Классическая задача. Спящий брадобрей. Защита от инверсий приоритетов Задачи алгоритмов планирования

Важной и часто встречающейся задачей, решение которой требует синхронизации, является задача «Читатели - писатели». Эта задача имеет много вариантов. Определить ее можно следующим образом. Имеются данные, совместно используемые рядом процессов. Данные могут находиться в файле в блоке основной памяти или даже в регистрах процессора. Имеются несколько процессов, которые только читают эти данные (Читатели), и несколько других, которые только записывают данные (Писатели). При этом должны удовлетворяться следующие условия.- Любое число читателей могут одновременно читать файл.- Записывать информацию в файл в определенный момент времени может только один Писатель.- Когда Писатель записывает информацию в файл, ни один Читатель не может его читать. Пример использования - работа с библиотечным каталогом. Другим типичным примером служит система автоматизированной продажи билетов. Процессы «Читатели» обеспечивают нас справочной информацией о наличии свободных билетов на тот или иной рейс. Процессы «Писатели» запускают с пульта кассира, когда он оформляет для нас тот или иной билет. Имеется большое количество как «Читателей», так и «Писателей». Наиболее характерная область использования этой задачи в вычислительной системе - при построении систем управления файлами. Два класса процессов имеют доступ к некоторому ресурсу (области памяти, файлам). «Читатели» - это процессы, которые могут параллельно считывать информацию из некоторой общей области памяти, являющейся критическим ресурсом. «Писатели» - это процессы, записывающие информацию в эту область памяти, исключая при этом и друг друга и процессы «Читатели». Широко распространены следующие условия: 1.Приоритетное чтение: Устанавливается приоритет в использование критического ресурса процесса Читатели. Это означает, что если хотя бы один Читатель пользуется ресурсом, то он закрыт для использования всем Писателям и доступен для использования всем Читателям. При появлении запроса от Писателя необходимо закрыть дальнейший доступ всем тем процессам Читателям, которые выдадут запрос на критический ресурс после него.

15 Задача о спящем брадобрее. Задача о спящем брадобрее. Действие еще одной классической проблемной ситуации межпроцесс-ного взаимодействия разворачивается в парикмахерской. В парикмахерской есть один брадобрей, его кресло и n стульев для посетителей. Если желаю-щих воспользоваться его услугами нет, брадобрей сидит в своем кресле и спит. Если в парикмахерскую приходит клиент, он должен разбудить брадо-брея. Если клиент приходит и видит, что брадобрей занят, он либо садится на стул (если есть место), либо уходит (если места нет). Необходимо запро-граммировать брадобрея и посетителей так, чтобы избежать состояния состя-зания. В решении можно использовать три семафора: customers , для подсчета ожидающих посетителей (клиент, сидящий в кресле брадобрея, не учитыва-ется - он уже не ждет); barbers , количество брадобреев 0 или 1), простаи-вающих в ожидании клиента, и mutex для реализации взаимного исключения. Также используется переменная waiting , предназначенная для подсчета ожи-дающих посетителей. Она является копией переменной customers . Присутст-вие в программе этой переменной связано с тем фактом, что прочитать теку-щее значение семафора невозможно. В этом решении посетитель, заглядывающий в парикмахерскую, дол-жен сосчитать количество ожидающих посетителей. Если посетителей мень-ше, чем стульев, новый посетитель остается, в противном случае он уходит. Когда брадобрей приходит утром на работу, он выполняет процедуру barber , блокируясь на семафоре customers , поскольку значение семафора равно 0. Затем брадобрей засыпает, как показано на рис., и спит, пока не при-дет первый клиент. Приходя в парикмахерскую, посетитель выполняет про-цедуру customer , запрашивая доступ к mutex для входа в критическую об-ласть. Если вслед за ним появится еще один посетитель, ему не удастся что-либо сделать, пока первый посетитель не освободит доступ к mutex . Затем посетитель проверяет наличие свободных стульев, в случае неудачи освобо-ждает доступ к mutex и уходит. Если свободный стул есть, посетитель увели-чивает значение целочисленной переменной waiting . Затем он выполняет процедуру up на семафоре customers , тем самым активизируя поток брадо-брея. В этот момент оба - посетитель и брадобрей - активны. Когда посе-титель освобождает доступ к mutex , брадобрей захватывает его, проделывает некоторые служебные операции и начинает стричь клиента. По окончании 7 стрижки посетитель выходит из процедуры и покидает парикмахерскую. В отличие от предыдущих программ, цикла посетителя нет, поскольку каждого посетителя стригут только один раз. Цикл брадобрея существует, и брадо-брей пытается найти следующего посетителя. Если ему это удается, он стри-жет следующего посетителя, в противном случае брадобрей засыпает. Стоит отметить, что, несмотря на отсутствие передачи данных в проблеме читате-лей и писателей и в проблеме спящего брадобрея, обе эти проблемы относят-ся к проблемам межпроцессного взаимодействия, поскольку требуют син-хронизации нескольких процессов.

16 Алгоритмы планирования процессов.

Алгоритмы планирования процессов

Планирование процессов включает в себя решение следующих задач:

1. определение момента времени для смены выполняемого процесса;

2. выбор процесса на выполнение из очереди готовых процессов;

3. переключение контекстов "старого" и "нового" процессов.

