Операції планування та диспетчеризації - раздел Образование, Тема 1. Основні концепції операційних систем Упродовж Існування Процесу Виконання Його Потоків Може Бути Багаторазово Пере...
Упродовж існування процесу виконання його потоків може бути багаторазово перерване і продовжене. Перехід від виконання одного потоку до іншого здійснюється в результаті планування і диспетчеризації. Робота за визначенням того, в який момент необхідно перервати виконання поточного активного потоку і якому потоку надати можливість виконуватися, називається плануванням. Планування потоків здійснюється на основі інформації, що зберігається в описувачах процесів і потоків. Планування потоків, по суті, включає рішення двох завдань : визначення моменту часу для зміни поточного активного потоку; вибір для виконання потоку з черги готових потоків.
У більшості операційних систем універсального призначення планування здійснюється динамічно (on — line), тобто рішення приймаються під час роботи системи на основі аналізу поточної ситуації. ОС працює в умовах невизначеності — потоки і процеси з'являються у випадкові моменти часу і також непередбачувано завершуються. Динамічні планувальники можуть гнучко пристосовуватися до ситуації, що змінюється, і не використовують ніяких припущень про мультипрограмну суміш. Інший тип планування — статичний — може бути використаний в спеціалізованих системах, в яких увесь набір одночасно виконуваних завдань визначений заздалегідь, наприклад в системах реального часу. Планувальник називається статичним (чи попереднім планувальником), якщо він приймає рішення про планування не під час роботи системи, а заздалегідь (off — line).
Диспетчеризація полягає в реалізації знайденого в результаті планування (динамічного або статистичного) рішення, тобто в перемиканні процесора з одного потоку на інший. Перш ніж перервати виконання потоку, ОС запам'ятовує його контекст, з тим щоб згодом використовувати цю інформацію для подальшого відновлення виконання цього потоку. Диспетчеризація зводиться до наступного: збереження контексту поточного потоку, який вимагається змінити; завантаження контексту нового потоку, вибраного в результаті планування; запуск нового потоку на виконання.
Автоматичне планування і диспетчеризація (англ. Automated planning and scheduling, APS) — область завдань штучного інтелекту, що стосується виконання стратегії або послідовності дій, зазвичай для інтелектуальних агентів, автономних роботів і безпілотних апаратів. На відміну від класичних проблем управління і класифікації, рішення завдань цієї області комплексні, невідомі і повинні розроблятися і оптимізуватися у багатовимірному просторі.
При відомих параметрах середовища і доступних моделях планування може здійснюватися на етапі проектування системи. Рішення можна знайти і оцінити до виконання. У разі непередбачуваної поведінки середовища стратегія повинна переглядатися на етапі реалізації плану. Моделі і шаблони поведінки мають бути адаптовані. Рішення в основному використовують процеси проб і помилок властиві області штучного інтелекту, такі як динамічне програмування, Навчання з підкріпленням і комбінаторна оптимізація.
У типового планувальника три входи: опис початкових умов, опис бажаної мети і безліч можливих дій, заданих формальною мовою на кшталт STRIPS. Планувальник створює послідовність дій, які ведуть систему з початкового стану в стан, що задовольняє поставленій меті. Альтернативним способом опису проблем планування є ієрархічна мережа завдань, в якій з цієї безлічі завдань, кожне завдання може бути або виконана за допомогою примітивної дії, або розбита на аналогічну підмножину завдань.
перационная система повинна грати активну роль в організації обробки переривань. Переривання виконують дуже корисну для обчислювальної системи функцію — вони дозволяють реагувати на асинхронні але відношенню до обчислювального процесу події. В той же час переривання створюють додаткові труднощі для ОС в організації обчислювального процесу. Ці труднощі пов'язані з непередбаченими переходами управління від однієї процедури до іншої, що виникають в результаті переривань від контроллерів зовнішніх пристроїв. Можливо також виникнення в непередбачені моменти часу виключень, пов'язаних з помилками під час виконання інструкцій. Ускладнюють завдання планування обчислювальних робіт і запити на виконання системних функцій (системні виклики) від призначених для користувача застосувань, виконувані за допомогою програмних переривань. Самі модулі ОС також часто викликають один одного за допомогою програмних переривань, ще більше заплутуючи картину обчислювального процесу.
