|
|
Вопросы к экзамену по дисциплине Операционные системы. [2 курс] Вопросы к экзамену Операционные системы. Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине " Операционные системы "
ВОПРОСЫ
для подготовки к экзамену по дисциплине
"Операционные системы" Введение
Дайте определение операционной системе.
Операционная система – это набор программ (обычных и микро), которые обеспечивают пользователю возможность использования аппаратуры компьютера и его ресурсов в удобном для него виде.
Какова роль операционной системы в комплексе человек–вычислительная машина?
Именно она формирует интерфейс между аппаратурой компьютера и человеком, причем задача создателей ОС состоит в том, чтобы сделать этот интерфейс, как теперь принято говорить, как можно более дружественным. Свойства ОС зачастую оказываются не менее важными, чем свойства аппаратуры. Известны случаи, когда переход с одной ОС на другую на одной и той же машине приводил почти к пятикратному ускорению разработки программ. На “голой” машине в современном мире не работает практически никто, и именно это определяет интерес к операционным системам.
Какие факторы влияют на развитие операционных систем?
Поколения ОС также как и аппаратные средства отражают достижения в области электронных компонентов: 1 поколение – лампы, 2 поколение – транзисторы, 3 поколение – интегральные микросхемы (ИС), 4 поколение большие и сверхбольшие интегральные схемы – БИС и СБИС.
Как осуществлялось управление вычислительной машиной операционными системами нулевого поколения?
ОС в современном понятии отсутствуют. Полный доступ к ресурсам ВМ осуществляется программами, написанными в двоичном коде и реализующими машинный язык. Компьютеры использовались в монопольном интерактивном режиме, причём основное время работы компьютера приходилось на ожидание каких-либо действий пользователя или программиста
Чем характерно первое поколение операционных систем?
Возникновение системы пакетной обработки, предусматривающей:
постоянное нахождение в машине управляющей программы;
формирование очереди задач, включающих в себя программу и данные;
выполнение в каждый момент работы ВМ одной прикладной программы;
формирование задания на выполнение программы в виде пакета, представляющего собой совокупность отдельных программ и данных, разделенных специальными символами;
вывод результатов выводятся на внешнее устройство в форме пакета результатов.
Пользователь общается с машиной через оператора, который принимает пакеты задач и выдаёт пакеты результатов.
Что такое пакет и пакетная обработка данных?
Пакет может быть составлен на перфокартах или МЛ. В машине постоянно находится управляющая программа, которая считывает последовательно пользовательские программы и данные из пакета и загружает их на выполнение. Управляющая программа должна фиксировать время исполнения каждой программы, реагировать на определенные ситуации по управлению программами по мере их исполнения (прекращать выполнение). Другими словами, она должна выполнять внутрисистемные операции управления, которые пользователь осуществлял ранее на физическом уровне. Дополнительно эта программа должна автоматически переключать машину на исполнение программ из пакета по последовательной схеме (FIFO). Такую системную программу можно назвать простейшей ОС, обеспечивающей обработку программ в однопрограммном пакетном режиме.
Каковы недостатки однопрограммной пакетной обработки данных?
Недостатки:
использование части машинного времени на выполнение системной управляющей программы;
простои процессора до завершения операций обмена данными между машиной и внешними устройствами;
простой внешних устройств во время вычислений.
Что такое мультипрограммный пакетный режим обработки данных?
В мультипрограммном пакетном режиме в начале работы формируется пакет задание, содержащий требования к системным ресурсам, а из полученного пакета – мультипрограммная смесь задач, отличающихся по требованиям к ресурсам, в которой нагрузка на процессор и внешние устройства была сбалансирована. Переключение процессов с выполнения одной задачи на другую происходит только в том случае, если активная задача сама отказывается от процессора, например, для выполнения операции ввода/вывода, что делает невозможным выполнение интерактивных задач.
Что такое разделение времени?
Системы с разделением времени (РВ), предоставляли пользователям возможность непосредственно взаимодействовать с компьютером при помощи терминалов сначала телетайпного типа, а в последующем и с помощью клавиатуры и дисплея. В этих системах реализовывались диалоговый или интерактивный режимы.
