- •Министерство образования и науки Республики Казахстан
- •1.1 Данные о преподавателях:
- •Выписка из учебного плана
- •1.6 Перечень и виды заданий и график их выполнения: Виды заданий и сроки их выполнения
- •1.7 Список литературы
- •2.2 Конспект лекционных занятий
- •Тема 1.Основы операционных систем .( 2 часа)
- •1.1 Назначение и функции операционных систем
- •1.2 Эволюция развития операционных систем
- •1.3 Основные понятия, концепции ос
- •1.4 Классификация ос
- •Тема 2. Архитектура операционных систем. ( 2 часа)
- •2.1 Монолитные системы
- •2.2 Многоуровневые системы
- •Тема 3. Микроядерная архитектура ос(2 часа)
- •3.1 Основные положения архитектуры ос с микроядром
- •3.2 Преимущества и недостатки архитектуры ос с микроядром
- •Тема 4. Совместимость операционных систем( 2 часа)
- •4.1 Виды совместимости
- •4.2 Способы реализации совместимости
- •Тема 5. Представления процесса в операционной системе ( 2 часа)
- •5.1 Понятие процесса
- •5.2 Состояния процесса
- •Тема 6. Операции над процессами и связанные с ними понятия (2 часа)
- •6.1 Process Control Block и контекст процесса
- •6.2 Одноразовые операции
- •6.3 Многоразовые операции
- •Тема 7. Планирование процессов ( 2 часа)
- •7.1 Уровни планирования
- •7.2 Критерии планирования
- •7.3 Параметры планирования
- •7.4 Вытесняющее и невытесняющее планирование
- •Алгоритмы планирования
- •Тема 8. Алгоритмы синхронизации
- •8.1 Программные алгоритмы организации взаимодействия процессов
- •8.2 Алгоритм Петерсона
- •8.3 Алгоритм булочной (Bakery algorithm)
- •8.4 Команда Test-and-Set (проверить и присвоить 1)
- •8.5 Команда Swap (обменять значения)
- •Тема 9. Механизмы синхронизации (2 часа) 9. 1 Семафоры
- •9.2 Мониторы
- •9.3 Сообщения
- •Тема 10. Организация памяти компьютера. Простейшие схемы управления памятью. ( 2 часа)
- •10.1 Физическая организация памяти компьютера
- •10.2 Логическая память
- •10.3 Простейшие схемы управления памятью
- •10.4 Динамическое распределение. Свопинг
- •Тема 11. Управление файлами (2 часа)
- •11.1 Основные понятия файловой системы
- •11.2 Операции над файлами
- •11.3 Директории. Логическая структура файлового архива
- •11.4 Разделы диска. Организация доступа к архиву файлов.
- •Тема 12. Реализация файловой системы
- •12.1 Система хранения
- •12.2 Управление внешней памятью
- •12.3 Управление свободным и занятым дисковым пространством
- •12.4 Монтирование файловых систем
- •12.5 Управление "плохими" блоками
- •12.6 Производительность файловой системы
- •Тема 13. Сети и сетевые операционные системы. ( 2 часа)
- •13.1 Сетевые и распределенные операционные системы
- •13.2 Понятие протокола. Многоуровневая модель построения сетевых вычислительных систем.
- •13.3 Проблемы адресации в сети.
- •Тема 14 . Основные понятия информационной безопасности ( 2 часа)
- •14.1 Угрозы безопасности
- •14.2 Криптография как одна из базовых технологий безопасности ос
- •Тема 15. Защитные механизмы операционных систем
- •2.3 Планы лабораторных занятий
- •Практические задания
- •Практические задания.
- •2.4 Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов под руководством преподавателя (срсп)
- •Рекомендуемая литература: 11 доп. [324-401], 12 доп. [123-143], 13 доп.[76-92]
- •2.5 Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов (срс)
- •2.7 Тестовые задания для самоконтроля с указанием ключей правильных ответов
- •Ключи правильных ответов
- •2.6 Перечень экзаменационных вопросов по пройденному курсу
- •Глоссарий
- •12. Канал- специализированный процессор ввода-вывода в компьютерах класса мэйнфреймов.