Операційна система не може втрачати контроль над ходом виконання системних процедур, що викликаються по перериваннях. Вона повинна упорядковувати їх в часі так само, як планувальник упорядковує численні призначені для користувача потоки. Крім того, сам планувальник потоків є системною процедурою, що викликається по перериваннях (апаратним — від таймера або контроллера облаштування введення-виводу, або програмним — від додатка або модуля ОС). Тому правильне планування процедур, що викликаються по перериваннях, є необхідною умовою правильного планування призначених для користувача потоків. Інакше в системі можуть виникати, наприклад, такі ситуації, коли операційна система тривалий час займатиметься завданням управління, що не вимагає миттєвої реакції, стримером, що архівує дані, в той час, коли високошвидкісний диск простоюватиме і гальмуватиме роботу численних застосувань, що обмінюються даними з цим диском. Ще один приклад такої ситуації ілюструє мал. 4.12. В даному випадку обробник переривань принтера блокує на тривалий час обробку переривання від таймера, внаслідок чого системний час на деякий час «завмирає» і потік 2, критично важливий для користувача, не отримує управління в запланований час. Гостроту проблеми дещо пом'якшує та обставина, що у багатьох випадках обробка переривання пов'язана з виконанням всього декількох операцій введення-виводу і тому має дуже невелику тривалість. Проте ОС завжди повинна контролювати ситуацію і виконувати критичну роботу вчасно, а не покладатися на волю випадку.
Для впорядкування роботи обробників переривань в операційних системах застосовується той же механізм, що і для впорядкування роботи призначених для користувача процесів — механізм пріоритетних черг. Усі джерела переривань зазвичай діляться на декілька класів, причому кожному класу привласнюється пріоритет. У операційній системі виділяється програмний модуль, який займається диспетчеризацією обробників переривань. Цей модуль в різних ОС називається по-різному, але для визначеності його називатимемо диспетчером переривань.
При виникненні переривання диспетчер переривань викликається першим. Він забороняє ненадовго усі переривання, а потім з'ясовує причину переривання. Після цього диспетчер порівнює призначений цьому джерелу переривання пріоритет і порівнює його з поточним пріоритетом потоку команд, выполнявмого процесором. У цей момент часу процесор вже може виконувати інструкції іншого обробника переривань, що також має деякий пріоритет. Якщо пріоритет нового запиту вищий за поточний, то виконання поточного обробника призупиняється і він поміщається у відповідну чергу обробників переривань. Інакше в чергу поміщається обробник нового запиту.
Мал. 4.12. неврегульована обробка переривань
Витісняючі і не витісняючі алгоритми диспетчеризації
Диспетчеризація без перерозподілу процесорного часу, тобто не витісняюча багатозадачність - це такий спосіб диспетчеризації процесів, при якому активний процес виконується до тих пір, поки він сам, за своєю ініціативою, не віддасть управління диспетчерові завдань для вибору з черги іншого, готового до виконання процесу. Дисципліни обслуговування FCFS, SJN, SRT відносяться до тих, що не витісняють.
Диспетчеризація з перерозподілом процесорного часу між завданнями, тобто витісняюча багатозадачність - це такий спосіб, при якому рішення про перемикання процесора з виконання одного процесу на виконання іншого процесу приймається диспетчером завдань, а не найактивнішим завданням. Механізм диспетчеризації зосереджений в самій ОС і програміст не повинен піклуватися про паралельне виконання свого застосування з іншими застосуваннями.
Операційна система виконує наступні функції:
- визначає момент зняття з виконання поточного завдання;
- зберігає контекст поточного завдання в дескрипторі завдання;
- вибирає з черги готових до виконання завдань наступну;
- завантажує контекст вибраного завдання;
- запускає вибране завдання на виконання.
Дисципліна RR і аналогічні їй відносяться до тих, що витісняють.
При не витісняючій багатозадачності механізм розподілу процесорного часу розподілений між ОС і застосовною програмою. Застосовна програма має бути розділена на кванти, по закінченню яких за допомогою системного виклику управління передається супервізору ОС. Диспетчер завдань формує черги і вибирає завдання на виконання.
Контрольні запитання
- У чому полягає основна відмінність між плануванням процесів і диспетчеризацією завдань?
- Які дисципліни диспетчеризації завдань ви знаєте? Поясните їх основні ідеї, перерахуєте достоїнства і недоліки.