FCFS - Простейшим алгоритмом планирования является алгоритм, который принято обозначать аббревиатурой FCFS по первым буквам его английского названия (первым пришел, первым обслужен). Представим себе, что процессы, находящиеся в состоянии готовность, выстроены в очередь. Когда процесс переходит в состояние готовность, он, а точнее, ссылка на его PCB помещается в конец этой очереди. Выбор нового процесса для исполнения осуществляется из начала очереди с удалением оттуда ссылки на его PCB. Очередь подобного типа имеет в программировании специальное наименование – FIFO (первым вошел, первым вышел). Такой алгоритм выбора процесса осуществляет невытесняющее планирование. Преимуществом алгоритма FCFS является легкость его реализации, но в то же время он имеет и много недостатков. Round Robin (RR) Модификацией алгоритма FCFS является алгоритм, получивший название Round Robin (Round Robin – это вид детской карусели в США) или сокращенно RR. По сути дела, это тот же самый алгоритм, только реализованный в режиме вытесняющего планирования. Можно представить себе все множество готовых процессов организованным циклически – процессы сидят на карусели. Карусель вращается так, что каждый процесс находится около процессора небольшой фиксированный квант времени, обычно 10 – 100 миллисекунд. Пока процесс находится рядом с процессором, он получает процессор в свое распоряжение и может исполняться. Реализуется такой алгоритм так же, как и предыдущий, с помощью организации процессов, находящихся в состоянии готовность, в очередь FIFO. Планировщик выбирает для очередного исполнения процесс, расположенный в начале очереди, и устанавливает таймер для генерации прерывания по истечении определенного кванта времени. При выполнении процесса возможны два варианта. 1.Время непрерывного использования процессора, необходимое процессу (остаток текущего CPU burst), меньше или равно продолжительности кванта времени. Тогда процесс по своей воле освобождает процессор до истечения кванта времени, на исполнение поступает новый процесс из начала очереди, и таймер начинает отсчет кванта заново. 2.Продолжительность остатка текущего CPU burst процесса больше, чем квант времени. Тогда по истечении этого кванта процесс прерывается таймером и помещается в конец очереди процессов, готовых к исполнению, а процессор выделяется для использования процессу, находящемуся в ее начале. На производительность алгоритма RR сильно влияет величина кванта времени. При очень больших величинах кванта времени, когда каждый процесс успевает завершить свой CPU burst до возникновения прерывания по времени, алгоритм RR вырождается в алгоритм FCFS. При очень малых величинах создается иллюзия того, что каждый из n процессов работает на собственном виртуальном процессоре с производительностью ~ 1/n от производительности реального процессора.Shortest-Job-First (SJF) . Гарантированное планирование. При рассмотрении алгоритмов FCFS и RR мы видели, насколько существенным для них является порядок расположения процессов в очереди процессов, готовых к исполнению. Если короткие задачи расположены в очереди ближе к ее началу, то общая производительность этих алгоритмов значительно возрастает. Если бы мы знали время следующих CPU burst для процессов, находящихся в состоянии готовность, то могли бы выбрать для исполнения не процесс из начала очереди, а процесс с минимальной длительностью CPU burst . Если же таких процессов два или больше, то для выбора одного из них можно использовать уже известный нам алгоритм FCFS . Квантование времени при этом не применяется. Описанный алгоритм получил название "кратчайшая работа первой" или Shortest Job First (SJF ). SJF-алгоритм краткосрочного планирования может быть как вытесняющим , так и невытесняющим . При невытесняющем SJF -планировании процессор предоставляется избранному процессу на все необходимое ему время, независимо от событий, происходящих в вычислительной системе. При вытесняющем SJF -планировании учитывается появление новых процессов в очереди готовых к исполнению (из числа вновь родившихся или разблокированных) во время работы выбранного процесса. Гарантированное планирование -При интерактивной работе N пользователей в вычислительной системе можно применить алгоритм планирования, который гарантирует, что каждый из пользователей будет иметь в своем распоряжении ~1/N часть процессорного времени. Пронумеруем всех пользователей от 1 до N. Для каждого пользователя с номером i введем две величины: T i – время нахождения пользователя в системе или, другими словами, длительность сеанса его общения с машиной и τ i – суммарное процессорное время уже выделенное всем его процессам в течение сеанса. Справедливым для пользователя было бы получение T i /N процессорного времени. Если τ i <>T i /N то система явно благоволит к пользователю с номером i. Вычислим для процессов каждого пользователя значение коэффициента справедливости τ i N/T i и будем предоставлять очередной квант времени готовому процессу с наименьшей величиной этого отношения. Предложенный алгоритм называют алгоритмом гарантированного планирования. К недостаткам этого алгоритма можно отнести невозможность предугадать поведение пользователей. Если некоторый пользователь отправится на пару часов пообедать и поспать, не прерывая сеанса работы, то по возвращении его процессы будут получать неоправданно много процессорного времени.

Приоритетное планирование. Алгоритмы SJF и гарантированного планирования представляют собой частные случаи приоритетного планирования . При приоритетном планировании каждому процессу присваивается определенное числовое значение – приоритет , в соответствии с которым ему выделяется процессор. Процессы с одинаковыми приоритетами планируются в порядке FCFS . Для алгоритма SJF в качестве такого приоритета выступает оценка продолжительности следующего CPU burst . Чем меньше значение этой оценки, тем более высокий приоритет имеет процесс. Для алгоритма гарантированного планирования приоритетом служит вычисленный коэффициент справедливости. Чем он меньше, тем больше у процесса приоритет . Алгоритмы назначения приоритетов процессов могут опираться как на внутренние параметры, связанные с происходящим внутри вычислительной системы, так и на внешние по отношению к ней. К внутренним параметрам относятся различные количественные и качественные характеристики процесса такие как: ограничения по времени использования процессора, требования к размеру памяти, число открытых файлов и используемых устройств ввода-вывода, отношение средних продолжительностей I/O burst к CPU burst и т. д. Алгоритмы SJF и гарантированного планирования используют внутренние параметры. В качестве внешних параметров могут выступать важность процесса для достижения каких-либо целей, стоимость оплаченного процессорного времени и другие политические факторы. Высокий внешний приоритет может быть присвоен задаче лектора или того, кто заплатил $100 за работу в течение одного часа. Планирование с использованием приоритетов может быть как вытесняющим , так и невытесняющим . При вытесняющем планировании процесс с более высоким приоритетом , появившийся в очереди готовых процессов, вытесняет исполняющийся процесс с более низким приоритетом . В случае невытесняющего планирования он просто становится в начало очереди готовых процессов. Давайте рассмотрим примеры использования различных режимов приоритетного планирования . Главная проблема приоритетного планирования заключается в том, что при ненадлежащем выборе механизма назначения и изменения приоритетов низкоприоритетные процессы могут не запускаться неопределенно долгое время. Обычно случается одно из двух. Или они все же дожидаются своей очереди на исполнение. Или вычислительную систему приходится выключать, и они теряются. Решение этой проблемы может быть достигнуто с помощью увеличения со временем значения приоритета процесса , находящегося в состоянии готовность.

Размер: px

Начинать показ со страницы:

Транскрипт

1 Классические задачи синхронизации, ч. 2 Читатели и писатели Производители и потребители Спящий парикмахер

2 Читатели и писатели Дана некоторая разделяемая область память К этой структуре данных может обращаться произвольное количество «читателей» и произвольное количество «писателей» Несколько читателей могут получить доступ одновременно, писатели в этот момент не допускаются Только один писатель может получить доступ, другие писатели и читатели должны ждать

3 Решение 1 Первое решение: читатель может войти в критическую секцию, если нет писателей Это решение несправедливо, так как отдает предпочтение читателям Плотный поток запросов от читателей может привести к тому, что писатель никогда не получит доступа к критической секции: ситуация «голодания» (starvation)

4 Решение 2 Отдадим предпочтение писателям, то есть читатель не входит в критическую секцию, если есть хотя бы один ожидающий писатель pthread_mutex_t m; pthread_cond_t cw, cr; int rcnt, wcnt; int wwcnt; // число ожидающих писателей void rdlock() { pthread_mutex_lock(&m); while (wcnt > 0 wwcnt > 0) pthread_cont_wait(&cr, &m); rcnt++; pthread_mutex_unlock(&m); }

5 Решение 2 void wrlock() { pthread_mutex_lock(&m); while (wcnt > 0 rcnt > 0) { wwcnt++; pthread_cond_wait(&cw, &m); wwcnt--; } wcnt++; pthread_mutex_unlock(&m); } void unlock() { // }

6 Решение 2 Данное решение отдает приоритет писателям, и тоже несправедливо Возможно «голодание» (starvation) читателей Третье решение: не отдавать никому приоритета, просто использовать мьютекс

7 Производители-потребители (producer-consumer problem) Дан буфер фиксированного размера (N), в котором размещается очередь. Производители добавляют элементы в конец очереди, если буфер заполнился, производители засыпают Потребители забирают элементы из начала очереди, если буфер пуст, потребители засыпают

8 Производители-потребители int buf[n]; int head, tail; pthread_mutex_t m; pthread_cond_t cc; // consumer condvar pthread_cond_t pc; // producer condvar void put(int x) { pthread_mutex_lock(&m); while ((tail + 1) % N == head) pthread_cond_wait(&pc, &m); buf = x; tail = (tail + 1) % N; if ((head + 1) % N == tail) pthread_cond_signal(&cc); pthread_mutex_unlock(&m); }

