23. Управление процессором, памятью, устройствами ввода-вывода

УПРАВЛЕНИЕ ПАМЯТЬЮ

При управлении памятью ОС выполняет следующие задачи:

1)отслеживание свободной и занятой памяти;

2)выделение памяти процессам;

3)освобождение памяти в случае завершения процесса;

4)вытеснение процессов из памяти при необходимости;

5)возвращение процессов в оперативную память после вытеснения;

6)настройка адресов процесса на физические адреса оперативной памяти.

Виды памяти вычислительной машины.

Внешняя память – память, распределенная по уровню (по классу) ниже оперативной и которая не может напрямую быть использована для выполнения процессов.

Оперативная память – это встроенная память, которая используется для непосредственного выполнения процессов.

Сверхоперативная память – это встроенный вид оперативной памяти, имеющий гораздо более высокую скорость работы.

Регистр процессора – память, расположенная непосредственно в процессоре.

Внешняя память и оперативная память управляют ОС.

Типы адресов

Символьные имена. Это имена элементов процесса (переменные, процедуры, функции), которые определяются пользователем в момент программирования.

Виртуальные имена (виртуальные адреса). Это условные адреса, которые вырабатываются транслятором (компилятором) из символьных имен. Обычно оно начинается с ячейки «0» и размер его определяется, во-первых, размером программ, а во-вторых разрядностью используемого кода.

Физические адреса. Это адреса ячеек физической памяти.

Преобразование виртуальных адресов в физические происходит 2мя способами:

1)статическое преобразование и использование перемещающего загрузчика (в момент загрузки процессора в физическую оперативную память перемещающий загрузчик определяет начальную свободную ячейку оперативной памяти и на основе этой информации преобразовывает виртуальные адреса в физические; «+» простота реализации и высокая скорость работы; «-» невозможность перемещения процесса в другой участок оперативной памяти (ОП)

2)динамическое преобразование при каждом обращении к ячейке процессора (в этом случае процесс загружается в физическую ОП с использованием своих виртуальных адресов, при каждом обращении к какому-либо виртуальному адресу процесса средствами ОС производится преобразование от виртуального адреса к физическому; «+» возможность перемещения процесса в другие участки ОП в любой момент времени; «-» более сложная реализация и большее время выполнения процесса (более низкая скорость)).

Методы распределения памяти

1)Распределение без использования внешней памяти:

- Фиксированными разделами

- Динамическими разделами

- Перемещаемыми разделами

2) С использованием внешней памяти

- Страничное распределение

- Сегментное распределение

- Странично-сегментное

- Свопинг

Управление процессами

Заключается в следующем: 1)выделение памяти процессу;

2)освобождение памяти от процесса; 3)перевод процессов из одного состояния в другое.

СОСТОЯНИЕ ПРОЦЕССОВ

1)Выполнение – активное состояние процессов, во время которого процесс обладает всеми необходимыми ресурсами и непосредственно выполняется процессором.

2)Ожидание – пассивное состояние процесса, т.е. процесс заблокирован и не может выполняться по каким-либо внутренним причинам, т.е., например, ему не хватает какого-либо ресурса, либо он ожидает завершения одной из своих задач, например, задачи ввода-вывода. Кроме того, он может ожидать сообщения от другого процесса.

3)Готовность – пассивное состояние процесса, т.е. процесс заблокирован, но по внешним причинам, а им. процессор в данный момент занят выполнением другого процесса.

Алгоритм управления процессами.

1.При запуске какого-либо процесса на выполнение, процесс переводится в состояние готовность и ставится в очередь на выполнение.

2.При подходе очереди данного процесса, в случае, если все необходимые ресурсы свободны, процесс переводится в состояние выполнения.

3.В ходе выполнения могут возникнуть следующие ситуации:

3.1процесс выполнил свою программу, завершился и был выгружен из памяти;

3.2в процессе выполнения данного процесса понадобился некоторый ресурс, который в данный момент занят. В этом случае процесс переводится в режим ожидания и также становится в очередь ожидающих процессов;

3.3в ходе выполнения процесса закончился квант времени, отведенный данному процессу. Процесс становится в очередь ожидающих процессов.

4.Состояние ожидания. В случае, если процесс получил все необходимые ресурсы, пришло сообщение от другого процесса или был выделен квант времени, этот процесс переводится в режим готовность.