- Розкажіть, які дисципліни диспетчеризації слід віднести до тих, що витісняють, а які — до тих, що не витісняють.
Література
Їв.ресурс: http://ru.wikipedia.org/wiki/Автоматическое планирование_
Все темы данного раздела:
Сторія розвитку операційних систем
Операційна система - це програма, яка запускається відразу після включення комп'ютера і дозволяє користувачеві управляти комп'ютером.
Операційна система Unix
Вважається, що в появі Юнікса зокрема винна... комп'ютерна гра. Річ у тому, що Кен Томпсон (дивитеся фото лі
Операційна система DOS
ДОСы були завжди. Перші - від IВМ, року в 1960-х, вони були дуже обмежені функціонально. Нормальні, такі, що
Операційна система OS/2
Усе почалося з OC VM (Virtual Machine), що вийшла в 1972 році. Випущений тоді продукт називався VM/370 і був призначений для підтримки сервера для певної кількості користувачів. Ця ОС, що давно від
Операційна система Windows
Windows була, напевно, першою операційною системою, яку Білу Гейтсу (дивитеся фото ліворуч) ніхто не замовля
Класифікація сучасних операційних систем
Операційна система складає основу програмного забезпечення ПК. Операційна система представляє комплекс системних і службових програмних засобів, який забезпечує взаємодію користувача з комп'ютером
Функції типових операційних систем
Основна функція усіх ОС - посередницька. Вона полягає в забезпеченні інтерфейсів :
· користувача (між користувачем і програмно-апаратними засобами
По реалізації інтерфейсу
Властивості операційних систем
Властивості ОС - розраховані на багато користувачів, багатозадачні, мережеві ОС.
Многозада́чность (англ. multitasking) — властивість операційної системи або середовищ
Архітектура операційних систем
Будь-яка складна система повинна мати зрозумілу і раціональну структуру, тобто розділятися на частини — модулі, що мають цілком закінчене функціональне призначення з чітко обумовлен
Ядро і допоміжні модулі ОС
Найбільш загальним підходом до структуризації операційної системи є розподіл усіх її модулів на дві групи:
· ядро — модулі, що виконують основні функції ОС;
· модулі, що виконують
Багатошарова структура ОС
Обчислювальну систему, працюючу під управлінням ОС на основі ядра, можна розглядати як систему, що складається з трьох ієрархічно розташованих шарів : нижній шар утворює апаратура, проміжний — ядро
Мікроядерна архітектура
Мікроядерна архітектура є альтернативою класичному способу побудови операційної системи. Під класичною архітектурою в даному випадку розуміється розглянута вище структурна організація ОС, відповідн
Концепція віртуальних машин
Віртуальна машина (ВМ, від англ. virtual machine) -
· програмна і/або апаратна система, що емулює апаратне забезпечення деякої платформи і виконуюча програми для цієї платформи (target — ц
Програмна сумісність
Апаратна залежність і переносимість ОС
Багато операційних систем успішно працюють на різних апаратних платформах без істотних змін у своєму складі. Багато в чому це пояснюєть
Компоненти режиму користувача
Розглянемо відмінність режиму користувача від режиму ядра на прикладі Windows.
Для запобігання доступу додатків до критично важливих даних операційної системи і усунення ри
Тема 3. Паралелізм в середовищі операційних систем
Мета: вивчити поняття паралельного виконання процесу, ознайомитися з апаратною підтримкою багатозадачного режиму ОС, вивчити структури, використовувані для задання процесів. Ознайо
Поняття паралельного виконання процесу
Паралельними називаються процеси, у яких "інтервали часу виконання перекриваються за рахунок використання різних ресурсів однієї і тієї ж обчислювальної системи або за рахунок
Апаратна підтримка багатозадачного режиму
Розрахований на багато користувачів режим - це можливість роботи декількох користувачів з базою однієї організації під різними обліковими записами.
Під обл
Реєстрація нового користувача
Щоб зареєструвати нового користувача, адміністратор входить в систему, використовуючи сертифікат ключа, вносить дані про нового користувача і вибирає сервіси, з якими працюватиме користувач.
Структури, використовувані для задання процесів
Дві що належать ядру структури даних описують процес: запис в таблиці процесів і простір процесу.
Таблиця процесів.