Разделение времени предусматривает выделение каждой программе, готовой к выполнению, определенного интервала времени (кванта). Программа в течение одного кванта может быть не выполнена до конца, тогда она прерывается в момент окончания кванта и помещается в конец очереди программ. Из начала очереди извлекается другая программа, которой планируется свой квант времени. При этом пользователи, работающие за дисплеями, не ощущают переключение (мультиплексирования) процессора с программы на программу.
Что такое операционные системы реального времени?
Системы реального времени применялись для управления техническими объектами и гарантировали реакцию вычислительной машины на сигналы управления в течение некоторого предельно допустимого времени.
Особенностью второго поколения было и то, что ОС создавались как системы коллективного пользования с мультипрограммным режимом работы и как первые системы мультипроцессорного типа.
В то же время появились методы, обеспечивающие независимость программирования от внешних устройств. В программе необходимо указывать только тип устройства, а не программировать его физический адрес. Конкретный адрес устройства определялся в процессе выполнения программы. Это было серьезное достижение в развитии ОС.
Как кратко охарактеризовать операционные системы третьего поколения?
Третье поколение (70-80 гг.) было поколением многорежимных систем, обеспечивающих пакетную обработку, разделение времени, режим реального времени и мультипроцессорный режим. Они были громоздкими, дорогостоящими монстрами. Например, фирме IBM разработка ОС/360 стоила 6 млрд. долларов, что соизмеримо с затратами американской программы NASA высадки человека на Луне. Эти системы значительно усложнили вычислительную среду, поэтому для выполнения простейшей программы необходимо было изучать сложные языки управления заданием (JCL – Job Control Language).
Что такое вытесняющая многозадачность?
Вытесняющая многозадачность — это вид многозадачности, при которой операционная система может временно прервать текущий процесс без какой-либо помощи с его стороны.
Что такое приоритетное планирование?
При приоритетном планировании каждому процессу присваивается определенное числовое значение – приоритет, в соответствии с которым ему выделяется процессор.
Что такое квоты в операционных системах и что они в них определяют?
Квоты - это опциональная возможность операционной системы, которая позволяет ограничивать объем дискового пространства и/или количество файлов для конкретного пользователя или членов определенной группы в рамках одной файловой системы.
Что такое мультипроцессорный режим?
Многопроцессорный режим – режим многопрограммной обработки информации, реализуемый на вычислительной системе, которая включает в себя не менее двух центральных процессоров, обменивающихся информацией через общее поле памяти. Эти процессоры либо производят параллельную обработку информации в пределах одной задачи, либо решают несколько различных задач.
В каком поколении операционных систем стали активно поддерживаться вычислительные сети?
Четвертое поколение (с середины 70-х до 90-х гг.) развивалось в период удешевления стоимости вычислительной техники в условиях внедрения микропроцессоров, позволивших дать компьютер практически каждому пользователю. В этот период бурно развиваются вычислительные сети и средства оперативной обработки данных (on-line). Возникло понятие сетевого компьютера, способного получать все ресурсы через компьютерную сеть.
Что такое сетевой компьютер?
Сетевой компьютер — компьютер, являющийся компонентом архитектуры компьютер-сеть и имеющий упрощённые структуры в отличие от персонального компьютера (небольшой объём памяти, возможно отсутствие дисковода и т. п.). Это аппаратная часть для выполнения программы сетевого компьютерного терминала. В качестве сетевого компьютера могут использоваться устаревшие модели персональных компьютеров, объединённые в большую иерархичную сеть грид-вычислений, в которой также присутствуют сервера. В сетевом компьютере может отображаться экран входа в учётную запись пользователя в операционную систему с дальнейшим отображением рабочего стола. А сама операционная система установлена на сервере.
Что такое виртуальный ресурс?
Виртуальный ресурс – модель, построенная на основе одного или нескольких физических ресурсов и при его распределении, используются характеристики, отличные от характеристик физических ресурсов, на основе которых построен данный виртуальный ресурс.
Что такое технология Клиент – Сервер?
Технология распределённой обработки данных Клиент - Сервер, которая предусматривает существование двух процессов (документов или устройств) – клиента (потребителя информации) и сервера (поставщика информации).
В каком поколении операционных систем одной из важнейших задач стала защита данных?
В четвертом поколении.
Какую особенность имеют операционные системы пятого (последнего на сегодняшний день) поколения?
Пятое поколение (с середины 90-х гг.) операционных систем стало поколением операционных систем с широкой поддержкой беспроводной связи для мобильных устройств.
