- •Основы построения операционных систем
- •Введение
- •1. Основные аспекты операционных систем
- •1.1. Программные системы
- •1.2. Ресурсы вычислительных систем
- •1.3. Функции операционных систем
- •1.3.1. Упрощение доступа к компьютеру
- •1.3.2. Повышение эффективности использования ресурсов
- •1.4. Классификация операционных систем
- •2. Управление файлами
- •2.1. Файлы
- •2.1.1. Имя файла
- •2.1.2. Типы файлов
- •2.1.3. Атрибуты файла
- •2.2. Функции системы управления файлами
- •2.3. Способы организации файлов
- •2.3.1. Последовательное размещение
- •2.3.2. Размещение с помощью сцепленных блоков
- •2.3.3. Организация файлов на основе таблиц размещения
- •2.3.4. Размещение с использованием таблицы индексов
- •2.3.5. Индексно-последовательное размещение
- •2.3.6. Библиотечная структура данных
- •2.4. Методы доступа к содержимому файлов
- •2.4.1. Последовательный доступ
- •2.4.2. Прямой доступ
- •2.4.3. Другие методы доступа
- •2.5. Способы организации файловой структуры
- •2.6. Манипулирование файловой структурой
- •3. Управление памятью
- •3.1. Простое непрерывное распределение
- •3.2. Распределение с несколькими непрерывными разделами
- •3.2.1. Мультипрограммирование и разбиение на разделы
- •3.2.2. Разделы с фиксированными границами
- •3.2.3. Разделы с подвижными границами
- •3.2.4. Своппинг
- •3.3. Организация виртуальной памяти
- •3.3.1. Основные концепции виртуальной памяти
- •3.3.2. Страничная организация памяти
- •3.3.3. Сегментная организация памяти
- •3.3.4. Сегментно-страничная организация памяти
- •3.4. Управление виртуальной памятью
- •3.4.1. Алгоритмы выталкивания страниц
- •3.4.2. Подкачка страниц по запросу
- •3.4.3. Подкачка страниц с опережением
- •3.4.4. Освобождение страниц
- •3.4.5. Размер страниц
- •4. Управление процессами
- •4.1. Концепции процесса
- •4.1.1. Понятие последовательного процесса
- •4.1.2. Состояния процесса
- •4.1.3. Блок управления процессом
- •4.1.4. Планирование процессов
- •4.1.5. Обработка прерываний
- •4.2. Синхронизация параллельных процессов
- •4.2.1. Параллельная обработка
- •4.2.2. Взаимное исключение
- •4.2.3. Алгоритм Деккера
- •4.2.4. Аппаратная реализация взаимного исключения
- •4.2.5. Семафоры
- •4.2.6. Мониторы
- •4.2.7. Передача сообщений
- •4.3. Тупиковые ситуации
- •4.3.1. Условия возникновения дедлоков
- •4.3.2. Основные направления исследований по проблеме тупиков
- •4.3.3. Предотвращение тупиков
- •4.3.4. Обход дедлоков
- •4.3.5. Алгоритм банкира
- •4.3.6. Распознавание дедлоков
- •4.3.7. Восстановление после тупиков
- •5. Управление процессором
- •5.1. Диспетчеризация процессов
- •5.2. Приоритеты
- •5.3. Алгоритмы диспетчеризации с одной очередью
- •5.3.1. Алгоритм fcfs (первый пришедший обслуживается первым)
- •5.3.2. Алгоритм spn (кратчайший процесс - следующий)
- •5.3.3. Алгоритм srt (по наименьшему остающемуся времени)
- •5.3.4. Алгоритм hrrn (по наибольшему относительному времени ответа)
- •5.3.5. Алгоритм циклической диспетчеризации rr
- •5.3.6. Сравнение алгоритмов диспетчеризации с одной очередью
- •5.4. Многоуровневые очереди с обратными связями
- •6. Управление устройствами
- •6.1. Общая организация ввода-вывода
- •6.2. Методы управления периферийными устройствами
- •6.3. Действия по вводу-выводу
- •6.3.1. Буферизация : прочитать и записать
- •6.3.2. Блокирование : получить и поместить
- •6.3.3. Подготовка : открыть и закрыть
- •6.4. Управление магнитными дисками
- •6.4.1. Физическая структура магнитного диска
- •6.4.2. Физическая структура формата данных дискеты
- •6.4.3. Логическая структура магнитного диска
- •6.4.4. Планирование работы с магнитными дисками
- •Заключение
- •Список используемых источников
- •Оглавление
6.3.3. Подготовка : открыть и закрыть
Детали блокирования и буферизации зависят от файла, записи которого нужно обрабатывать. Длины записей, коэффициенты блокирования и дисциплины буферизации должны отражаться в подпрограммах обработки записей. Способ организации файла также влияет на разработку этих подпрограмм. Часть необходимой информации известна во время трансляции, оставшаяся информация может указываться во время планирования и даже исполнения. Команда, используемая для этих целей во время исполнения, называется ОТКРЫТЬ.
