Организация программного обеспечения ввода-вывода - раздел Образование, ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ, СРЕДЫ И ОБОЛОЧКИ
Основная Идея Организации Программного Обеспечения Ввода-Выво...
Основная идея организации программного обеспечения ввода-вывода состоит в разбиении его на несколько уровней, причем нижние уровни обеспечивают экранирование особенностей аппаратуры от верхних, а те, в свою очередь, обеспечивают удобный интерфейс для пользователей.
Ключевым принципом является независимость от устройств. Вид программы не должен зависеть от того, читает ли она данные с гибкого диска или с жесткого диска. Очень близкой к идее независимости от устройств является идея единообразного именования, то есть для именования устройств должны быть приняты единые правила.
Другим важным вопросом для программного обеспечения ввода-вывода является обработка ошибок. Вообще говоря, ошибки следует обрабатывать как можно ближе к аппаратуре. Если контроллер обнаруживает ошибку чтения, то он должен попытаться ее скорректировать. Если же это ему не удается, то исправлением ошибок должен заняться драйвер устройства. Многие ошибки могут исчезать при повторных попытках выполнения операций ввода-вывода, например, ошибки, вызванные наличием пылинок на головках чтения или на диске. И только если нижний уровень не может справиться с ошибкой, он сообщает об ошибке верхнему уровню.
Еще один ключевой вопрос – это использование блокирующих (синхронных) и неблокирующих (асинхронных) передач. Большинство операций физического ввода-вывода выполняется асинхронно – процессор начинает передачу и переходит на другую работу, пока не наступает прерывание. Пользовательские программы намного легче писать, если операции ввода-вывода блокирующие – после команды READ программа автоматически приостанавливается до тех пор, пока данные не попадут в буфер программы. ОС выполняет операции ввода-вывода асинхронно, но представляет их для пользовательских программ в синхронной форме.
Последняя проблема состоит в том, что одни устройства являются разделяемыми, а другие – выделенными. Диски – это разделяемые устройства, так как одновременный доступ нескольких пользователей к диску не представляет собой проблему. Принтеры – это выделенные устройства, потому что нельзя смешивать строчки, печатаемые различными пользователями. Наличие выделенных устройств создает для ОС ряд проблем.
Для решения поставленных проблем целесообразно разделить программное обеспечение ввода-вывода на четыре слоя: обработка прерываний; драйверы устройств; независимый от устройств слой операционной системы; пользовательский слой программного обеспечения.
4.3. Мультипроцессорная обработка
Мультипроцессорная обработка – способ организации вычислительного процесса в системах с несколькими процессорами, при котором несколько задач могут выполняться одновременно на разных процессорах.
· Свойство ОС – реентерабельность (или повторная входимость).
Не следует путать мультипрограммную обработку и мультипроцессорную. В мультипрограммных системах параллельная работа разных устройств позволяет одновременно вести обработку нескольких программ, но при этом в процессоре, в каждый момент времени, выполняется только одна программа, т.е. несколько программ выполняются попеременно. А в мультипроцессорных системах несколько задач выполняются действительно одновременно, так как имеется несколько обрабатывающих устройств – процессоров. Многопроцессорность не исключает мультипрограммирования.
Мультипроцессорная система приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами. Сложности возникают из-за возрастания числа конфликтов при обращении к общим устройствам. Необходимо предусмотреть эффективные средства блокировки при доступе к разделяемым информационным структурам ядра. Все эти задачи должна решать ОС путем синхронизации процессов, введения очередей и планирования ресурсов.
Мультипроцессорные системы часто характеризуют как симметричные и асимметричные. При этом следует четко определять к какому аспекту мультипроцессорной системы относится эта характеристика - к типу архитектуры или к способу организации вычислительного процесса.
Симметричная архитектура мультипроцессорной системы предполагает однородность всех процессоров и единообразия включения всех процессоров в общую схему. Традиционные симметричные мультипроцессорные конфигурации разделяют одну общую память между всеми процессорами.