Основные понятия
Перечислите основные функции операционной системы?
Основными функциями операционной системы являются:
приём от пользователя или оператора машины заданий или команд, сформулированных на соответствующем языке, и их обработка;
загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ;
распределение памяти, а в большинстве современных систем и организация виртуальной памяти;
запуск программы на исполнение, т.е. передача ей управления;
идентификация всех программ и данных;
приём и исполнение различных запросов от выполняющихся программ;
обслуживание всех операций ввода-вывода;
обеспечение систем управления файлами и систем управления базами данных;
обеспечение режима мультипрограммирования;
планирование и диспетчеризация задач в соответствии с принятыми стратегией и дисциплиной обслуживания;
организация механизма обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами;
обеспечение взаимодействия связанных компьютеров (для сетевых операционных систем);
защита от воздействия исполняемой программы на другие программы и саму операционную систему;
проверка соответствия логина и пароля пользователя на соответствие данным учетной записи и назначение ему прав доступа (привилегий);
удовлетворение жёстким ограничениям на время ответа в режиме реального времени (для операционных систем реального времени);
обеспечение работы систем программирования;
предоставление услуг на случай частичного сбоя системы.
Что такое привилегированные и непривилегированные команды?
Из курса информатики известно, что программы, существующие в виде исполняемых файлов, состоят из машинных команд. Легко сообразить, что машинные команды операционной системы и программ пользователей имеют разную значимость для работы вычислительной системы. Для команд программ пользователей и многих команд операционной системы накладываются ограничения на доступ к различным областям оперативной памяти. Их выполнение может быть отложено по различным причинам. Такие команды называются непривилегированными. И, напротив, существуют команды, исполнение которых не может быть отложено, и которые имеют доступ к любым областям оперативной памяти. Такие команды называются привилегированными.
Что такое модули операционной системы?
Как уже указывалось, что операционная система представляет собой набор программ. Эти программы называются модулями операционной системы.
Что такое ядро операционной системы?
Модули, которые должны находиться в памяти постоянно.
Что такое монолитное ядро?
Это объединение модулей ядра в единую программу.
Нарисуйте и поясните структуру слоёной операционной системы?
Показан пример ядра операционной системы с пятью уровнями. Самый низкий уровень Hardware является уровнем, модули которого выполняют роль посредников между программным обеспечением и аппаратной частью вычислительной системы. На следующем уровне находятся супервизоры, команды которых являются привилегированными и имеют наивысший приоритет (значимость для вычислительной машины). На следующих уровнях находятся модули управления памятью, драйверы и модули интерфейса пользователя. Операционные системы с немонолитным ядром называются слоёными системами. Они имеют более низкую эффективность по сравнению с системами с монолитным ядром.
Граница ядра показана жирной линией. Она на рисунке является и границей привилегированного режима. В области непривилегированного режима находятся непривилегированные модули операционной системы и программы пользователей.
Что такое супервизор?
Супервизор — центральный (главный) управляющий модуль операционной систем, команды которого являются привилегированными и имеют наивысший приоритет (значимость для вычислительной машины).
Что такое микроядерная операционная система?
В настоящее время разрабатываются операционные системы с ядром минимального объёма. В таких системах за границу привилегированного режима выносятся и драйверы, и менеджеры памяти, сети и файловой системы. Такие операционные системы называются микроядерными, а само ядро в этом случае называется микроядром.
Что такое BIOS, где она находится при старте вычислительной машины и где помещается во время её работы?
Важной составной частью операционной системы является базовая система ввода-вывода (BIOS), которая обеспечивает микропроцессору низкоуровневый доступ к устройствам ввода и вывода. Эта система помещается в постоянное запоминающее устройство и при запуске машины перегружается в оперативную память.
Что такое переносимый и непереносимый модуль операционной системы?
Что такое системный запрос?
Обращения программ для получения системных функций и сервисов называются системными запросами.
Что такое интерфейс прикладного программирования?
Совокупность системных вызовов и правил их применения называется интерфейсом прикладного программирования (API).
Что такое операционная среда?
Набор функций и сервисов, предоставляемых операционной системой, а также правил обращения к ним называется операционной средой.
В чём причина отказа работы программы пользователя при запуске её в другой операционной системе?
