- •Дисциплины замещения сегментов в памяти
- •Дисциплины замещения страниц в Unix и Windows системах.
- •Классификация ос. Архитектурные особенности ос
- •Контекст процесса и его состояния
- •Простейшая диаграмма состояний процесса
- •Механизмы межпроцессного взаимодействия (каналы, очереди сообщений, разделяемая память)
- •Механизмы синхронизации: блокирующие переменные, семафоры, мониторы. Блокирующие переменные (мьютексы):
- •Семафоры
- •Мониторы (условные переменные)
- •Мультипрограммирование. Особенности реализации мультипрограммирования в системах пакетной обработки, разделения времени, реального времени, с мультипроцессорной обработкой
- •1) Реализация защитных механизмов.
- •2) Наличие прерываний.
- •3) Развитие параллелизма в архитектуре.
- •Общая схема обработки прерываний в однопрограммной ос.
- •Оверлейный способ распределения памяти.
- •Основное отличие процессов и потоков.
- •Особенности реализации мультипрограммирования в системах пакетной обработки, разделения времени, реального времени, с мультипроцессорной обработкой.
- •12. Особенности эффективного использования таблицы страниц: многоуровневые таблицы страниц, ассоциативная память, инвертированная таблица страниц, хеширование.
- •Параллельные процессы, синхронизация процессов, пример необходимости синхронизации, критическая секция.
- •Планирование процессов и потоков: критерии, виды, алгоритмы планирования.
- •Понятие и структура ос. Эволюция вычислительных и ос. Основные функции ос
- •Понятие пространственной и временной локальности
- •Понятие процесса и потока. Создание процессов и потоков. Управляющие структуры процессов и потоков.
- •Понятия дорожки, сектора, блока на жестком диске
- •Принцип работы ассоциативной памяти. Ассоциативная память
- •Принципы построения файловой системы: интерфейс, функциональная схема, типовая структура файловой системы.
- •Проблемы синхронизации (тупики) и способы их разрешения
- •Распределение памяти: общие принципы управления памятью в однопрограммных ос, распределение памяти фиксированными, динамическими, перемещаемыми разделами.
- •Роль прерываний при мультипрограммировании.
- •Сегментное распределение памяти
- •Способы выделения дискового пространства. Управление дисковым пространством. Размер логического блока
- •Страничное распределение памяти
- •Управление памятью: задачи управления, типы адресации.
- •Физическая организация жесткого диска
- •Что понимается под «пробуксовкой» страниц памяти?
Понятия дорожки, сектора, блока на жестком диске
Дорожка (Track) - концентрическая окружность, которое может прочитать головка в одной позиции. Нумерация дорожек начинается с внешней (первая имеет номер - 0).
Сектор - на сектора разбивается каждая дорожка, сектор содержит минимальный блок информации. Нумерация секторов начинается от маркера.
Совокупность дорожек одного радиуса на всех поверхностях всех пластин пакета называется цилиндром (англ. cylinder). Каждая дорожка разбивается на фрагменты, называемые секторами или блоками, так что все дорожки имеют равное число секторов, в которые можно максимально записать одно и то же число байт. Сектор имеет фиксированный для конкретной системы размер, выражающийся степенью двойки (чаще всего – 512 байт).
Сектор – наименьшая адресуемая единица обмена данными дискового устройства с ОП.
Для того чтобы контроллер мог найти на диске нужный сектор, необходимо задать ему все соответствующие адреса сектора: номер цилиндра, номер поверхности и номер сектора.
ОС при работе с диском использует, как правило, собственную единицу дискового пространства, называемую кластером (логическим блоком).
При создании файла место на диске ему выделяется кластерами, который состоит из одного или нескольких смежных секторов.
Например, если файл имеет размер 2560, а размер кластера в файловой системе определен в 1024 байта, то файлу будет выделено на диске 3 кластера.
Дорожки и секторы создаются в результате выполнения процедуры физического (низкоуровневого) форматирования диска.
Принцип работы ассоциативной памяти. Ассоциативная память
Поиск номера кадра, соответствующего нужной странице, в многоуровневой таблице страниц требует нескольких обращений к основной памяти, поэтому занимает много времени. В некоторых случаях такая задержка недопустима.
Решение проблемы ускорения – снабдить компьютер (процессор) аппаратным устройством для отображения виртуальных страниц в физические без обращения к таблице страниц, то есть иметь небольшую быструю кеш-память, хранящую необходимую на данный момент часть таблицы страниц.
Это устройство называют ассоциативной памятью или буфером поиска трансляции (translation lookaside buffer - TLB).
Высокое значение вероятности нахождения данных в ассоциативной памяти связано с наличием у данных объективных свойств: пространственной и временной локальности.
Структура кэш памяти
Адрес данных в ОП |
Данные |
Управл. информация |
|
|
|
бит модиф. |
бит обращ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Общая схема функционирования
В первый момент времени осуществляется поиск информации о необходимой странице в ассоциативной памяти. Если нужная запись найдена, то производится отображение этой страницы в физическую память (за исключением случаев нарушения привилегий, когда запрос на обращение к памяти отклоняется).
Если запись в ассоциативной памяти отсутствует, отображение осуществляется через таблицу страниц: происходит замена одной из записей в ассоциативной памяти найденной записью из таблицы страниц (конструкция ассоциативной памяти должна позволять выявлять те «старые» записи, которые могут быть замещены «новыми»).
Одна запись таблицы в ассоциативной памяти содержит информацию об одной виртуальной странице: ее атрибуты и кадр, в котором она находится (поля в точности соответствуют полям в таблице страниц).
Число удачных поисков номера страницы в ассоциативной памяти по отношению к общему числу поисков называется hit ratio («процент попаданий в кэш»).
Обращение к одним и тем же страницам повышает hit ratio (чем больше hit ratio, тем меньше среднее время доступа к данным, находящимся в ОП).
Пример: Если для доступа к памяти через таблицу страниц необходимо 100 нс, а для доступа через ассоциативную память – 20 нс. Если hit ratio = 90%, то среднее время доступа -> 0,9x20+0,1x100=28нс.
Минус: При переключении контекста процесса при использовании ассоциативной памяти требуется ее «очистка», что ведет к увеличению времени переключения контекста.