Тема. Общие сведения о процессах и потоках.

Понятие прерываний. Вектор прерываний.

Вектор прерываний (interrupt vector) – резидентный массив в оперативной памяти, в котором хранятся доступные по номерам прерываний адреса подпрограмм-обработчиков прерываний (модулей ОС).

Использование процессора (CPU utilization) – поддержание его в режиме занятости максимально возможный период времени.

 

Облегченный процесс (lightweight process) – процесс, выполняемый в том же пространстве виртуальной памяти, что и процесс-родитель.

Процесс (process) - пользовательская программа при ее исполнении в компьютерной системе.

C крипт (script) – командный файл, содержащий часто используемые последовательности команд ОС.

Стек – системный резидентный массив в памяти, создаваемый операционной системой для поддержки выполнения процедур некоторого процесса и хранящий их локальные данные и связующую информацию между ними.

Таймер – системный регистр, содержащий некоторое установленное специальной командой значение времени, которое уменьшается через каждый квант (такт) процессорного времени. Когда значение таймера становится равным нулю, происходит прерывание.

Очереди, связанные с диспетчеризацией процессов.

Асинхронный ввод-вывод – ввод- вывод, выполняемый параллельно с выполнением программы пользователя.

Очередь прерываний – системная структура ОС, обеспечивающая поочередную обработку всех возникших прерываний.

Конвейер (pipe) – конструкция командных языков (shell) системы UNIX, позволяющая использовать стандартный вывод процесса – первого аргумента как стандартный ввод процесса – второго аргумента.

Критическая секция - код, который может выполняться несколькими процессами параллельно и осуществляет доступ к некоторому общему для всех процессов ресурсу – например, глобальной области памяти или общему файлу.

Многоуровневая очередь – совокупность системных очередей, содержащих в отдельных очередях процессы различных классов и приоритетов (например, пакетные и интерактивные).

Синхронный ввод-вывод – операция ввода-вывода, выполнение которой приводит к переходу программы в состояние ожидания, до тех пор, пока операция ввода-вывода не будет полностью завершена.

Коммуникация процессов.

Голодание (starvation) - ситуация в системе, когда процессы с низким приоритетом длительное время ждут и не получают квантов времени процессора.

Возраст (aging) процесса – повышение операционной системой приоритета длительное время находящегося в системе процесса.

Время обработки процесса (turnaround time) – время, необходимое для исполнения какого-либо процесса.

Время ожидания (waiting time) – время, которое процесс ждет в очереди процессов, готовых к выполнению.

Время ответа (response time) – время, требуемое от момента запроса (команды) пользователя до первого ответа системы.

Тема. Взаимодействие и планирование процессов.

Взаимодействие и планирование процессов. Критерии диспетчеризации.

Диаграмма Ганта (Gantt chart) – схема в виде "временной линейки", изображающая имена процессов и временные диапазоны их выполнения, выраженные в некоторых единицах времени.

Диспетчеризация (процессора) – распределение времени процессора между процессами в системе путем поочередного выделения планировщиком операционной системы процессам квантов процессорного времени.

Диспетчеризация без прерывания процессов (non-preemptive) – стратегии диспетчеризации, не использующие прерывания работы процессов при поступлении в систему более коротких или более приоритетных.

Диспетчеризация с прерыванием процессов (preemptive) – стратегии диспетчеризации, использующие прерывания работы процессов при поступлении в систему более коротких или более приоритетных.

Планировщик (scheduler) – компонента ОС, которая выбирает один из нескольких процессов, загруженных в память и готовых к выполнению, и выделяет процессор для одного из них.

Пропускная способность системы (throughput) – (среднее) число процессов, завершающих свое выполнение за единицу времени.

Скрытая активность (латентность) диспетчера (dispatch latency) – время, требуемое для диспетчера, чтобы остановить один процесс и стартовать другой.

Стратегии диспетчеризации.

Стратегия First-Come-First-Served (обслуживание в порядке поступления) – стратегия диспетчеризации, при которой ресурсы процессора предоставляются процессам в порядке их поступления в систему, независимо от потребляемых ими ресурсов.

Стратегия Round Robin (RR, круговая система) – стратегия диспетчеризации, при которой всем процессам по очереди предоставляются одинаковые кванты времени.

Стратегия Shortest Job First (SJF, обслуживание самого короткого задания первым) – стратегия диспетчеризации процессора, при которой процессор предоставляется в первую очередь наиболее короткому процессу из имеющихся в системе.

