		-	-
			-		-		-	-	-

 

 

Таблица 3.Характеристики накопителей внешней памяти

№ файла данных	Среднее время выполнения одной операции ввода/вывода данных J FI [мкc/ оп.]
Тип накопителя ВЗУ, на котором размещены файлы данных
НМД 1	НМД 2
F 1	1,0	-
F 2	-	0,10
F 3	2,0	-
F 5	3,0	-
F 6	-	0,06
F 7	2,5	-
F 8	-	0,13
F 9	2,5	-
F 10	-	0,12

Таблица 4. Характеристики операций обращения к файлам данных

№ файлов данных	Объем данных, передаваемых при выполнении одной операции обращения к файлу данных V FI [ Мбайт ]	Средний объем данных, передаваемых при выполнении одной операции ввода/вывода G FI [Кбайт]
F1	0.5
F2	1.0
F3	1.0
F5	1.5
F6	2.0
F7	2.5
F8	3.0
F9	4.0
F10	3.0

 

1. По таблице № 1 в соответствии с номером варианта определяются номера и интенсивности потоков процессов, поступающих на обслуживание в однопроцессорную систему. При выполнении работы принимается, что структура системы имеет вид, приведенный на рис. 1.

 

 

 

2. По таблице 2 определяются параметры обслуживаемых потоков процессов, определенных ранее по таблице 1 .

a) Q _i - среднее количество вычислительных операций, выполненных в системе при обслуживании i – процесса.

b) Определяются номера файлов данных, к которым выполняется обращение при обслуживании процесса. Например, для варианта 1 это будут файлы данных F1, F2, F7 и F8.

с) Определяется среднее число обращений N _{i, j} к файлам данных.

 

3. По таблице 3 определяются характеристики операций обращения к файлам данных, определенных для варианта задания в таблице 2.

a) V _Fi - средний объем данных, передаваемых от /к ВЗУ при выполнении одного обращения к файлу данных F_i .

b) G _Fi - средний объем данных, передаваемых при выполнении одной операции ввода/вывода от/к ВЗУ.

 

4. По таблице 4 определяются характеристики накопителей ВЗУ тип обращения к файлу данных - над данными выполняется операция ввода или операция вывода. Среднее время выполнения одной операции ввода и вывода определяется величиной J _Fi .

 

В качестве более точной математической модели исследуемой однопроцессорной системы предлагается рассмотреть трехкомпонентную стохастическую сеть одноканальных СМО с бесприоритетной дисциплиной FIFO обслуживания очереди процессов (рисунок 2). В этом случае каждая из СМО сети моделирует соответствующий ресурс системы – процессор, ВЗУ1 и ВЗУ2.

Для полного определения этой модели необходимо знать вероятности переходов процессов между СМО сети при их обслуживании в системе.

В качестве модели процесса организации обслуживания процессов в стохастической сети СМО предлагается модель, показанная на рисунке 2, в виде графа Маркова.

В этом случае вероятности переходов процессов для обслуживания между СМО сети определяются по выражению (1):

 

(1)

 

где - количество переходов процесса из i–состояния обслуживания в j-ое состояние,

- количество переходов процесса при его обслуживании в состояние j из всех других состояний.

В результате определения значений строится аналитическая модель обслуживания процессов в системе, представляемой системой линейных уравнений. Определяются интенсивности l_i поступления процессов на обслуживания в каждый модуль системы.

 

Рис. 2

 

 

Рис. 3

 

 

 

В результате решения системы уравнений определяются интенсивности поступления процессов l_i на обслуживание в каждый из ресурсов системы – интенсивность поступления процессов на обслуживание в процессор, ВЗУ1 и ВЗУ2.

где l₁ , l₂ , l₃ – интенсивности поступления запросов соответственно на процессор, ВЗУ 1, ВЗУ 2.

 

Определение значений интенсивностей l_i дает возможность выполнить более точное построение графиков зависимостей времени ожидания w и времени обслуживания u от варьируемых параметров J_i для бесприоритетной дисциплины FIFO обслуживания процессов.

При построении зависимостей при расчетах также используется выражение

 

 

	m
w к =	S I = 1	lIiJi ( 1 + n 2 I ) 2 ( 1 - R )

 

m – количество ресурсов в системе, w _к - длительность ожидания обслуживания для к-ого потока.

Следует учесть, что длительность обслуживания процесса u_i в системе в данном случае будет определяться выражениями:

 

,

.

где M – количество исполняемых в системе процессов,

k – количество ресурсов в системе, используемых при обслуживании процесса,

w_j - длительность ожидания i-го процесса обслуживания в j-ом ресурсе системы,

J_j - длительность обслуживания i-го процесса в j-ом ресурсе системы.

 

Цель работы и задачи исследования

Цель: Исследование методов планирования и управления процессами в однопроцессорных системах.

Основной задачей исследования является изучение и оценка характеристик и способов планирования и дисциплин обслуживания потоков процессов исполняемых в однопроцессорных вычислительных системах.

 

Основные результаты исследований

   

Заключение и выводы

 

В результате выполнения контрольной работы были изучены методы планирования и управления процессами в однопроцессорных системах, построены графики зависимости времени ожидания и длительности обслуживания процессов в системе при различных значениях коэффициента вариации и различных производительностях процессора.

Проанализировав результаты, можно сделать следующие выводы:

- зависимость времени ожидания и длительности обслуживания от производительности процессора носит экспоненциальный характер.

- увеличение производительности процессора после определенной величины не эффективно, так как время обращения к ВЗУ остается прежним, и обращение к файлам будет сдерживать увеличение быстродействия системы в целом.

 

 

 

Князьков Владимир Сергеевич

Операционные системы

 

Методические указания

 

Ответственный за выпуск: Волченская Т.В.

Технический редактор: Александрова Н.С.

Корректор: Журавлева О.Н.

 

Издательский орган ВСЭИ

610002 Киров, Большевиков, 91А

тел/факс. 67-02-35

 

Подписано в печать «__» ___________20__ г.

 

Тираж _____ экз.

Отпечатано на ризографе ВСЭИ