Программа, созданная для работы в некоторой операционной системе, вряд ли будет работать в другой. Причина отказа от работы в том, что, скорее всего, у неё будет другой API.
Как обеспечить переносимость программ из одной операционной системы в другую?
Однако программным способом можно создать в другой операционной системе необходимое подмножество программ, которые будут посредниками между переносимой программой и операционной системой и создадут промежуточный API. Такое подмножество программ называется программной средой. Именно за счёт множества программных сред операционная система Windows XP способна выполнять 16-разрядные приложения, написанные под MS DOS, Windows 3.х и первую версию OS/2.
Что такое очередь, и как она работает?
Очередь и стек – это особые формы организации памяти с автоматическим определением адресов записи чтения данных. Для их организации используются ячейки памяти со смежными адресами, т.е. расположенные в запоминающем устройстве одна за другой, и специальные ячейки для хранения адресов размещаемых в них и извлекаемых из них данных. Очередь организуется по принципу первым "пришёл – первым ушёл", т.е. записываемые данные ставятся в конец очереди, а читаемые – в начало. По мере чтения данных происходит продвижение оставшихся данных на одну позицию вправо. Это напоминает обычную очередь на обслуживание, например, живую очередь в кассу магазина. В специальных ячейках памяти хранятся адреса начала очереди и её конца. Возможно вычисление адреса извлекаемых данных по адресу начала очереди А1 и длине очереди в байтах L.
Как происходит адресация в стеке?
При записи данных в стек адрес увеличивается на длину данных и стек наращивается в сторону увеличения адреса, т.е. длина стека растёт влево.
Что такое стек, и как он работает?
Стек организуется по принципу "последний пришёл – первый ушёл" и напоминает детскую пирамидку – основание и перпендикулярный к нему стержень, на который надеваются кольца. Адрес А1 называется вершиной стека. При записи данных в стек адрес увеличивается на длину данных и стек наращивается в сторону увеличения адреса, т.е. длина стека растёт влево.
Можно ли прочитать данные, записанные в стек, после их считывания?
Предельные длины стека и очереди фиксируются как служебная информация. Переполнение стека и очереди, а также попытка чтения данных из пустых указанных структур является нештатной ситуацией и может вызвать как сообщение об ошибке выполнения программы, так и крах операционной системы, самым лучшим исходом которого является "зависание программы", т.е. отсутствие реакции вычислительной машины на любые действия оператора.
Что такое машинная команда? Какова её структура (формат)?
Машинная команда – это последовательность битов длиной в 1,2 и более байтов, которая определяет выполняющуюся операцию и источники данных. В машинной команде можно выделить две части (поля): код операции и адресную часть. Код операции определяет операцию, подлежащую выполнению, а также длину команды и способ адресации данных, т.е. способ задания адресов, обрабатываемых данных.
Что такое адресация? Какие существуют способы адресации?
Адресация – способ задания адресов, обрабатываемых данных.
Существуют следующие способы адресации: непосредственная, прямая, регистровая, косвенная.
Что такое непосредственная адресация?
Непосредственная – данные указываются непосредственно в команде.
Что такое прямая адресация?
Прямая – в адресной части указывается адрес ячейки памяти данных.
Что такое регистровая адресация?
Регистровая – адрес хранится в одном из регистров процессора.
Что такое косвенная адресация?
Косвенная – адрес ячейки памяти данных хранится в регистре процессора, который называется индексным или вычисляется по содержимому одного из регистров процессора.
Каким образом процессор распознаёт способ адресации операндов в машинной команде?
Любая программа выполняется процессором, который минимально состоит из арифметико-логического устройства АЛУ, устройства управления и нескольких регистров – устройств внутренней памяти процессора, которые помимо хранения данных позволяют выполнять различные действия над данными без помещения их в АЛУ, например, команды сдвига. Среди этих регистров есть регистры РС (один или два), которые содержат адрес выполняемой команды.
Что такое прерывание?
Реакция программы или операционной системы в любом случае сводится к останову основной программы, вызову программы, обрабатывающей это событие, и передаче управления на продолжение выполнявшейся программы или на выполнение другой. Временный останов программы в целях обработки какого-либо события называется прерыванием.
Что такое состояние процесса вычислений? Где оно хранится?
Совокупность данных, содержащихся в регистрах, и ряд других служебных данных называются состоянием процесса вычислений.
Что такое контекст программы?