9 Производители-потребители int get(void) { int val; pthread_mutex_lock(&m); while (head == tail) pthread_cond_wait(&cc, &m); val = buf; if ((tail + 1) % N == head) pthread_cond_signal(&pc); head = (head + 1) % N; pthread_mutex_unlock(&m); return val; }

10 Спящий парикмахер (sleeping barber) В парикмахерской имеется одно кресло для стрижки и N кресел для ожидающих посетителей Если нет посетителей, парикмахер спит Если приходит посетитель и кресло для стрижки свободно, посетитель садится в него и парикмахер начинает его стричь В противном случае посетитель садится в кресло для ожидающих Если все кресла заняты, посетитель уходит

11 Спящий парикмахер pthread_mutex_t m; pthread_t chair_thr; // кого стрижем int wait_cnt; // сколько посетителей ожидают pthread_cond_t bc; // barber condvar pthread_cond_t cc; // consumer condvar void barber(void) { while (1) { pthread_mutex_lock(&m); while (chair_thr == NULL && wait_cnt == 0) pthread_cond_wait(&bc, &m); pthread_mutex_unlock(&m); make_haircut(); pthread_mutex_lock(&m); chair_thr = NULL; pthread_cond_signal(&cc); pthread_mutex_unlock(&m); }}

12 Спящий парикмахер int consumer(void) { pthread_mutex_lock(&m); if (chair_thr!= NULL && wait_cnt == N) { // no space, leaving pthread_mutex_unlock(&m); return -1; } while (chair_thr!= NULL) { wait_cnt++; pthread_cond_wait(&cc, &m); wait_cnt--; } chair_thr = pthread_self(); pthread_cond_signal(&bc); pthread_mutex_unlock(&m); get_haircut(); return 0; }

13 Обнаружение тупиков Process 1: lock(&a); lock(&b); Process 2: lock(&b); lock(&a); Process 1 A Process 2 B Захваченный ресурс дуга от процесса к ресурсу Ожидаемый ресурс дуга от ресурса к процессу Если в графе есть цикл, система попала в состояние тупика

14 Группы процессов Группа процессов процессы, объединенные для выполнения задачи (например, для выполнения конвейера) Группа процессов выступает как единое целое при Получении сигналов, в особенности, от терминала (например, Ctrl-C SIGINT) При работе с терминалом (основная и фоновые группы процессов) Идентификатор группы процессов это идентификатор одного из процессов в группе

15 Создание группы #include pid_t getpgid(pid_t pid); int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid); Группу процессов можно получить только у процесса из текущей сессии, при этом если pid == 0, возвращается группа процессов текущего процесса Для setpgid pid == 0 означает текущий процесс, pgid == 0 группа процессов с pgid текущего процесса

16 Создание группы, особые случаи setpgid(0, 0); Процесс создает новую группу процессов и помещает в нее себя (выполняется в сыне) setpgid(0, pgid); Процесс помещает себя в существующую группу процессов (в сыне) setpgid(pid, pid); Процесс создает новую группу процессов и помещает туда указанный процесс (в отце)

17 Группы процессов и терминал У терминала может быть одна основная группа процессов и произвольное количество фоновых групп процессов Основная группа процессов: Имеет право чтения с терминала (попытка чтения для фоновой группы процессов вызывает приостановку процесса фоновой группы) Получает сигналы SIGINT, SIGQUIT с терминала

18 Основная группа процессов терминала pid_t tcgetpgrp(int fd); int tcsetpgrp(int fd, pid_t pgrp); fd любой файловый дескриптор терминала (например, 0 стандартный ввод) tcsetpgrp устанавливает основную группу процессов терминала

19 Пример: ls -l wc -l int main(void) { pipe(fds); if (!(pid1 = fork())) { setpgid(0, 0); tcsetpgrp(0, getpid()); dup2(fds, 1); close(fds); close(fds); execlp("/bin/ls", "/bin/ls", "-l", NULL); } setpgid(pid1, pid1); tcsetpgrp(0, pid1); if (!(pid2 = fork())) { setpgid(0, pid1); dup2(fds, 0); close(fds); close(fds); execlp("/usr/bin/wc", "/usr/bin/wc", "-l", NULL); } setpgid(pid2, pid1); close(fds); close(fds); wait(0); wait(0); tcsetpgrp(0, getpgid(0)); return 0; }

20 Процессы-демоны

21 Планирование процессов Планировщик компонента ядра операционной системы Планировщик определяет, какой процесс из числа готовых к выполнению назначается на выполнение на ЦП Типы планировщиков: Пакетный Разделения времени Реального времени

22 Пакетное планирование Цель обеспечить максимальную пропускную способность ВС (то есть максимальное число выполненных задач) Ядро переключается с одного на другой процесс при следующих условиях: Выполнявшийся процесс завершил работу При выполнении возникла фатальная ошибка или процесс исчерпал отведенные ему ресурсы Выполнявший процесс инициировал операцию, которая не может быть выполнена немедленно Процесс запросил добровольное переключение

23 Планирование разделения времени Цель: разделить процессорное время между процессами, готовыми к выполнению Ядро переключается с одного процесса на другой при следующих условиях Процесс завершил работу При выполнении возникла ошибка Процесс инициировал операцию, которая не может быть выполнена немедленно Истек квант времени выполнения процесса Процесс запросил добровольное переключение

24 Классификация процессов По поведению «I/O-bound» - процесс выполняет активный обмен с внешними устройствами и проводит много времени в ожидании ввода-вывода (пример: веб-сервер, редактор текста) «CPU-bound» - процессы, интенсивно занимающие процессорное время (пример: компиляция программ, вычислительные задачи, рендеринг изображений и т. п.)

25 Классификация процессов По назначению: Интерактивные основное время проводят в ожидании пользовательского ввода, при поступлении ввода должны быстро активироваться, чтобы не было ощущения «торможения» Пакетные не ожидают ввода пользователя (компиляторы, численные приложения...)

26 Параметры планирования процессов разделения времени Значение nice: [-20, 19] чем меньше значение, тем выше приоритет. 0 приоритет по умолчанию Приоритет группы процессов: grpnice Приоритет пользователя: usrnice Полный приоритет: nice + grpnice + usrnice отсеченное по интервалу [-20; 19] Нормализованный приоритет normprio = 20 - fullnice, находится в интервале чем больше значение, тем больше приоритет

27 Планирование в Linux Планирование процессов разделено на эпохи В начале каждой эпохи каждому процессу назначается базовый квант base_quantum = normprio/4 + 1 counter число «неотработанных» квантов в эпохе, изначально counter = base_quantum За каждый квант, когда процесс выполняется, значение counter уменьшается на 1 Приоритет: priority = counter + normprio Выбирается процесс с наибольшим приоритетом

28 Планирование в Linux Эпоха заканчивается, когда у всех готовых к выполнению процессов counter == 0 В начале очередной эпохи: base_quantum = counter/2 + normprio/4 + 1 Таким образом приоритет отдается I/O-bound процессам

29 Планирование реального времени Цель: обеспечить минимальное время отклика, то есть время от наступления события до постановки на выполнение процесса, ожидающего этого события Виды планирования реального времени На основе фиксированного расписания На основе статических приоритетов

