V(s) : переменная s увеличивается на 1 одним неделимым действием; выборка, инкремент и запоминание не могут быть прерваны, и к s нет доступа другим процессам во время выполнения этой операции.

P(S) : уменьшение S на 1, если это возможно. Если S=0, то невозможно уменьшить S и остаться в области целых неотрицательных значений, в этом случае процесс, вызывающий P-операцию, ждет, пока это уменьшение станет возможным. Успешная проверка и уменьшение также является неделимой операцией.

В частном случае, когда семафор S может принимать только значения 0 и 1, он превращается в блокирующую переменную. Операция P заключает в себе потенциальную возможность перехода процесса, который ее выполняет, в состояние ожидания, в то время как V-операция может при некоторых обстоятельствах активизировать другой процесс, приостановленный операцией P.

Тупики

Одна из проблемм синхронизации - взаимные блокировки (тупики).

Пример тупика. Пусть двум процессам, выполняющимся в режиме мультипрограммирования, для выполнения их работы нужно два ресурса, например, принтер и диск. И пусть после того, как процесс А занял принтер (установил блокирующую переменную), он был прерван. Управление получил процесс В, который сначала занял диск, но при выполнении следующей команды был заблокирован, так как принтер оказался уже занятым процессом А. Управление снова получил процесс А, который в соответствии со своей программой сделал попытку занять диск и был заблокирован: диск уже распределен процессу В. В таком положении процессы А и В могут находиться сколь угодно долго.

Проблема тупиков включает в себя следующие задачи:

• предотвращение тупиков,

• распознавание тупиков,

• восстановление системы после тупиков.

Тупики могут быть предотвращены на стадии написания программ, то есть программы должны быть написаны таким образом, чтобы тупик не мог возникнуть ни при каком соотношении взаимных скоростей процессов.

Монитор - это набор процедур, переменных и структур данных. Процессы могут вызывать процедуры монитора, но не имеют доступа к внутренним данным монитора. Мониторы имеют важное свойство, которое делает их полезными для достижения взаимного исключения: только один процесс может быть активным по отношению к монитору. Компилятор обрабатывает вызовы процедур монитора особым образом. Обычно, когда процесс вызывает процедуру монитора, то первые несколько инструкций этой процедуры проверяют, не активен ли какой-либо другой процесс по отношению к этому монитору. Если да, то вызывающий процесс приостанавливается, пока другой процесс не освободит монитор. Таким образом, исключение входа нескольких процессов в монитор реализуется не программистом, а компилятором, что делает ошибки менее вероятными.

Прерывания - это принудительная передача управления от выполняющейся программы к системе, а через неё к соответствующей программе обработки прерываний, происходящая при определенном событии. Основная цель введения прерываний - реализация асинхронного режима работы и распараллеливания работы отдельных устройств вычислительного комплекса.

Во многих ОС секция обработки прерываний выделяется в специальный программный модуль, наз. супервизором прерываний. Этот модуль сохраняет в дескрипторе текущей задачи рабочие регистры процессора, которые определяют контекст прерываемого вычислительного процесса. Определяет ту подпрограмму, которая должна выполнять действия связанные с обслуживанием текущего запроса на прерывание. Перед тем. как передать управление этой подпрограмме супервизор прерываний устанавливает необходимый режим обработки прерывания. После выполнения подпрограммы управление передается вновь супервизору, но уже на тот модуль, который занимается диспетчеризацией задач. Диспетчер задач в свою очередь, в соответствии с принятым режимом распределения процессорного времени между выполняющимися процессами восстановит контекст той задачи, которой будет решено выделить процессор.

Обработка прерываний при участии супервизора ОС.

1. отключение прерываний. Производится в соотв. модулях ОС. Сохранение контекста прерванной задачи. Установка режима системы прерываний.

2. определение адреса программного модуля. который обслуживает запрос на прерывание и передача управления на него. Включение подпрограммы обработки прерываний.

Диспетчер задач: выбор готовой к выполнению задачи на основе принятой дисциплины обслуживания. Восстановление контекста прерванной задачи. Установление прежнего режима работы системы прерываний и передача управления этой задаче.

Процессы подразделяются на системные и пользовательские. Системные процессы принадлежат административным учетным именам, автоматически порождаются при старте системы и выполняются в режиме ядра. Они могут непосредственно манипулировать внутренними данными и структурами ядра. Пользовательские процессы принадлежат обычным - не административным учетным именам, исполняются в пользовательском режиме и для доступа к таблицам ядра используют системные вызовы.

14. Структура ядра ОС: монолитное ядро, микроядро; планирование и диспетчеризация: планирование с переключением и без переключения, выбор величины кванта, алгоритмы планирования (FIFO, RR, SJF, SRT, HNR), многоуровневое планирование.

Монолитное ядром хар-ся тем, что драйверы являются частью ядра и не имеют права исполнять обычные системные вызовы. Ни один пользовательский процесс не может получить управление, пока какой-то из модулей ядра активен.

Микроядро - это минимальная функционально полная часть операционной системы, которая обычно состоит из планировщика и базовых средств передачи данных между процессами и синхронизации. Микроядро, таким образом, реализует базовые функции ОС, на которые опираются другие системные службы и приложения. Модули системы, не включенные в микроядро, являются отдельными процессами, взаимодействующими с ядром и друг с другом.

Алгоритмы планирования без переключений выбирают процесс и позволяют работать ему вплоть до блокировки, или пока он сам не отдаст процессор. Процесс не будет прерван, даже если он работает часами. Т. е. решения планирования не принимаются по прерываниям таймера. После обработки преравания таймера управление всегда возвращается приостановленному процессу.

Алгоритмы планирования с переключениями, выбирают процесс и позволяют работать ему некоторое максимально возможное фиксированное время. Если к концу заданного интервала процесс все еще работает, он приостанавливается и управление переходит к другому процессу. Приоритетное планирование требует прерываний по таймеру, происходящих в конце отведенного периода времени, чтобы передать управление планировщику.