2.8. Рекомендуемая литература

Написано много книг по операционным системам, в которых также описы­вается и архитектура компьютера. В [SILB00], [NUTT00] и [CROW97] речь идет об основных принципах (с использованием результатов исследований нескольких важнейших операционных систем).

В [VAHA96] рассматривается внутреннее устройство операционной системы UNIX, приводится сравнительный анализ нескольких ее вариантов. Полное и точное описание версии UNIX SVR4 со множеством технических подробностей представлено в [GOOD94]. Настоятельно рекомендуем популярное в академиче­ских кругах издание по UNIX 4.4BSD [MCKU96], вышедшее в Беркли. Собрание статей по операционной системе UNIX, представляющее большой интерес, было опубликовано в июле-августе 1987 года в журнале Bell System Technical Journal и в октябрьском издании 1984 года журнала AT&T Bell Laboratories Technical Journal. Эти статьи были переизданы [АТТ87а, АТТ87Ь]. В [GRAH95] дается в сжатой форме полное описание операционной системы Solaris 2.x.

О внутреннем устройстве операционной системы Linux подробно рассказано в [ВЕСК98] и [CARD97].

О внутреннем устройстве операционной системы Windows 2000 пока что написано немного. Прекрасное описание внутреннего устройства Windows NT можно найти в [SOLO98].

АТТ87а AT&T. UNIX System Readings and Examples. Volume 1, — Englewood : Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1987. '•

ATT87b AT&T. UNIX System Readings and Examples. Volume II. — Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1987.

BECK98 Beck M. et al. Linux Kernel Internals. — Reading, MA: Addison-Wesley, 1998.

CARD97 Card R., Dumas E., Mevel F. The Linux Kernel Book. — New York: Wiley, 1997.

CROW97 Crowley C. Operating Systems: A Design-Oriented Approach. — Chicago: Ir-win, 1997.

GOOD94 Goodheart В., Сох J. The Magic Garden Explained: The Internals of UNIX System V Release 4. — Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1994.

GRAH95 Graham J. Solaris 2.x: Internals and Architecture. — New York: McGraw-Hill, 1995.

MCKU96 McKusick M., Bostic K., Karels M., Quartermain J. The Design and Imple­mentation of the 4.4BSD UNIX Operating System. — Reading, MA: Addison-Wesley, 1996.

NUTTOO Nutt G. Operating Systems: A Modern Perspective. — Reading, MA: Addi­son-Wesley, 2000.

SILBOO Silberschatz A., Galvin P., Gagne G. Applied Operating System Concepts. — I Reading, MA: Addison-Wesley, 2000.

SOLO98 Solomon D. Inside Windows NT. — Redmond, WA: Microsoft Press, 1998. j

VAHA96 Vahalia U. UNIX Internals: The New Frontiers. — Upper Saddle River, NJ: I Prentice Hall, 1996.

2.9. Задачи

2.1.Предположим, у нас есть многозадачный компьютер, в котором каждое задание имеет идентичные характеристики. В течение цикла вычисления одного задания Т половину времени занимает ввод-вывод, а вторую половину — работа процес­сора. Для выполнения каждого задания требуется N циклов. Допустим, что для планирования используется простой алгоритм циклического обслуживания и что ввод-вывод может выполняться одновременно с работой процессора. Определите значения следующих величин.

• Реальное время, затрачиваемое на выполнение задания.

• Среднее количество заданий, которое выполняется в течение одного цикла Т.

• Доля времени, в течение которого процессор активен (не находится в режи­ме ожидания).

Вычислите зги значения для одного, двух и четырех одновременно выполняющихся заданий, считая, что время цикла Т распределяется одним из следующих способов.

а. В течение первой половины периода выполняется ввод-вывод, а в течение второй — работа процессора.

б. В течение первой и четвертой четвертей выполняется ввод-вывод, а в течение второй и третьей — работа процессора.