Таблиця процесів містить поля, які мають
Переключення контекстів, оброблення переривань та проблеми керування процесами в умовах паралельного виконання
Перемикання контексту (англ. Context Switch) — у багатозадачних ОС і середовищах, процес припинення виконання процесором одного завдання (процесу, потоку, нитки) зі збереженням усіє
Моделі та механізми синхронізації
Процесам часто треба взаємодіяти один з одним, наприклад, один процес може передавати дані іншому процесу, або декілька процесів можуть обробляти дані із загального файлу. У усіх ци
Алгоритми планування
У ОС Windows реалізовано витісняюче пріоритетне планування, коли кожному потоку привласнюється певне числове значення - пріоритет, відповідно до якого йому виділяється процесор. Потоки з однаковими
Процеси
Процес (комп.) — послідовність операцій при виконанні програми, що є наборами байтів, які інтерпретуються центральним процесором як машинні інструкції, дані та стекові структури.
Потоки і
Завдання
Процеси можна об'єднувати в об'єкти завдань (job objects), що дозволяє управляти процесами як групою, встановлювати ліміти ресурсів для усіх процесів, що входять в об'єкт завдання, і вести облікову
Сторія створення MS - DOS
DOS (англ. Disk Operating System — дискова операційна система) — батьківщина тісно пов'язаних операційних систем, які домінували на ринку сумісних із IBM PC комп' ютерів до 1995 року. DOS — однозад
Як відбувається завантаження операційної системи
При включенні живлення комп'ютера управління передається процедурі початкового завантаження, розташованого в постійному пристрої, що запам'ятовує, розташованому на материнській платі комп'ютера. Пр
Які існують типи дистрибутивів MS - DOS
Операційна система MS - DOS поставляється в двох варіантах. Перший варіант призначений для установки на непідготовлений (неформатований) диск комп'ютера і зазвичай поставляється разом з комп'ютером
Чому в MS - DOS відсутні російські символи та як русифікувати MS - DOS?
Набір символів, які можуть відображатися на екрані ваших комп'ютерів в текстових і графічних режимах MS, - DOS, розташований в мікросхемі постійного відеоадаптера, що запам'ятовує пристрої (ПЗП).
Тема 6. Операційна система WINDOWS
Мета: Вивчення операційної системи WINDOWS. Навчитися роботі в ній. Вивчити структуру ОС WINDOWS
План
6.1. Робота з вікнами, переглядання вмісту комп'ютера
Тема 6. Операційна система WINDOWS
Мета: Вивчення операційної системи WINDOWS. Навчитися роботі в ній. Вивчити структуру ОС WINDOWS
План
6.1. Робота з вікнами, переглядання вмісту комп'ютера
Нтерфейс користувача Windows
. Діалогові вікна використовуються для налаштування режимів роботи операційної системи, обладнання, програми худе.
Як правило, у діалоговому вікні представлено декілька вкл
Файли, теки, ярлики
Всі документи і програми на дисках зберігаються у вигляді файлів. Файл є основною структурною одиницею файлової системи. Його зміст можна переглянути, змінити, видалити, надрукувати. Файли документ
Складові елементи та структури даних процесу у Windows
На зміну ini -файлам, що має ряд концептуальних обмежень, ще в Windows 3.1 було введено поняття реєстру — реєстраційної бази даних, що зберігає різні налаштування ОС і додатків. Спочатку реєстр був
Створення та завершення процесів у Windows
Створення процесів
Створення Win32 процесу здійснюється викликом однієї з таких функцій, як CreateProcess, CreateProcessAsUser (для Win NT/2000) і CreateProcessWith
Завершення процесів
Процес завершується якщо:
- Вхідна функція первинного потоку повернула управління.
- Один з потоків процесу викликав функцію ExitProcess.
- Потік іншого процесу викликав
Програмний інтерфейс керування процесами Win32 API
У ОС Windows між додатком і сукупністю системних викликів (системних сервісів в термінології Microsoft) розташований додатковий абстрактний шар - програмний інтерфейс Win32 API. За рахунок цього Wi
Складові елементи та структури даних потоку у Windows
У об'єкті ядра "потік" є змінна — лічильник числа простоїв даного по струму При виклику CreateProcess або CreateThread він ініціалізувався значенням, рав ным 1, яке забороняє системі виді
Створення потоків у Windows
Первинний потік створюється автоматично при створенні процесу. Інші потоки створюються функціями CreateThread і CreateRemoteThread (тільки у Win NT/2000/XP).