30 Планирование реального времени Ядро переключается с одного процесса на другой при следующих условиях Процесс завершил работу При выполнении возникла ошибка Процесс инициировал операцию, которая не может быть выполнена немедленно Готов к выполнению процесс с большим приоритетом Истек квант времени выполнения процесса Процесс запросил добровольное переключение

31 Статический приоритет Каждый процесс реального времени имеет статический приоритет Процессы разделения времени имеют статический приоритет 0, то есть назначаются на выполнение, только если нет готовых к выполнению процессов реального времени

32 Типы планирования р.в. SCHED_FIFO нет квантования времени, процесс выполняется, пока не появится более высокоприоритетный процесс, либо процесс не начнет ввод-вывод, либо не будет снят SCHED_RR (round-robin) выполнение квантуется, процессы одного приоритета выполняются по очереди

33 Инверсия приоритета (priority inversion) Предположим, что низкоприоритетный процесс P1 захватил некоторый ресурс R В это время стал готов к выполнению высокоприоритетный процесс P2, которому требуется ресурс R. Процесс P2 ожидает освобождения ресурса R процессом P1 В это время может быть назначен на выполнение среднеприоритетный процесс P3, который еще более отсрочит время освобождения ресурса R процессом P1

34 Инверсия приоритета Проблема возникает, потому что процессы, ожидающие освобождения ресурса неявно получают приоритет процесса, захватившего ресурс. Отсрочка выполнения высокоприоритетного процесса может иметь катастрофические последствия Однозначного решения проблемы не существует Возможный вариант: назначать процессу, захватившему ресурс, максимальный приоритет ожидающего процесса (наследование приоритета)

35 Управление приоритетами в Linux int nice(int inc); void sched_yield(void); int sched_setscheduler(pid_t pid, int policy, const struct sched_param *param);

Содержание 1 Управление заданиями (job control) 1 1.1 Основные концепции................................ 1 1.2 Дополнительность управления заданиями..................... 2 1.3 Управляющий терминал...............................

Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского Факультет Вычислительной математики и кибернетики Операционные системы: аспекты параллелизма Планирование ЦП Линёв А.В. Тема обсуждения Потокам

Алгоритмы планирования потоков Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования Невытесняющие алгоритмы основаны на том, что активному потоку позволяется выполняться, пока он сам, по собственной инициативе,

ГЛАВА 15 Управление заданиями Управление заданиями возможность, стандартизованная в POSIX.1 и предоставляемая многими другими стандартами позволяет одному терминалу выполнять несколько заданий. Задание

Важнейшей частью операционной системы, непосредственно влияющей на функционирование вычислительной машины, является подсистема управления процессами. Процесс (или по-другому, задача) - абстракция, описывающая

Название Лекция 5. Планирование задач Операционные системы 6 ноября 2012 г. Лекция 5 1 / 39 Планирование Начало Цели планирования Основные алгоритмы Определение Политика планирования: (Scheduling Strategy)

Модуль 3. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ 1. Распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, а также занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает

Планирование процессов Многозадачность ОС является многозадачной, если она способна чередовать выполнение нескольких процессов, создавая видимость, что в каждый момент времени работает более одного процесса

Лекция 8. Нити POSIX Эффективное использование IPC - разделяемой памяти и семафоров все таки ограничивается затратами на порождение новых процессов системным вызовом fork/2, даже при использовании технологии

Лекция 2. Подсистема управления процессами. Управление процессами в многозадачной системе заключается в выделении ресурсов ядра для каждого запущенного процесса, осуществлении переключения контекста процессов

UNIX Лекция 4 UNIX. Л.4 1 ПРОЦЕССЫ ОС UNIX Процесс - это задание в ходе его выполнения. П - образ программы, включающий отображение в памяти исполняемого файла, полученного в ходе компиляции, сегментов

Лабораторная работа 4 ЗНАКОМСТВО С ПРОЦЕССАМИ Цель работы Познакомиться с понятием процесса. Научиться получать список имеющихся в системе процессов и управлять их состоянием. 1. Теоретические сведения

Процессы и потоки Операционные системы Лекция 2 Ульяновск, УлГТУ, кафедра «Информационные системы» 1 / 12 Модель процесса Четыре программы, работающие в многозадачном режиме а); концептуальная модель четырех

Основы ОС Unix Сигналы Основы ОС Unix 28.2.08 Слайд 1 из 34 Сегодня Что такое сигнал? Терминология Старые проблемы с сигналами POSIX и Linux сигналы Работа с наборами сигналов Основы ОС Unix 28.2.08 Слайд

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ» Кафедра информатики и процессов управления (17) Курс «Современные операционные системы» Лекция 7 Планирование Москва 2016 Содержание 1. Основные

Сигналы Средство асинхронного взаимодействия процессов Посылаются: Одним процессом другому процессу Ядром ОС процессу для индикации событий, затрагивающих процесс Ядром ОС процессу в ответ на некорректные

4.1 Процессы 4.1.1 Понятие процесса Процесс (задача) - программа, находящаяся в режиме выполнения. С каждым процессом связывается его адресное пространство, из которого он может читать и в которое он может

Операционные системы. Разработка и реализация. Таненбаум Э., Вудхалл А. 3-е изд. - СПб.: Питер, 2007. 704 с. Третье издание классического труда Эндрю Таненбаума " Операционные системы. Разработка и реализация"

Операционные системы Лекция 2 Процессы и потоки (нити). 2.1 Процессы 2.1.1 Понятие процесса Процесс (задача) - программа, находящаяся в режиме выполнения. С каждым процессом связывается его адресное пространство,

Именованные каналы Канал, доступ к которому выполняется через точку привязки файловой системы Ядро создает по одному объекту именованного канала для каждой записи в файловой системе int mkfifo(const char

1 Работа с процессами в POSIX-системах Понятие «процесс» наряду с понятием «файл» относится к основным понятиям операционной системы. Под процессом можно понимать программу в стадии выполнения. С процессом

Занятие 6. Понятие процесса. Состояния процесса. Диспетчеризация. План занятия. 1. Процесс. Классификация процессов. 2. Ресурсы. Классификация ресурсов. 3. Управление процессами. 4. Планирование процессов.

Название Лекция 6. Алгоритмы блокировок Операционные системы 19 ноября 2012 г. Лекция 6 1 / 46 Цели планирования Требования ко взаимным исключениям Требования В любой момент времени в одном критическом

Процессы и потоки Понятия «процесс» и «поток» Процесс (задача) - программа, находящаяся в режиме выполнения. Потоќ выполне ния (thread нить) наименьшая часть программы, исполнение которой может быть назначено

ВСТРОЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ Лекция 4: Статико-динамическое планирование вычислений в системах интегрированной модульной авионики Кафедра АСВК, Лаборатория Вычислительных

СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫЙ КОНСОРЦИУМ УНИВЕРСИТЕТОВ РОССИИ Проект Создание системы подготовки высококвалифицированных кадров в области суперкомпьютерных технологий и специализированного программного обеспечения

Лекция 10. Подходы к синхронизации. Содержание Задача читателей-писателей Замки Подходы к синхронизации Задача читаталей-писателя Задача читателей-писателей Имеется область памяти, к которой обращаются

Планирование процессов в ОС Windows NT Свойства 1) Процессы Windows NT реализованы в форме объектов, и доступ к ним осуществляется посредством службы объектов. 2) Процесс Windows NT имеет многонитевую