Более полная информация, включающая в себя и состояние процесса вычислений, называется контекстом программы.
Что такое дескриптор программы, и какова его структура?
Передача управления сводится к записи в регистры, определяющие адрес команды, адреса новой команды. Вместе с программой в памяти машины существует служебная информация, которая называется дескриптором процесса.
Нарисуйте и поясните схему обслуживания прерывания в простых системах?
Выполняемые действия:
Адрес возврата записывается в стек;
Адрес программы-обработчика прерывания записывается в регистр PC, что приводит к передаче управления программе-обработчику;
Выполняется обработчик прерывания;
В регистр PC переписывается из стека адреса возврата, что приводит к возвращению управления основной программе.
(1 – запрет прерывания, 2 – собственно обработчик, 3 – разрешение прерывания)
Запрет прерывания касается события такого же уровня значимости, как и событие вызвавшее текущее прерывание.
Нарисуйте и поясните схему обслуживания прерывания в сложных системах?
(1_С, 2_С – секции кода супервизора СВП; 1_Д, 2_Д – секции кода диспетчера задач; ПОП – программа обработки прерывания)
В сложных системах существует режим мультипрограммирования, т.е. обслуживания нескольких задач. Поэтому в обслуживании прерывания участвуют специальные элементы операционной системы – супервизор прерываний и диспетчер задач. Адрес возврата передаётся супервизору прерываний, состоящему из двух блоков:
1_С – отключение прерываний, сохранение контекста прерванной программы в её дескрипторе, установка временного режима работы прерываний, сохранение адреса возврата;
2_С – определение вектора прерывания и передача ему управления посредством записи вектора прерывания в регистр РС.
Программа обслуживания прерывания ПОП выполняет только обработку прерывания, не несёт никакой ответственности за дальнейшие действия вычислительной машины и передаёт управление диспетчеру задач. Диспетчер задач состоит также из двух блоков, которые выполняют следующие действия:
1_Д – отыскивает программу, готовую к выполнению, ею может быть или прерванная программа, или другая в соответствии с дисциплиной обслуживания программ;
2_Д – если обслуживанию подлежит прерванная программа, то восстанавливает контекст программы, устанавливает контекст программы и переписывает адрес возврата из стека в регистр РС, передавая тем самым управление прерванной программе.
Если по дисциплине обслуживания программ управление должно передаваться другой программе, то выполняются другие готовые к выполнению программы до тех пор, пока не будет на очереди прерванная программа. В этом случае процесс обслуживания прерывания завершается описанным выше способом.
Чем отличаются схемы обслуживания прерывания в простых и сложных системах?
В простых системах проблемы запоминания и использования служебных данных, необходимых для обслуживания прерывания решены на аппаратном уровне или возлагаются на программу обработки прерываний. В сложных системах помимо этого решения существует специальная программа работы с прерываниями – супервизор прерываний.
Какова структура программы, обслуживающей прерывание?
Программа, обрабатывающая прерывание, состоит из трёх блоков:
отключение прерывания и сохранения в памяти контекста программы, установка временного режима работы прерываний;
выполнение обработки прерывания;
восстановление контекста прерванной программы, восстановление исходного режима прерываний, передача управления прерванной программе.
Что такое синхронные (внутренние), асинхронные (внешние) и программные (события) прерывания?
асинхронные, или внешние (аппаратные) — события, которые исходят от внешних источников (например, периферийных устройств) и могут произойти в любой произвольный момент: сигнал от таймера, сетевой карты или дискового накопителя, нажатие клавиш клавиатуры, движение мыши. Факт возникновения в системе такого прерывания трактуется как запрос на прерывание (англ. Interrupt request, IRQ);
синхронные, или внутренние — события в самом процессоре как результат нарушения каких-то условий при исполнении машинного кода: деление на ноль или переполнение стека, обращение к недопустимым адресам памяти или недопустимый код операции;
программные (частный случай внутреннего прерывания) — инициируются исполнением специальной инструкции в коде программы. Программные прерывания, как правило, используются для обращения к функциям встроенного программного обеспечения (firmware), драйверов и операционной системы.
Перечислите источники внешних прерываний.
Внешние прерывания:
Системный таймер;
Внешний устройства ввода/вывода;
Нарушение питания;
Пульт оператора;
Другой процессор или другая вычислительная система.