Архівація інформації
У системі Windows немає вбудованих функцій для роботи з упакованими архівами, тому більшості користувачів доводиться обзаводитися спеціальними утилітами і при цьому вирішувати пробл
Тема 7. Операційні системи UNIX та LINUX
Мета: вивчення історії створення та найпоширеніших версій ОС Unix та Linux. Іх структуру.
План
7.1. Історія виникнення операційної системи UNIX та LINUX
Сторія виникнення операційної системи UNIX та LINUX
UNIX був розроблений американською лабораторією Bell Labs, що входила до складу контори Bell Systems. Історія цієї компанії в області інформаційних технологій почалася в 1957 році, коли її співробі
Системні характеристики операційної системи UNIX
UNIX - одна з найпопулярніших у світі операційних систем завдяки тому, що її супроводжує і поширює велике число компаній. Спочатку вона була створена як багатозадачна система для мінікомп'ютерів і
Системні характеристики операційної системи LINUX
Linux - багатозадачна і розрахована на багато користувачів операційна система для бізнесу, освіти і індивідуального програмування. Linux належить сімейству UNIX -подобных операційних систем, яка мо
Качан інсталяції операційної системи UNIX
Щоб завантажити систему виконаєте наступні кроки:
Переконаєтеся, що усі пристрої із зовнішніми джерелами живлення, підключені до вашої системи (такі як монітор) включені.
Перекона
Качан інсталяції операційної системи LINUX
Для того, щоб почати власне установку Red Hat Linux, вставте настановну дискету (при виготовленні Ви повинні були помітити її як "Boot Diskette'') в дисковод і перезавантажите комп'ютер. Після
Запуск нових програм в ОС UNIX
Управління пакетами за допомогою RPM
Red Hat Package Manager(RPM) - це відкрита система управління пакетами, доступна усім, і використовувана усіма користувачами Red Hat Li
Планування на підставі характеристик подальшого виконання
Основною проблемою організації розрахованого (правильніше сказати, мультипрограмного) на багато користувачів режиму у будь-якій операційній системі є організація планування «паралел
Планування на підставі характеристик подальшого виконання
Основною проблемою організації розрахованого (правильніше сказати, мультипрограмного) на багато користувачів режиму у будь-якій операційній системі є організація планування «паралел
Основні завдання забезпечення захисту інформації в операційних системах
Ефективність захисту інформації в автоматизованих системах досягається застосуванням засобів захисту інформації (СЗИ). Під засобом захисту інформації розуміється технічний, програмний засіб або мат
Робота із системним журналом UNIX
Системні журнали починають функціонувати автоматично при запуску операційної системи. Розміри журнальних файлів обмежені, і система записує події, видаляючи старі записи відповідно
Локальна та мережна безпека даних
Украй важливо зрозуміти, що безпека - це не продукт, який можна купити в магазині і бути упевненим у власній захищеності. "Безпека"; - особлива комбінація як технічних, так і адміністрати
Локальна та мережна безпека даних
Украй важливо зрозуміти, що безпека - це не продукт, який можна купити в магазині і бути упевненим у власній захищеності. "Безпека"; - особлива комбінація як технічних, так і адміністрати
Виконуванні файли в LINUX
Файл з точки зору операційної системи є найбільшою сукупністю даних, з якою можна виконувати різні стандартні операції: копіювання, перейменування, вилучення і т.д. З позицій корист
Підтримка багатопроцесорності в LINUX
Ранні SMP системи Linux були слабозв'язаними багатопроцесорними системами, тобто побудованими з декількох окремих систем, пов'язаних високошвидкісним з'єднанням (таким як 10G Ethernet, Fibre Channe
Сильносвязанная багатопроцесорна обробка
Сильносвязанная багатопроцесорна обробка відноситься до обробки на рівні кристала (CMP -- chip - level multiprocessing). Представте слабозв'язану архітектуру, зменшену до рівня кристала. Це і є іде
SMP і ядро Linux
Коли тільки з'явився Linux 2.0, підтримка SMP складалася з основної системи блокування, яке упорядковувало доступ в системі. Пізніше невеликий прогрес в підтримці SMP був, але тільки з ядром 2.6 на
Новости и инфо для студентов