Стратегия Shortest-Remaining-Time-First (SRTF, обслуживание процесса с минимальным оставшимся временем выполнения) - стратегия диспетчеризации процессора, при которой процессор предоставляется в первую очередь процессу с минимальным оставшимся временем выполнения.

Цикл CPU / I-O – чередование периодов использования процессора и ожидания ввода-вывода.

 

Методы синхронизации процессов

Race condition - несогласованный доступ из параллельных процессов к общим данным.

Алгоритм банкира (banker’s algorithm) - алгоритм Э. Дейкстры для избежания тупиков при распределении ресурсов операционной системой.

Атомарная (atomic) операция – операция, такая, что, если один из параллельных процессов начал ее выполнять, никакой другой процесс до ее завершения не может также начать выполнять эту же операцию над теми же данными.

Безопасная последовательность процессов – такая последовательность процессов <P₁, … P_n>, что для каждого процесса P_i ресурсы, которые он может запросить, могут быть выделены из текущих доступных ресурсов и ресурсов, удерживаемых процессами P_j, где j < i.

Безопасное состояние – состояние, перевод системы в которое не приведет к появлению тупиков.

Взаимное исключение (mutual exclusion) – режим выполнения критической секции, в котором в каждый момент времени ее может выполнять не более чем один из параллельных процессов.

Граф wait-for - ориентированный граф, вершины в которой соответствуют процессам, а дуга проводится из вершины P_i в вершину P_j, если процесс P_i ожидает процесса P_j.

Графическая оболочка – подсистема ОС, реализующая графический пользовательский интерфейс пользователей и системных администраторов с операционной системой.

Двоичный семафор (binary semaphore) – системная переменная, над которой определены операции открытия и закрытия, обеспечивающая в закрытом состоянии прерывание процесса, пытающегося ее закрыть, и добавление его к очереди к закрытому семафору; используется для синхронизации процессов по общим ресурсам.

Дуга потребности (claim edge) – дуга в графе распределения ресурсов, которая ведет из вершины-процесса в вершину- ресурс, обозначается пунктирной линией и означает, что данный процесс может потребовать данный ресурс.

Монитор (как средство синхронизации) – многовходовый модуль в котором определены общие для параллельных процесов данные и набор операций (в виде процедур) над ними, таких, что в каждый момент времени не более чем один из параллельных процессов может выполнять какую-либо операцию монитора

Тупик (взаимная блокировка, deadlock) – ситуация, при которой образуется циклическая цепочка блокированных процессов, бесконечно ждущих друг друга.

Тема. Управление памятью.

Абстракция памяти.

Big endian – архитектура памяти компьютера, при которой нумерация байтов в каждом слове памяти начинается слева, т.е. начиная со старших битов.

Little endian – архитектура памяти компьютера, при которой нумерация байтов в каждом слове памяти начинается справа, т.е. начиная с младших битов.

Ассоциативная память (кэш – cache) – область памяти, размещаемая в более быстродействующей системе памяти и хранящая наиболее часто используемые элементы более медленной памяти вместе с их адресами, с целью оптимизации обращений к ним.

Базовый регистр (base register) – системный регистр, используемый для защиты памяти и содержащий начальный адрес области памяти, выделенной пользовательской программе.

Бит режима – бит, хранящийся в системном регистре и задающий текущий режим выполнения команд: равен 0 для системного режима и 1 – для пользовательского режима.

Внешняя (вторичная) память – расширение основной памяти, обеспечивающее функциональность устойчивой (сохраняемой) памяти большого объема.

Раздел (partition) – смежная область внешней памяти, имеющая в ОС определенное символьное обозначение (например, D:).

Сброс, или резервное копирование (backup) – копирование файлов на устойчивые носители (флэш-память, компакт- диск, ленточный стример и др.), с целью их последующего восстановления при сбое или при ошибке пользователя.

Сборка мусора – поиск не используемых фрагментов в памяти, на которые потеряны ссылки, и уплотнение (компактировка) памяти – сдвиг всех используемых фрагментов по меньшим адресам, с корректировкой всех адресов.

Уплотнение (компактировка) памяти – сдвиг всех используемых фрагментов по меньшим адресам, с корректировкой всех адресов, при сборке мусора.

Внешняя фрагментация – ситуация, когда в системе имеется достаточно большая область свободной памяти, но она не является непрерывной.

Внутренняя фрагментация – ситуация в системе, при которой неэффективно расходуется свободная память, вследствие применения стратегии выделения памяти с точностью до страницы.

Фрагментация – дробление памяти на мелкие свободные части, вследствие неточного совпадения длин имеющихся свободных и требуемых пользовательскому процессу областей памяти.