- •27. Пропускная способность – количество задач, выполняемых вычислительной системой в единицу времени.
- •Выходные сведения
Тема 7. Планирование процессов ( 2 часа)
7.1 Уровни планирования
Планирование заданий используется в качестве долгосрочного планирования процессов. Оно отвечает за порождение новых процессов в системе, определяя ее степень мультипрограммирования, т. е. количество процессов, одновременно находящихся в ней. Если степень мультипрограммирования системы поддерживается постоянной, т. е. среднее количество процессов в компьютере не меняется, то новые процессы могут появляться только после завершения ранее загруженных. Поэтому долгосрочное планирование осуществляется достаточно редко, между появлением новых процессов могут проходить минуты и даже десятки минут. Решение о выборе для запуска того или иного процесса оказывает влияние на функционирование вычислительной системы на протяжении достаточно длительного времени. Планирование использования процессора применяется в качестве краткосрочного планирования процессов. Оно проводится, к примеру, при обращении исполняющегося процесса к устройствам ввода-вывода или просто по завершении определенного интервала времени. Поэтому краткосрочное планирование осуществляется, как правило, не реже одного раза в 100 миллисекунд. Выбор нового процесса для исполнения оказывает влияние на функционирование системы до наступления очередного аналогичного события, т. е. в течение короткого промежутка времени, чем и обусловлено название этого уровня планирования – краткосрочное.
В некоторых вычислительных системах бывает выгодно для повышения производительности временно удалить какой-либо частично выполнившийся процесс из оперативной памяти на диск, а позже вернуть его обратно для дальнейшего выполнения. Такая процедура в англоязычной литературе получила название swapping, что можно перевести на русский язык как «перекачка», хотя в специальной литературе оно употребляется без перевода – свопинг. Когда и какой из процессов нужно перекачать на диск и вернуть обратно, решается дополнительным промежуточным уровнем планирования процессов – среднесрочным.
7.2 Критерии планирования
Для каждого уровня планирования процессов можно предложить много различных алгоритмов. Выбор конкретного алгоритма определяется классом задач, решаемых вычислительной системой, и целями, которых мы хотим достичь, используя планирование. К числу таких целей можно отнести следующие:
Справедливость – гарантировать каждому заданию или процессу определенную часть времени использования процессора в компьютерной системе, стараясь не допустить возникновения ситуации, когда процесс одного пользователя постоянно занимает процессор, в то время как процесс другого пользователя фактически не начинал выполняться.
Эффективность – постараться занять процессор на все 100% рабочего времени, не позволяя ему простаивать в ожидании процессов, готовых к исполнению. В реальных вычислительных системах загрузка процессора колеблется от 40 до 90%.
Сокращение полного времени выполнения (turnaround time) – обеспечить минимальное время между стартом процесса или постановкой задания в очередь для загрузки и его завершением.
Сокращение времени ожидания (waiting time) – сократить время, которое проводят процессы в состоянии готовность и задания в очереди для загрузки.
Сокращение времени отклика (response time) – минимизировать время, которое требуется процессу в интерактивных системах для ответа на запрос пользователя.
Независимо от поставленных целей планирования желательно также, чтобы алгоритмы обладали следующими свойствами.
Были предсказуемыми. Одно и то же задание должно выполняться приблизительно за одно и то же время. Применение алгоритма планирования не должно приводить, к примеру, к извлечению корня квадратного из 4 за сотые доли секунды при одном запуске и за несколько суток – при втором запуске.
Были связаны с минимальными накладными расходами. Если на каждые 100 миллисекунд, выделенные процессу для использования процессора, будет приходиться 200 миллисекунд на определение того, какой именно процесс получит процессор в свое распоряжение, и на переключение контекста, то такой алгоритм, очевидно, применять не стоит.
Равномерно загружали ресурсы вычислительной системы, отдавая предпочтение тем процессам, которые будут занимать малоиспользуемые ресурсы.
Обладали масштабируемостью, т. е. не сразу теряли работоспособность при увеличении нагрузки. Например, рост количества процессов в системе в два раза не должен приводить к увеличению полного времени выполнения процессов на порядок.