В асимметричной архитектуре разные процессоры могут отличаться как своими характеристиками, так и функциональной ролью. Функциональная неоднородность в асимметричной архитектуре влечет за собой структурные отличия во фрагментах системы, содержащих разные процессоры.
Другой аспект мультипроцессорных систем, который может характеризоваться симметрией или ее отсутствием, является способ организации вычислительного процесса. Он определяется и реализуется ОС.
Асимметричное мультипрограммирование является наиболее простым способом организации вычислительного процесса. Данный способ часто называют ведущий-ведомый.
Функционирование системы по принципу ведущий-ведомый предполагает выделение одного из процессоров в качестве ведущего, на котором работает ОС и который управляет всеми остальными процессорами. Асимметричная модель может быть реализована как на системах с симметричной мультипроцессорной архитектурой как и на системах с асимметричной процессорной архитектурой.
Симметричное мультипроцессирование как способ организации вычислительного процесса может быть реализовано в системах только с симметричным мультипроцессированием. Разные процессоры могут в какой-то момент одновременно обслуживать как разные, так и одинаковые модули ОС. Для этого программы в ОС должны обладать свойством повторной сходимости (реентерабельностью).
Понятие операционной системы
Существуют две группы определений операционной системы: «набор программ, управляющих оборудованием» и «набор программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический смысл,
История развития операционных систем
История развития операционных систем насчитывает четыре периода. Первый период (1945 -1955): сороковые годы 20 столетия ознаменовались появлением вычислительной техники, но операционных сис
Семейства операционных систем
Когда говорят об операционной системе, имеют в виду прежде всего семейство операционных систем. Формально операционные системы в пределах семейства отличаются номером версии. Что касается устройств
Список операционных систем (основные ОС).
Это список известных операционных систем. Операционные системы могут быть классифицированы по базовой технологии (UNIX-подобные, пост-UNIX/потомки UΝΙΧ), типу лицензии (проприетарная
Место операционных систем среди программного обеспечения ЭВМ
Программное обеспечение ЭВМ подразделяют на прикладное, инструментальное и системное. Прикладные программы ориентированы на решение конечных пользовательских задач. Инструментальные
Архитектура на базе ядра в привилегированном режиме
Концепция архитектуры.
Наиболее общим подходом к структуризации операционной системы является разделение всех ее модулей на две группы: ядро и вспомогательные модули. Ядро
Микроядерная архитектура
В привилегированном режиме работает только небольшая часть ОС - микроядро, защищенное от остальных частей ОС приложений.
В состав функций микроядра включаются те функции ОС, которые трудно
Назначение файловой системы
Файловая система – порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых
Имена и типы файлов
Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени. До недавнего времени эти гра
Логическая организация файлов
Программист имеет дело с логической организацией файла, представляя файл в виде определенным образом организованных логических записей. Логическая запись – это наименьший элемент данных, которым мо
Физическая организация файлов
Физическая организация файла описывает правила расположения файла на устройстве внешней памяти, в частности на диске. Файл состоит из физических записей – блоков. Блок – наименьшая единица данных,
Модели и архитектуры файловых систем
Функционирование любой файловой системы можно представить многоуровневой моделью, в которой каждый уровень предоставляет некоторый интерфейс (набор функций) вышележащему уровню, а сам, в свою очере
Виды прерываний
Прерывание – событие, при котором изменяется нормальная последовательность команд, выполняемых процессором. Сигнал прерывания обрабатывается аппаратурой, а управлен
Драйверы устройств
Прерывания должны быть скрыты как можно глубже в недрах операционной системы, чтобы как можно меньшая часть ОС имела с ними дело. Наилучший способ состоит в разрешении процессу, инициировавшему опе
Независимый от устройств слой операционной системы
Большая часть программного обеспечения ввода-вывода является независимой от устройств. Точная граница между драйверами и независимыми от устройств программами определяется системой,
Пользовательский слой программного обеспечения