Разработчик операционной системы должен решить, каким образом настраивать различные подпрограммы, чтобы они соответствовали характеристикам файла. К подпрограммам, требующим такой настройки, относятся: ПОЛУЧИТЬ/ПОМЕСТИТЬ, подпрограммы блокирования/деблокирования и управления буферами. Существует два способа использования информации, получаемой по команде ОТКРЫТЬ. Одним из них является предоставление интерпретирующих подпрограмм, которые используют описание файла в качестве параметров для настройки себя на конкретное исполнение.
При втором способе описание файлов используется для генерации специальных подпрограмм. Последний способ позволяет получать эффективные подпрограммы, но за счет времени генерации и памяти генератора.
Исполнение команды ОТКРЫТЬ устанавливает файл и соответствующие подпрограммы в такое состояние, что можно начинать работу с устройствами ввода-вывода. Эта команда предшествует использованию команд ПРОЧИТАТЬ, ЗАПИСАТЬ, ПОЛУЧИТЬ и ПОМЕСТИТЬ. Во многих системах каждый файл содержит не только записи данных, но и идентифицирующую его информацию, известную как метка файла. Обычно по команде ОТКРЫТЬ выполняются следующие действия:
1 - чтение и проверка метки входного файла или запись метки выходного файла;
2 - выделение буферов, а для ввода - еще и их первоначальное заполнение;
3 - генерация специальных подпрограмм или сбор параметров для интерпретирующих подпрограмм;
4 - выдача требования на загрузку необходимых стандартных подпрограмм управлением файлами и устройствами.
Команда ЗАКРЫТЬ завершает работу с файлом. Ее выполнение обычно ограничивается:
1 - записью частично заполненных буферов вывода;
2 - освобождением буферов;
3 - записью маркеров конца файла и, возможно, метки конца в выходные файлы;
4 - и, в некоторых случаях, возвратом носителей в исходное состояние (например, перемоткой магнитных лент).
Пары ОТКРЫТЬ/ЗАКРЫТЬ, ПРОЧИТАТЬ/ЗАПИСАТЬ и ПОЛУЧИТЬ/ПОМЕСТИТЬ определяют операции ввода-вывода на трех различных уровнях: файл, блок и логическая запись соответственно. За их правильное исполнение несет ответственность супервизор ввода-вывода, в обязанности которого входит также помещение запросов ввода-вывода в очередь и выбор путей связи для каждого затребованного устройства. Чтобы предотвратить доступ одного процесса к устройству, принадлежащему другому процессу, все запросы к устройству проходят через супервизор, который кроме этого выполняет как обработку нормальных прерываний, так и обработку ошибок. Так как большинство действий супервизора ввода-вывода зависит от специфических особенностей сотни типов устройств, то он одновременно является и самым интересным, и самым большим из основных компонент операционной системы.