Название Мёртвая блокировка Сети Петри Требования к алгоритмам Лекция 6. Алгоритмы блокировок Операционные системы 11 ноября 2016 г. Лекция 6 1 / 65 Пример: сравнение данных POSIX Название Мёртвая блокировка

Реализация параллелизма с использованием «эффективных объектов» Решение задач организации параллелизма приложения происходит традиционно, применяя вытесняющую многозадачность. Такая схема целесообразна,

Операционные системы Лекция 3 Процессы 1 Понятие процесса Операционная система во время работы выполняет одну или несколько программ, планирует задания (совокупность программы, команд для ее выполнения

UNIX Лекция 6 UNIX. Л.6 1 СИГНАЛЫ Прерывания и особые ситуации Прерывания. Внешние устройства ввода-вывода, системные часы и т.п. асинхронно прерывают работу ЦП. По получении сигнала прерывания ядро операционной

Название Лекция 7. Алгоритмы блокировок Операционные системы 24 марта 2016 г. Лекция 7 1 / 48 Пример: сравнение данных POSIX Мёртвая блокировка Сети Петри Требования к алгоритмам Пример Пример (окончание)

RTOS Операционные системы реального времени Страница 1 План лекции Определение операционной системы Особенности встраиваемых ОС Процессы, задачи, нити Системное время Межпроцессное взаимодействие Обработка

UNIX Лекция 5 UNIX. Л.5 1 Зомби и сироты Добавим к известным четырем состояниям процесса еще одно пятое: выполнение процесса в режиме ядра; выполнение процесса в режиме задачи; приостановка; готовность

Параллельность 1 Введение 2 3 Потоки в языке Java Потоки в языке C# Введение Параллельность может возникать на четырех уровнях Уровень машинных инструкций Уровень инструкций высокоуровневого языка программирования

Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева «УТВЕРЖДАЮ» Декан ФРЭИ А.И. Дворсон РАБОЧАЯ ПРОГРАММА По дисциплине «Операционные системы» для направления 230100 «Информатика

Лабораторная работа 4. Варианты Вариант 1: Необходимо решить проблему "Санта Клаус" с использованием библиотеки PTHREAD с учетом следующих ограничений: Санта все время спит, пока его не будет либо все

1 Средства межпроцессного взаимодействия Поскольку адресные пространства каждого процесса изолированы друг от друга, система должна предоставлять процессам средства взаимодействия. Простейшее взаимодействие

Взаимоотношения между процессами.. Операционные системы 2011/12 Татьяна Романова 17 сентября 2011 г. 1 / 29 План на сегодня Терминалы. Группы процессов. Сессии. Концепция сигналов. Надежные и ненадежные

Объекты ядра Windows Типы объектов ядра маркеры доступа / access token события / event файлы / file проекции файлов / file mapping порты завершения ввода-вывода / I/O completion port задания / Job почтовые

Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского Факультет Вычислительной математики и кибернетики Операционные системы: аспекты параллелизма Синхронизация-1 Линёв А.В. Тема обсуждения При

Операционная система FX-RTOS интерфейса HAL Версия 2.2 Содержание Введение... 3 Об этом руководстве... 3 Терминология... 3 Формат описания функций API... 3 Интерфейсы HAL... 5 Управление прерываниями...

Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского Факультет Вычислительной математики и кибернетики Операционные системы: аспекты параллелизма Процессы и потоки Линёв А.В. Тема обсуждения

Технология адаптивного квотирования для построения высоконадежных систем Белохвостиков Эдуард инженер отдела сервисов SWD Software Построение комплексных систем Большая команда, местоположение разработчиков

* 1. Решение задачи взаимоблокировки ресурсов. Взаимоблокировка возникает, когда две и более задач постоянно блокируют друг друга из-за того, что задача каждой из сторон блокирует ресурс, необходимый другой

Домашняя работа 4 (2015) Problem H41: Синхронное чтение-2 Условие этой задачи практически дословно повторяет условие задачи H32, только вместо сигналов должны быть использованы семафоры. Напишите программу,

КВАЗИПЛАНИРОВЩИК ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОСТАИВАЮЩИХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ МНОГОПРОЦЕССОРНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПОД УПРАВЛЕНИЕМ СУППЗ А.В. Баранов, Е.А. Киселёв, Д.С. Ляховец Межведомственный суперкомпьютерный

32. Принципы построения операционных систем. Вычислительный процесс и его реализация с помощью ОС. Управление вычислительными процессами, вводом-выводом, реальной памятью. Принципы построения операционных

Параллелизм Многопоточность Зачем создавать параллельные системы? Природные ограничения Невозможно бесконечно наращивать быстродействие одноядерных процессоров. Пример 1 такт 4 ГГц процессора 0.25 нс.

Лекция 6. Использование файловых дескрипторов. Пользовательский файловый дескриптор Cистемныe вызовы для работы с файлом: 1. open/creat 1 открыть/создать файл с заданными опциями и режимом доступа int

ВГКС Кафедра ПОСТ Курс «Системное программное обеспечение» Лабораторная работа 1 (4 часа) Тема: «Создание потоков в Win32 API для ОС MS Windows». Создается поток функцией CreateThread, которая имеет следующий

ГОУВПО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» Раздел 6. Программное обеспечение управляющих комплексов. Операционные системы Лектор: реального времени проф. кафедры АЭС

Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского Факультет Вычислительной математики и кибернетики Операционные системы: аспекты параллелизма Задача "Производители-Потребители" Потребители

«Операционные системы» Контрольная работа. Задание. Управление процессами. Наиболее сложно объясняемое задание, но я постараюсь объяснить, чтобы было хоть коечто понятно. Итак, нам дана таблица и процесса,

Лекция 22 Топологическая сортировка. 22.1. Представление произвольного дерева в виде двоичного. 22.1.1. В отличие от двоичного дерева произвольное дерево не может быть пустым (по определению оно должно

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» Кафедра электронно-вычислительных средств Д. С. Лихачёв РАЗРАБОТКА

Лабораторная работа 4 Цель: Лабораторная работа предназначена для приобретения практического опыта в создании приложения с использованием языка программирования С++ для математических расчѐтов. Призвана:

Модуль 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ, СРЕДАХ И ОБОЛОЧКАХ 1. Операционная система это 1) комплекс управляющих и обрабатывающих программ 2) компоненты вычислительных машин и вычислительных систем

СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ В WINDOWS Побегайло А. П. Системное программирование в Windows. СПб.: БХВ- Петербург, 2006. - 1056 с: ил. ISBN 5-94157-792-3 Подробно рассматриваются вопросы системного программирования

СОСТАВИТЕЛИ: Рябый В.В., старший преподаватель кафедры математического обеспечения электронно-вычислительных машин Белорусского государственного университета; Побегайло А.П., доцент кафедры технологии

Примитивы синхронизации 2011 В чем основная проблема программных методов взаимоисключения? Невозможно гарантировать неразрывность выполнения отдельных действий: Программа может прерваться в любой момент

Проблема

Аналогия основана на гипотетической парикмахерской с одним парикмахером. У парикмахера есть одно рабочее место и приемная со многими стульями. Когда парикмахер заканчивает подстригать клиента, он отпускает клиента и затем идет в приёмную, чтобы посмотреть, есть ли ждущие клиенты. Если есть, он приглашает одного из них и стрижет его. Если ждущих клиентов нет, он возвращается к своему креслу и спит в нем.