Хотя большая часть программного обеспечения ввода-вывода находится внутри ОС, некоторая его часть содержится в библиотеках, связываемых с пользовательскими программами. Системные вы
Физическая организация устройств ввода-вывода
Устройства ввода-вывода делятся на два типа: блок-ориентированные устройства и байт-ориентированные устройства. Блок-ориентированные устройства хранят информацию в бло
Состояние процессов
В многозадачной (многопроцессной) системе процесс может находиться в одном из трех основных состояний:
ВЫПОЛНЕНИЕ – активное состояние процесса, во время которого процесс о
Контекст и дескриптор процесса
На протяжении существования процесса его выполнение может быть многократно прервано и продолжено. Для того, чтобы возобновить выполнение процесса, необходимо восстановить состояние его операционной
Алгоритмы планирования процессов
Планирование процессов включает в себя решение следующих задач: определение момента времени для смены выполняемого процесса; выбор процесса на выполнение из очереди готовых процессо
Многозадачность и многонитевость
Многозадачность является важнейшим свойством современной ОС. Для поддержки этого свойства ОС определяет и оформляет для себя те внутренние единицы работы, между которыми и будет разделяться процесс
Тупиковые ситуации и их предотвращение
Под тупиковой ситуацией понимают состояние системы, когда ожидают событие, которое никогда не произойдет (тупиковые ситуации обычно возникают в результате взаимной блокировки процессов). При тупико
Приоритеты в вычислительных системах
Одним из способов разрешения конфликтов между процессами за доступ к ресурсам является установление их приоритетов. В настоящее время различают системы без приоритетов, системы с относительными при
Диспетчеризация процессов
Для управления процессами в многозадачной системе необходима их диспетчеризация. Чтобы удовлетворить потребность различных приложений, современные ОС предлагают три метода диспетчеризации: FIFO; ка
Типы адресов
Память является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления со стороны мультипрограммной операционной системы. Распределению подлежит вся оперативная память, не занятая опе
Методы управления памятью
Все методы управления памятью могут быть разделены на два класса: методы, которые используют перемещение процессов между оперативной памятью и диском, и методы, которые не делают эт
Буферизация
Буфер – область основной памяти, предназначенная для промежуточного хранения данных при выполнении операций ввода-вывода. Скорость таких операций зависит от характе
Организация виртуальной памяти
Уже достаточно давно пользователи столкнулись с проблемой размещения в памяти программ, размер которых превышал имеющуюся в наличии свободную память. Решением было разбиение программы на части, наз
Структура сетевой операционной системы
Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широк
Одноранговые сетевые ОС и ОС с выделенными серверами
В зависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети, сетевые операционные системы, а следовательно, и сети делятся на два класса: одноранговые и двухранговые (рис 11). Последние
ОС для рабочих групп и ОС для сетей масштаба предприятия
Сетевые операционные системы имеют разные свойства в зависимости от того, предназначены они для сетей масштаба рабочей группы (отдела), для сетей масштаба кампуса или для сетей масш
Семейство ОС компании Microsoft.
Microsoft Windows – семейство проприетарных (программное обеспечение, являющееся частной собственностью авторов или правообладателей и не удовлетворяющее критериям свободного ПО) операционных систе
Семейство Windows NT.
Операционные системы этого семейства в настоящее время работают на процессорах с архитектурами x86, x64, и Itanium,ARM. Ранние версии (до 4.0 включительно) также поддерживали некоторые RISC-процесс
Семейство ОС для карманных компьютеров.
Логотип Windows® CE.
Это семейство операционных систем реального времени было специально разработано для мобильных устройств. Поддерживаются процессоры ARM, MIPS, SuperH и x86. В отличие о
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Операционная система представляют собой один из важнейших программных компонентов вычислительных (аппаратно-программных) систем. Именно она определяет облик вычислительной системы,
Интернет ресурсы
1. http://www.osp.ru/os – электронная версия журнала «Операционные системы» на информационном портале, посвященном вопросам технологии разработки и использования открытых информационных систем в уп
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов