34. Проблема предотвращения «пробуксовки» системы

Идея эффективной работы механизма виртуальной памяти осно­вана на том факте, что любой программе для своей работы в течение небольшого интервала времени требуется лишь небольшая часть её программного кода. Иными словами, после загрузки в память оче­редной страницы (сегмента) некоторое время обращения к памяти будут осуществляться в пределах данной страницы без необходимо­сти загрузки дополнительных страниц.

Чем больше страниц (сегментов) данной программы одновремен­но находится в оперативной памяти, тем меньше прерываний по от­сутствию страниц будет генерироваться, тем быстрее будет выпол­няться программа. К сожалению, в некоторых «предельных» случа­ях это правило нуждается в коррекции.

Каждое прерывание по отсутствию страницы заставляет про­грамму войти в состояние блокировки и ждать, пока системой будет загружена необходимая страница. Загрузка страницы может быть выполнена, как правило, лишь на место какой-то другой страницы, уже имеющейся в памяти. Поскольку заранее невозможно предска­зать какая из страниц понадобится в следующий момент, выбор стра­ницы, которая будет вытолкнута из оперативной памяти, представ­ляет серьёзную проблему.

Теоретически любая программа может выполняться в системе лишь на одной странице, перезагружая её по мере необходимости. Однако при этом время, расходуемое на перезагрузку страницы, бу­дет на несколько порядков больше времени, в течение которого вы­полняются команды программы. В результате производительность системы резко упадёт. Такая ситуация называется «пробуксовкой системы».

Замечено однако, что на протяжении своего жизненного цикла в системе (времени выполнения) в течение определённых интерва­лов времени каждая программа обращается лишь к ограниченному набору своих адресов памяти. Это свойство получило название ло­кальности.

Если обеспечить загрузку в оперативную память всех страниц, необходимых программе для работы на данном этапе, то в течение некоторого интервала времени программа будет выполняться, не ге­нерируя прерываний по отсутствию страниц, то есть так, как будто весь её код находится в оперативной памяти.

Такое множество страниц, обеспечивающее программе работу без прерываний по отсутствию страниц в течение некоторого вре­мени, получило название «рабочего множества».

В течение времени работы программы её рабочее множество по­степенно меняется. Оно может становиться больше или меньше. За­дача операционной системы отследить изменение рабочего множе­ства и, по-возможности, обеспечить его для каждой загруженной программы.

35. Проблема эффективности при планировании процессов в системе

Дисциплина планирования должна:

• относиться ко всем процессам одинаково (ни один процесс не должен пострадать из-за бесконечного откладывания);

• обеспечить максимальную пропускную способность системы;

• обеспечить для максимального числа пользователей приемле­мые времена ответа;

• быть предсказуемой. Время выполнения задания не должно зависеть от нагрузки на систему;

• сбалансировать использование ресурсов (предпочтение отдаёт­ся тем процессам, которые используют недогруженные ресурсы);

• учитывать приоритеты.

Планирование может быть эффективным лишь в смысле дости­жения конкретных целей. Среди этих целей могут рассматриваться:

• максимальное количество завершившихся процессов в единицу времени;

• максимальное количество процессов, обслуживаемых системой;

• минимум простаивающих ресурсов системы;

• высокая надёжность работы системы;

• низкие накладные расходы при эксплуатации системы;

• получение максимальной прибыли от эксплуатации системы; и многие другие.

Многие из этих целей противоречат друг другу, что делает пла­нирование весьма сложной проблемой.

Для достижения указанных целей механизм планирования дол­жен учитывать:

• лимитируется ли процесс вводом-выводом;

• лимитируется ли процесс центральным процессором;

• является ли процесс пакетным или диалоговым;

• насколько часто при выполнении процесса возникают преры­вания по отсутствию в оперативной памяти нужных страниц;

• сколько времени уже использовал данный процесс;

• сколько ещё времени требуется данному процессу для завер­шения.