Каждый приходящий клиент смотрит на то, что делает парикмахер. Если парикмахер спит, то клиент будит его и садится в кресло. Если парикмахер работает, то клиент идет в приёмную. Если есть свободный стул в приёмной, клиент садится и ждёт своей очереди. Если свободного стула нет, то клиент уходит. Основываясь на наивном анализе, вышеупомянутое описание должно гарантировать, что парикмахерская функционирует правильно с парикмахером, стригущим любого пришедшего, пока есть клиенты, и затем спящим до появления следующего клиента. На практике есть много проблем, которые могут произойти, которые иллюстрируют общие проблемы планирования.

Все проблемы связаны с фактом, что все действия и парикмахера, и клиента (проверка приёмной, вход в парикмахерскую, занятие места в приёмной, и т. д.) занимают неизвестное количество времени. Например, клиент может войти и заметить, что парикмахер работает, тогда он идет в приёмную. Пока он идет, парикмахер заканчивает стрижку, которую он делает и идет, чтобы проверить приемную. Так как там никого нет (клиент еще не дошел) он возвращается к своему месту и спит. Парикмахер теперь ждет клиента, и клиент ждет парикмахера. В другом примере два клиента могут прибыть в то же самое время, когда в приемной есть единственное свободное место. Они замечают, что парикмахер работает, идут в приёмную, и оба пытаются занять единственный стул.

Проблема спящего парикмахера часто приписывается Эдсгеру Дейкстра (1965), одному из пионеров информатики.

Решение

Доступно множество возможных решений. Основной элемент каждого - mutex , который гарантирует, что изменить состояние (state ) может только один из участников. Парикмахер должен захватить это mutex исключение, прежде чем проверить клиентов, и освободить его, когда он начинает или спать, или работать. Клиент должен захватить mutex, прежде чем войти в магазин, и освободить его, как только он займет место или в приемной, или у парикмахера. Это устраняет обе проблемы, упомянутые в предыдущей секции. Семафоры также обязаны указывать на состояние системы. Например, можно было бы сохранить число людей в приемной.

У варианта с несколькими парикмахерами есть дополнительная сложность координирования нескольких парикмахеров среди ждущих клиентов.

См. также

Проблема курильщиков

Ссылки

Modern Operating Systems (2nd Edition) by Andrew S. Tanenbaum (ISBN 0-13-031358-0)
The Little Book of Semaphores by Allen B. Downey, http://greenteapress.com/semaphores
Cooperating sequential processes by E.W. Dijkstra. Technical Report EWD-123, 1965, Technological University, Eindhoven, The Netherlands.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Проблема

Доступно множество возможных решений. Основной элемент каждого - mutex , который гарантирует, что изменить состояние (state ) может только один из участников. Парикмахер должен захватить это mutex исключение, прежде чем проверить клиентов, и освободить его, когда он начинает или спать, или работать. Клиент должен захватить mutex , прежде чем войти в магазин, и освободить его, как только он займет место или в приемной, или у парикмахера. Это устраняет обе проблемы, упомянутые в предыдущей секции. Семафоры также обязаны указывать на состояние системы. Например, можно было бы сохранить число людей в приемной.

Классическая задача. Читатели и писатели

Дана некоторая разделяемая область память, к этой структуре данных может обращаться произвольное количество «читателей» и произвольное количество «писателей».

Несколько читателей могут получить доступ одновременно, писатели в этот момент не допускаются. Только один писатель может получить доступ, другие писатели и читатели должны ждать.

Первое решение

Читатель может войти в критическую секцию, если нет писателей.

Это решение несправедливо, так как отдает предпочтение читателям

Плотный поток запросов от читателей может привести к тому, что писатель никогда не получит доступа к критической секции – ситуация «голодания» (starvation).

Второе решение

Отдадим предпочтение писателям, то есть читатель не входит в критическую секцию, если есть хотя бы один ожидающий писатель.

Данное решение отдает приоритет писателям, и тоже несправедливо, так как возможно «голодание»

(starvation) читателей.

Третье решение

Не отдавать никому приоритета, просто использовать мьютекс .

Билеты для подготовки к экзамену по Информатике. Трофимов Владислав, Махонин Кирилл

Файловые системы

FAT - File Allocation Table

FAT12 для дискет

FAT16 диски до 2гб

UFAT можно использовать нелатинские символы в названиях

FAT32 имя хранится в заголовке файла

MBR – главная загрузочная запись (размер кластера, место загрузки ОС)

FAT – таблица разметки.

имя файла

свойства файлов

начальная позиция на диске

В последнем байте при фрагментации файла – адрес след. фрагмента файла.

Каждый следующий фрагмент в начале имеет ссылку на предыдущий фрагмент.

HPFS – High Performance File System

Super block – аналог главной загрузочной записи

Spear block – информация в процентном отношении о занятости каждой битовой карты (картотека битовых карт)

Bitmap – битовая карта, аналог FAT, показывает, какие данные записаны (размер 8мб)

Билеты для подготовки к экзамену по Информатике. Трофимов Владислав, Махонин Кирилл

NTFS – New technologies file system

Log MFT – загрузочная запись, аналог mbr

MFT – ссылка на адрес журнала событий (записи о каждом файле на диске(имя, владелец, создатель, атрибуты, дата последнего изменения, наличие мягких и твердых ссылок) размером 1 Кб, или любые другие файлы размером до 1кб). Занимает 12%. Если не хватает, то система будет сдвигать границу.

Инверсия приоритетов возникает, когда два потока, высоко приоритетный (В ) и низкоприоритетный (Н ) разделяют некий общий ресурс (Р ). Предположим, также что в системе присутствует третий поток, приоритет которого находится между приоритетами В и Н . Назовем его средним (С ). Если поток В переходит в состояние готовности когда активен поток Н и Н заблокировал ресурс Р , то поток В вытеснит поток Н и Р останется заблокирован. Когда В понадобится ресурс Р , то он сам перейдет в заблокированное состояние. Если в состоянии готовности находится только поток Н , то ничего страшного не произойдет, Н освободит заблокированный ресурс и будет вытеснен потоком В . Но если на момент блокирования потока В , в состоянии готовности находится поток С , приоритет которого выше чем у Н , то активным станет именно он, а Н опять будет вытеснен, и получит управление только после того, как С закончит свою работу. Подобная задержка вполне может привести к тому, что критическое время обслуживания потока В будет пропущено. Если В это поток жесткого реального времени, то подобная ситуация недопустима.

Какие же механизмы защиты от этой проблемы используют разработчики ОСРВ? Наиболее широко распространенный и проверенный механизм – это наследование приоритетов.

Механизм наследования приоритетов, к сожалению, не всегда может решить проблемы, связанные с блокирование высокоприоритетного потока на заблокированном ресурсе. В случае, когда несколько средне– и низко–приоритетных потоков разделяют некоторые ресурсы с высокоприоритетным потоком возможна ситуация, когда высокоприоритетному потоку придется слишком долго ждать пока каждый из младших потоков не освободит свой ресурс и критический срок обслуживания будет потерян. Однако такие ситуации (разделения ресурсов высокоприоритетного потока) должны отслеживаться разработчиками прикладной системы. В принципе наследование приоритетов является наиболее распространенным механизмом защиты от проблемы инверсии приоритетов.