Перечислите источники внутренних прерываний.
Внутренние прерывания:
Нарушение адресации;
Неправильный код операции;
Деление на ноль;
Переполнение разрядной сетки или исчезновение порядка;
Средства контроля (например, контроля чётности);
Попытка выполнения привилегированной или запрещенной команды.
Что такое маскирование прерываний?
Следует иметь в виду, что имеется возможность разрешать или запрещать отдельные прерывания. Запрещение отдельных прерываний называется их маскированием.
Как решается вопрос о порядке обслуживания одновременно возникших запросов на прерывания?
Вполне реален случай одновременного возникновения двух и более прерываний. В этом случае порядок их обслуживания определяется важностью прерывания, которая называется приоритетом. Например, очевидно, что запрос прерывания от клавиатуры управления технологической машиной, требующий остановить её, важнее сигнала таймера, сообщающего об истечении какой-то выдержки времени
Что такое приоритет прерываний? Как можно изменить приоритет?
Тем не менее, в операционной системе имеется возможность повысить приоритеты прерываний, которые заданы последовательностью бит в специальном регистре, который называют часто регистром приоритетов. Если приоритеты повышены у двух и более прерываний (т.е. они важнее других), то сначала обрабатываются в естественном порядке прерывания с повышенным приоритетом, потом опять-таки в естественном порядке прерывания с обычным приоритетом.
Что такое режим прерываний? Как он устанавливается?
Комбинация разрешённых и запрещённых прерываний и приоритетов называется режимом прерываний.
Что такое дисциплина обслуживания прерывания? Для чего необходимо это понятие?
Порядок обслуживания прерываний в соответствии с их приоритетами называется дисциплиной обслуживания прерываний. Естественный порядок обслуживания прерываний встроен в аппаратную часть.
Перечислите и поясните основные дисциплины обслуживания прерываний.
Существует три основных дисциплины обслуживания прерываний:
с относительными приоритетами – обслуживание не прерывается даже при наличии запроса с более высоким приоритетом;
с абсолютным приоритетом – первыми обслуживаются прерывания с наивысшим приоритетом;
по принципу стека – запросы помещаются в стек и первыми обслуживаются последние пришедшие в стек (правило LCFS или LIFO).
Что такое дисциплина обслуживания прерываний с относительными приоритетами?
Обслуживание не прерывается даже при наличии запроса с более высоким приоритетом;
Что такое дисциплина обслуживания прерываний с абсолютным приоритетом?
Первыми обслуживаются прерывания с наивысшим приоритетом;
Что такое дисциплина обслуживания прерываний LCFS (FIFO)?
Запросы помещаются в стек и первыми обслуживаются последние пришедшие в стек (правило LCFS или LIFO).
Расположите в порядке возрастания приоритета источники прерываний: системный таймер, внешние устройства, средства контроля процессора и программные прерывания.
Программные прерывания
Внешние устройства
Системный таймер
Средства контроля процессора
Расположите в порядке возрастания приоритета источники прерываний: сетевое оборудование, терминалы, магнитные диски.
Терминалы
Сетевое оборудование
Магнитные диски
Что такое процесс? Приведите примеры.
Под процессом обычно подразумевается последовательный вычислительный процесс, в котором каждая последующая команда программы выполняется после окончания предыдущей. Примером процесса является компиляция исходного текста программы в исполняемый файл, но компиляция двух исходных текстов – это два процесса, поскольку компилятор обрабатывает два набора данных.
Дайте современное определение понятия "Задача".
Изначально задачей называлась программа и обрабатываемый ею набор данных. Задача требует для своего выполнения процессорного времени, памяти и много другого. В настоящее время под задачей подразумевают единицу работы, для выполнения которой предоставляется центральный процессор.
Что такое ресурс? Приведите примеры ресурсов.
Для выполнения задачи и, разумеется, процесса необходимы процессорное время, память и многие другие обеспечивающие элементы. Эти элементы называются ресурсами.
Ресурс – это абстрактная структура, имеющая множество атрибутов, характеризующих способы доступа к ресурсу и его физическое представление в системе
Что такое дескриптор процесса, и какова его структура?