2. Перегруженной операциями ввода-вывода называется такая программа, которая, будучи запущена сама по себе, тратит больше времени на ввод-вывод, чем на работу процессора. Программой, преимущественно использующей процессор, называется программа, в которой соотношение затрат времени изменяется в пользу процессора. Предположим, что в алгоритме краткосрочного планирова­ния предпочтение отдается тем программам, которые в течение недавнего времени использовали процессор меньше других. Объясните, почему в этом алго­ритме отдается предпочтение программам, перегруженным операциями ввода- вывода, хотя тем программам, которые преимущественно используют процессор, тоже отводится некоторое процессорное время.

3. В компьютере есть кэш, основная память и диск, который используется для ор­ганизации виртуальной памяти. Если слово, к которому производится обращение, находится в кэше, для доступа к нему требуется 20 ns. Если это слово находится в основной памяти, но отсутствует в кэше, то оно сначала загружается в кэш за 60 ns, а затем к нему производится обращение. Если нужного слова нет в основной памяти, то чтобы найти его на диске и загрузить в основную память, требуется 12 ms; еще 60 ns нужны, чтобы скопировать его в кэш, и только затем к этому слову производится обращение. Результативность обращений к кэшу равна 0.9, а результативность обращений к основной памяти — 0.6. Найдите среднее время, которое требуется для доступа системы к нужному ей слову.

4. Сравните стратегии планирования, которые могли бы использоваться для опти­мизации системы разделения времени и многозадачной пакетной системы.

5. В чем заключается предназначение системных вызовов и как они соотносятся с опе­рационной системой и с концепцией работы в режиме ядра и режиме пользователя?

2.6.Одним из основных модулей ядра операционной системы OS/390 для мейнфреймов IBM является System Resource Manager (SRM). Этот модуль распределяет ресурсы между адресными пространствами (процессами). Именно этот модуль делает операционную систему OS/390 одной из самых интеллектуальных. Ника­кие другие операционные системы для мейнфреймов, а тем более другие виды операционных систем не могут выполнять функций, аналогичных тем, которые выполняет модуль SRM. В концепцию ресурсов входят: процессор, реальная память и каналы ввода-вывода. SRM собирает статистику относительно исполь­зования процессора, каналов и различных ключевых структур данных; на осно­ве анализа собранной статистики обеспечивается оптимальная производитель­ность системы. Может производиться дополнительная настройка модуля для различных целей, в соответствии с которыми модуль динамически изменяет конфигурацию и характеристики производительности выполнения заданий. Мо­дуль SRM, в свою очередь, составляет отчеты, на основании которых подготов­ленный оператор может улучшить производительность и изменить настройку системы с целью улучшения обслуживания клиентов.

В этой задаче идет речь об одном из видов деятельности модуля SRM. Реальная па­мять подразделяется на блоки одинакового размера, которые называются кадрами. Компьютер может содержать многие тысячи кадров, в каждом из которых может находиться блок виртуальной памяти, называющийся страницей. Управление к мо­дулю SRM переходит с частотой примерно 20 раз в секунду; при этом происходит проверка каждой из страниц памяти. Если данная страница не запрашивалась и не изменялась, показания счетчика увеличиваются на 1. Время от времени модуль SRM усредняет эти числа и определяет среднее время, в течение которого система не ис­пользует данную страницу кадра памяти. Для чего можно использовать эти данные, и что для этого должен предпринять модуль SRM?

1Краткое рассмотрение страничной организации памяти приведено в последую­щих разделах данной главы; более подробно этот материал изложен в главе 7, "Управление памятью".

2Заштрихованная область представляет аппаратное обеспечение

4Следует отметить, что процессы, как правило, обладают каждый своим отдельным адресным пространством, а у потоков адресное пространство общее.

5Фирме IBM удалось собственными усилиями разработать операционную систему OS/2. Как и Windows NT, OS/2 Warp является современной многозадачной многопоточной операционной системой.

6Только 16-битовые приложения OS/2. — Прим. ред

7Здесь и в предыдущем пункте имеются в виду только 16-битовые приложения OS/2.

8Подробнее об этой модели в приложении к W2K можно узнать, например, из кни­ги Оберг Р. Технология СОМ+. Основы и программирование. — М.: Издательский дом "Вильяме", 2000

9Более полное генеалогическое дерево приведено в [MCKU96].