Другой, несколько менее распространенный метод, называется Протокол Предельного Приоритета (Priority Ceiling Protocol) . Метод этот заключается в добавлении к стандартным свойствам объектов синхронизации параметра, определяемого максимальным приоритетом потока, которые к этому объекту обращаются. Если этот параметр установлен, то приоритет любого потока, обращающегося к этому объекту синхронизации, будет увеличен до указанного уровня, и, таким образом, не сможет быть вытеснен никаким потоком, который может нуждаться в заблокированном им ресурсе. После разблокирования ресурса, приоритет потока понижается до начального уровня. Таким образом, получается нечто вроде предварительного наследования приоритетов. Однако этот метод имеет ряд серьезных недостатков. В первую очередь, на разработчика ложиться работа по «обучению» объектов синхронизации их уровню приоритетов. Во вторых, возможны задержки в запуске высокоприоритетных потоков на время отработки низкоприоритетных потоков. В целом максимально эффективно этот механизм может быть использован в случае, когда имеется один поток жесткого реального времени и несколько менее приоритетных потоков, разделяющих с ним ресурсы.

11.Межпроцессное взаимодействие (англ. Inter-Process Communication, IPC) - набор способов обмена данными между множеством потоков в одном или более процессах. Процессы могут быть запущены на одном или более компьютерах, связанных между собой сетью. IPC-способы делятся на методы обмена сообщениями, синхронизации, разделяемой памяти и удаленных вызовов (RPC). Методы IPC зависят от пропускной способности и задержки взаимодействия между потоками и типа передаваемых данных.

IPC наряду с концепцией адресного пространства является основой для разграничения адресного пространства.

Метод	Реализуется (операционной системой или другим окружением)
Файл	Все операционные системы.
Сигнал	Большинство операционных систем; некоторые системы, как например, Windows, только реализуют сигналы в библиотеке запуска Си, но не обеспечивают их полноценной поддержки для использования методов IPC.
Сокет
Канал
Именованный канал	Все системы, соответствующие POSIX.
Семафор	Все системы, соответствующие POSIX.
Разделяемая память	Все системы, соответствующие POSIX.
Обмен сообщениями (без разделения)	Используется в парадигме MPI, Java RMI, CORBA и других.
Проецируемый в память файл	Все системы, соответствующие POSIX; несет риск появления состояния гонки в случае использования временного файла. Windows также поддерживает эту технологию, но использует API отличный от POSIX.
Очередь сообщений	Большинство операционных систем.
Почтовый ящик	Некоторые операционные системы.

12. Классические проблемы межпроцессного взаимодействия

Проблема обедающих философов

В 1965 году Дейкстра сформулировал и решил проблему синхронизации, названную им проблемой обедающих философов. Проблему можно сформулировать следующим образом: пять философов сидят за круглым столом, и у каждого есть тарелка со спагетти. Спагетти настолько скользкие, что каждому философу нужно две вилки, чтобы с ними управиться. Между каждыми двумя тарелками лежит одна вилка.

Жизнь философа состоит из чередующихся периодов поглощения пищи и размышлений. Когда философ голоден, он пытается получить две вилки, левую и правую, в любом порядке. Если ему удалось получить две вилки, он некоторое время ест, затем кладет вилки обратно и продолжает размышления. Вопрос состоит в следующем: можно ли написать алгоритм, который моделирует эти действия для каждого философа и никогда не застревает.

Ситуация, в которой все программы продолжают работать сколь угодно долго, но не могут добиться хоть какого-то прогресса, называется зависанием процесса.

С точки зрения практики возникают проблемы с эффективностью: в каждый момент времени может есть спагетти только один философ. Но вилок пять, поэтому необходимо разрешить есть в каждый момент времени двум философам. Философ может начать есть, только если ни один из его соседей не ест.

Проблема читателей и писателей

Другой известной задачей является проблема читателей и писателей, моделирующая доступ к базе данных. Представьте себе базу данных бронирования билетов на самолет, к которой пытается получить доступ множество процессов. Можно разрешить одновременное считывание данных из базы, но если процесс записывает информацию в базу, доступ остальных процессов должен быть прекращен, даже доступ на чтение. Как запрограммировать читателей и писателей?

Пока в базе есть хотя бы один активный читающий процесс, доступ остальным читателям разрешается, а они все приходят и приходят. Чтобы избежать такой ситуации, нужно немного изменить программу: если пишущий процесс ждет доступа к базе, новый читающий процесс доступа не получает, а становится в очередь за пишущим процессом.

Проблема спящего брадобрея

В парикмахерской есть один брадобрей, его кресло и п стульев для посетителей. Если желающих воспользоваться его услугами нет, брадобрей сидит в своем кресле и спит. Если в парикмахерскую приходит клиент, он должен разбудить брадобрея. Если клиент приходит и видит, что брадобрей занят, он либо садится на стул (если есть место), либо уходит (если места нет). Необходимо запрограммировать брадобрея и посетителей так, чтобы избежать состояния состязания.

В предлагаемом решении используются три семафора: customers, для подсчета ожидающих посетителей (клиент, сидящий в кресле брадобрея, не учитывается - он уже не ждет); barbers, количество брадобреев (0 или 1), простаивающих в ожидании клиента, и mutex для реализации взаимного исключения. Также используется переменная waiting, предназначенная для подсчета ожидающих посетителей.

13. Взаимоблокировка -это ситуация когда группа процессов находиться в тупиковой ситуации, если каждый процесс из группы ожидает события, которое может вызвать только другой процесс из той же группы.

Выгружаемые ресурсы-безболезненно забрать у владеющего им процесса.

Невыгружаемый ресурс-не может быть безболезненно отобран у процесса.

Алгоритм использования ресурсов в общем виде:

2. Использование ресурсов

3. Возврат ресурсов

Условие взаимоблокировок :

1. Условие взаимного исключения. Каждый ресурс в данный момент времени или отдан ровно одному процессу или доступен.

2. Условие удержания и ожидания. Процессы в данный момент удерживающие полученные раннее ресурсы могут запрашивать новые ресурсы.

3. Условие отсутствия принудительной выгрузки ресурсов. У процесса нельзя принудительным образом забрать полученные ранее ресурсы. Процесс владеющий должен сам освободить ресурсы.

4. Условие циклического ожидания. Должна существовать круговая последовательность из двух или более процессов, каждый из которых ждет доступа к ресурсу, удерживаемому следующим членом последовательности.

Обнаружение и устранение взаимоблокировок:

1. Восстановление при помощи принудительном выпуске ресурса заключается в преднамеренном отборе ресурсов у процесса и используется в основном на системах пакетной обработки данных. Имеет недостаток:не все ресурсы могут быть отобраны у процесса.

2. Восстановление через откат. Заключаться в создании контрольных точек разработчиками в приложениях. После возникновения взаимоблокировки процесс возвращается к ближайшей контрольной точке и вновь начинает свою работу с того момента.

3. Во становление путем уничтожения процессов.Заключается в уничтожении одного из процессов попавших в заимоблокировку. Если уничтожение не помогает, уничтожается следующий из процессов пока не будет разрешена тупиковая ситуация.

Избежание взаимоблокировок:

Состояние безопасно, если оно не находиться в тупике и существует некоторый порядок в планировщике в котором каждый процесс защищен (даже если все процессы захотят получить максимальное кол-во ресурсов).