Каждый вычислительный процесс сопровождает специальная информационная структура, которая называется дескриптором процесса, в который помещаются:
идентификатор процесса PID – имя или иная характеристика, под которой процесс зарегистрирован в операционной системе;
тип (или класс) процесса, определяющий для супервизора некоторые правила предоставления ресурса;
приоритет предоставления ресурсов в пределах одного класса;
переменная состояния, которая указывает состояние, в котором находится процесс (готов к работе, выполняется, ожидает устройство ввода-вывода и т.д.);
контекст задачи, т.е. защищённую область памяти или, по крайней мере, её адрес, в которой находятся текущие значения регистров процессора;
место в памяти или его адрес для организации обмена данными и сигналами с другими процессами;
параметры запуска (момент времени запуска и периодичность процесса);
адрес задачи в начальном её состоянии и адрес на диске, куда она может быть выгружена в случае её вытеснения другой задачей, имеющей более высокий приоритет (при отсутствии в операционной системе подсистемы управления файлами).
Нарисуйте и поясните диаграмму состояния процесса.
Активный процесс имеет три состояния:
готовность – все ресурсы могут быть предоставлены, если процесс перейдёт в состояние выполнения;
выполнение – все ресурсы выделены, происходит выполнение команд программы;
ожидание – затребованные ресурсы не могут быть выделены или не завершена операция ввода-вывода.
Что такое делимые и неделимые ресурсы? Приведите примеры.
Различают делимые и неделимые ресурсы. Делимые ресурсы способны к разделению между процессами, а неделимые – не способны к этому. Делимые процессы могут быть одновременно разделяемыми и параллельно разделяемыми. Одновременно разделяемые ресурсы используются двумя и более процессами одновременно, например, оперативная память. Параллельно разделяемые ресурсы используются процессами попеременно. Примером таких ресурсов являются устройства ввода-вывода.
Опишите три ситуации выделения ресурса задаче.
Ресурс может быть выделен задаче операционной системой в трёх случаях:
ресурс свободен и в системе нет запросов на него от задач с более высоким приоритетом;
текущий запрос и ранее выданные запросы позволяют совместное использование ресурса;
ресурс используется задачей с более низким приоритетом и может быть временно у неё отобран.
Что такое одновременное и параллельное (попеременное) разделение ресурсов? Приведите примеры.
В чём особенность оперативной памяти как разделяемого ресурса?
Оперативная память – второй по важности разделяемый ресурс вычислительной системы. От механизма её распределения зависят производительность системы и возможности программистов по созданию своих программ.
Как разделяется внешняя память? В чём особенность разделения памяти как ресурса?
Внешняя память тоже является разделяемым ресурсом, но её особенностью является разделение как дискового пространства, так и доступа к данным. Дисковое пространство может разделяться одновременно и попеременно, а доступ только попеременно.
Как решается вопрос разделения ресурсов с последовательным доступом?
Устройства с последовательным доступом не могут быть разделяемыми ресурсами, т.к. или потребуется выполнение противоречащих друг другу команд, или результаты выполнения двух задач будут перемешаны. Например, принтер, выводящий данные двух задач, перемешает фрагменты выводимых наборов данных, а накопитель на магнитной ленте не сможет выполнить команду записи и одновременно команду перемотки в начало ленты. Можно создать иллюзию разделения таких устройств, создав, например, виртуальный принтер для каждой задачи. Накопленные наборы данных могут быть выведены на реальный принтер один за другим, создав у пользователей иллюзию совместного использования принтера.
Опишите классификацию программных модулей как разделяемых и неразделяемых ресурсов.
    С
истемные и программные модули являются одним из видов ресурсов.
Непривилегированные Привилегированные Реентабильные Повторно входимые
Что такое однократно используемые программные модули? Могут ли они быть разделяемыми ресурсами? Почему?
Однократно используемые модули, это модули, которые после загрузки в оперативную память могут быть выполнены только один раз, т.к. при выполнении портится или код модуля, или данные, влияющие на его работу. Такой модуль в принципе не может быть разделяемым ресурсом.
Что такое непривилегированные программные модули? Могут ли они быть разделяемыми ресурсами? Почему?
Непривилегированные модули – обычные программные модули, которые могут быть прерваны во время выполнения. Повторный вызов прерванного модуля может привести к потере данных. Поэтому такой модуль также не может в общем случае считаться разделяемым ресурсом.
Что такое привилегированные программные модули? Могут ли они быть разделяемыми ресурсами?
Привилегированные модули работают с отключённой системой прерываний. Они состоят из головной секции, собственно тела модуля и хвостовой секции. Головная секция отключает прерывания, собственно тело модуля содержит обычный код, хвостовая секция снова включает прерывания. Поэтому модуль всегда выполняется до конца, его повторный вызов не грозит никакими неприятными последствиями, и привилегированный модуль может быть разделяемым ресурсом.
Почему привилегированные программные модули могут быть разделяемыми ресурсами?
Модуль всегда выполняется до конца, его повторный вызов не грозит никакими неприятными последствиями, и привилегированный модуль может быть разделяемым ресурсом.
Что такое реентабельные программные модули? Могут ли они быть разделяемыми ресурсами?
Реентабельные модули допускают прерывание выполнения, однако сохраняют все необходимые данные в свободной памяти как динамические данные или как статические данные в секции памяти, выделенной модулю. Реентабельный модуль, как и привилегированный, состоит из трёх секций. Головная секция является привилегированным модулем и заказывает у операционной системы память для хранения всех промежуточных результатов вычислений. Тело реентабельного модуля работает в непривилегированном режиме и его выполнение может быть прервано в любой момент. После возврата из прерывания модуль продолжает работать, используя сохранённые данные. Хвостовая секция также работает в привилегированном режиме и освобождает память, заказанную головной секцией.
Почему реентабельные модули могут быть разделяемыми ресурсами?
После возврата из прерывания модуль продолжает работать, используя сохранённые данные. Хвостовая секция также работает в привилегированном режиме и освобождает память, заказанную головной секцией.
Что такое повторно входимые программные модули? Могут ли они быть разделяемыми ресурсами? Почему?
Повторно входимый модуль имеет множество точек входа и состоит из множества привилегированных секций, которые нельзя прерывать. Работа любой из них возможна только после завершения работы уже выполняемой секции. Не может быть разделяемым ресурсом.
Что такое мультипрограммный режим работы операционной системы? Поясните временной диаграммой.
М
ультипрограммным режимом называется такой режим работы операционной системы, в котором одновременно выполняется две и более задачи, а процессор переключается с решения одной задачи на решения других на время совершения операций, не требующих его участия.
Почему в мультипрограммном режиме производительность вычислительной системы увеличивается? Поясните временной диаграммой.
В этом режиме на время операций ввода-вывода процессор переключается с решения одной задачи на решение другой. В результате время выполнения задач несколько увеличивается, но общее время ТИ выполнения обеих задач уменьшается, т.е. производительность вычислительной системы увеличивается. Мультипрограммирование является синонимом слова "многопроцессность". При этом подразумевается обособление процессов друг от друга посредством выделения индивидуальных виртуальных адресных пространств в памяти и назначения других ресурсов. (диаграмма выше)
Верно ли утверждение "Т.к. в мультипрограммном режиме производительность вычислительной машины выше, то и время выполнения отдельных процессов в этом режиме меньше, чем в однопрограммном"?
Утверждение неверно, т.к. в результате время выполнения задач несколько увеличивается, но общее время ТИ выполнения обеих задач уменьшается, т.е. производительность вычислительной системы увеличивается.
Что такое мультизадачный режим работы операционной системы?
Поскольку процессы могли содержать разные задачи, то появился многозадачный режим. В мультизадачном режиме в противовес мультипрограммному режиму обеспечивается взаимодействие между вычислениями. Для подчёркивания этой разницы были введены термины "легковесные процессы" (thin), они же потоки выполнения, нити и треды (threads). Легковесными они называются потому, что процессору не требуется для их реализации организовывать полноценную виртуальную машину. Единственно, что имеют легковесные процессы своего, это процессорное время, всё остальное у связанных легковесных процессов общее. Наличие легковесных процессов позволило организовать многопоточное выполнение задач.
Что такое легковесные процессы? 73. Что такое потоки выполнения? 74. Что такое нити? 75. Что такое треды?
"Легковесными процессами" (thin), они же потоки выполнения, нити и треды (threads) они называются потому, что процессору не требуется для их реализации организовывать полноценную виртуальную машину. Единственно, что имеют легковесные процессы своего, это процессорное время, всё остальное у связанных легковесных процессов общее. Наличие легковесных процессов позволило организовать много поточное выполнение задач.
|
|
|
Скачать 297.66 Kb.