Предотвращение взаимоблокировок:

1. Атака условия взаимного исключения

Если в системе нет ресурса,представленных в единоличное пользование одному процессу, то никогда не произойдет тупиковой ситуации. Следует избегать выделения ресурсов, когда это не является действительно необходимым и важно пытаться обеспечить ситуацию в которой претендовать на ресурс может минимально количество процессов.

2. Атака условия удержания и ожидания

Программирование процесса таким образом, чтобы они требовали все ресурсы сразу перед началом работы программы.

Недостатки данного способа решения:

· Не все процессы знаю сколько и каких ресурсов им понадобиться до начала работы.

· Ресурсы не будут использоваться оптимально

3. Атака условия отсутствия принудительной выгрузки ресурсов

Не существует нормального способа избежания взаимоблокировки, т.к. принудительное изъятие ресурса у процесса при его работе практически не возможна.

4. Атака условия циклического ожидания

· Управление ресурсами как правило гласят что процессу дано право только на один ресурс в конкретный момент времени. Данное правило может быть задействовано не для всех процессов.

· Общая нумерация всех ресурсов и введения правила в соответствии с которым процесс должен запрашивать несколько устройств согласно последовательности их нумерации. Работает только на сравнительно небольших количествах ресурсов.

5. Алгоритм банкира

Безопасное состояние-это такое состояние для которого иметься хотя бы одна последовательности событий которая не приведет к взаиоблокировке.

Суть алгоритма:

· Предположим, что у системы есть «х» устройств.

· Операционная система принимает запрос от пользовательского процесса, если его макс потребность не превышает «х».

· Пользователь гарантируется, что если операционная система в состоянии удовлетворить его запрос то все устройства будут возвращены в систему в течении конечного промежутка времени.

· Текущее состояние системы называется надежным, если ОС может обеспечить всем процессам их выполнения в течении конечного времени.

· В соответствии с алгоритмом банкира выделения устройств возможно только если состояние системы остается надежным.

Выводы: Имеются различные способы выхода из взаимоблокировок.

· Снятие оператором выполняющимся процессом до тех пор пока не исчезнет взаимоблокировка.

· Рестарт системы с контрольной точки

Контрольная точка - полное состояние ПК сохраненное на внешнем носителе.

14. Выгружаемые ресурсы

См.13й (в интернетах нет нихчего, инфа 146%).

15. Невыгружаемые ресурсы

См.13й.

16. FAT (англ. File Allocation Table - «таблица размещения файлов») - классическая архитектура файловой системы, которая из-за своей простоты всё ещё широко используется для флеш-дисков и карт памяти. В недавнем прошлом использовалась в дискетах, на жёстких дисках и других носителях информации.

Разработана Биллом Гейтсом и Марком МакДональдом (англ.) в 1976-1977 годах. Использовалась в качестве основной файловой системы в операционных системах семейств DOS и Windows (до версии Windows 2000).

Структура FAT следует стандарту ECMA-107 и подробно определяется официальной спецификацией от Microsoft, известной под названием FATGEN.

FAT16	FAT32
Реализована и используется большинством операционных систем (MS-DOS, Windows 95/98/ Me , Windows 2000 и Windows XP , OS/2, UNIX).	На данный момент поддерживается только в Windows 95/98/ Me , Windows 2000 и Windows XP (бородатая статья, даже Висты нет, будьте оптимистами – врите, что все всё реализовали)
Очень эффективна для логических дисков размером менее 256 Мбайт.	Не работает с дисками объемом менее 512 Мбайт.
Поддерживает сжатие дисков, например по алгоритму DriveSpace.	Не поддерживает сжатие дисков.
Обрабатывает максимум 65 525 кластеров, размер которых зависит от объема логического диска. Так как максимальный размер кластеров равен 32 Кбайт, FAT16 может работать с логическими дисками объемом не более 2 Гбайт.	Способна работать с логическими дисками объемом до 2 047 Гбайт при максимальном размере кластеров в 32 Кбайт.
Чем больше размер логического диска, тем меньше эффективность хранения файлов в FAT"16-системе, так как увеличивается и размер кластеров. Пространство для файлов выделяется кластерами, и поэтому при максимальном объеме логического диска файл размером 10 Кбайт потребует 32 Кбайт, а 22 Кбайт дискового пространства пропадет впустую.	На логических дисках объемом менее 8 Гбайт размер кластеров составляет 4 Кбайт.

Максимально возможная длина файла в FAT32 равна 4 Гбайт за вычетом 2 байтов. Win32-приложения могут открывать файлы такой длины без специальной обработки. Остальные приложения должны использовать прерывание Int 21h, функцию 716С (FAT32) с флагом открытия, равным EXTEND-SIZE (1000h).

В файловой системе FAT32 на каждый кластер в таблице размещения файлов отводится по 4 байта, тогда как в FAT16 - по 2, а в FАТ12 - по 1,5.

Старшие 4 бита 32-разрядного элемента таблицы FAT32 зарезервированы и не участвуют в формировании номера кластера. Программы, напрямую считывающие РАТ32-таблицу, должны маскировать эти биты и предохранять их от изменения при записи новых значений.

Файловые системы (NTFS)

Файловая система – это способ организации данных на носителях информации. Файловая система определяет, где и каким образом на носителе будут записаны файлы, и предоставляет операционной системе доступ к этим файлам.

К современным файловым системам предъявляют дополнительные требования: возможность шифрования файлов, разграничение доступа для файлов, дополнительные атрибуты. Обычно файловая система записана в начале жесткого диска.

NTFS (аббревиатура New Technology File System - Файловая Система Новой Технологии ) - стандартная файловая система для семейства операционных систем Microsoft Windows NT.

Представлена 27 июля 1993 вместе с Windows NT 3.1. NTFS разработана на основе файловой системы HPFS (аббревиатура High Performance File System - Высокопроизводительная Файловая Система ), создававшейся Microsoft совместно с IBM для операционной системы OS/2.

Основные особенности NTFS: встроенные возможности разграничивать доступ к данным для различных пользователей и групп пользователей, а также назначать квоты (ограничения на максимальный объём дискового пространства, занимаемый теми или иными пользователями), использование системы журналирования для повышения надёжности файловой системы.

Спецификации файловой системы являются закрытыми. Обычно размер кластера равен 4Кб. На практике не рекомендуют создавать тома более 2ТБ. Жесткие диски только достигли таких размеров, возможно в будущем нас ждет новая файловая система.

Во время установки ОС Windows ХР предлагается отформатировать диск в системе FAT или NTFS . При этом имеется в виду FAT32 .

Все файловые системы построены на принципе: один кластер – один файл. Т.е. один кластер хранит данные только одного файла.

Основное отличие для обычного пользователя между этими системами – размер кластера. «Давным-давно, когда диски были маленькими, а файлы – очень маленькими» это было очень заметно.

Рассмотрим на примере одного тома на диске объемом 120Гб и файла размером 10Кб.

Для FAT32 размер кластера будет 32Кб, а для NTFS – 4Кб.

В FAT32 такой файлзаймет 1 кластер, при этом останется 32-10=22Кб незанятого места.

В NTFS такой файлзаймет 3 кластера, при этом останется 12-10=2Кб незанятого места.

Таким образом, переход от FAT32 к NTFS позволяет более оптимально использовать жесткий диск при наличии большого количества мелких файлов в системе.