1.
Co to jest SEKCJA KRYTYCZNA?
Każdy ze współpracujących procesów posiada fragment kodu w którym następuje zmiana wspólnych
danych. Jest to sekcja krytyczna procesu. Jedno z zadań synchronizacji - jeśli jeden z procesów
znajduje się w swojej sekcji krytycznej, inne nie mogą w tym czasie wejść do swoich krytycznych sekcji.
Każdy proces musi prosić (w sekcji wejściowej) o pozwolenie na wejście do swojej sekcji krytycznej.
2.
Co to jest WĄTEK i czym różni się od PROCESU?
Wątek-jest podstawową jednostką wykorzystywania procesora. Jest to część składowa procesu
wielowątkowego.
Trzy rodzaje wątków : poziomu użytkownika, poziomu jądra, poziom pośredni(tzw. procesy lekkie).
Wątek składa się z:-licznika rozkazów, -zbioru rejestrów, obszaru stosu
Takie elementy jak: sekcja kodu, sekcja danych, Zasoby systemu(otwarte pliki, sygnały)
Są wspólne dla kilku równorzędnych wątków.
Zalety:1.Przełączanie między wątkami i tworzenie nowych wątków nie wymaga dużej aktywności
procesora. 2.Przy przełączaniu nie trzeba wykonywać prac związanych z zarządzaniem pamięcią.
Wątki poziomu użytkownika
Przełączanie tych wątków nie wymaga wzywania systemu operacyjnego, może więc być szybkie.
Niestety, przy odwołaniu do systemu. Wszystkie wątki danego zadania muszą czekać na zakończenie
funkcji systemowej.
Działanie wątków przypomina działanie procesów. Mogą być w stanach: gotowości, zablokowania,
aktywności, kończenia.
1.Wątek może tworzyć wątki potomne, może się zablokować do czasu wykonania wywołanie
systemowego. 2.Jeśli jeden wątek jest zablokowany, może działać inny wątek.3.Wątki jednego zadania
są do siebie zależne – mogą np. nadpisywać stosy innych wątków.
Ale z drugiej strony - - producent i konsument mogą być wątkami jednego zadania, a wspólny obszar
danych znacznie zwiększy wydajność procesu.
Wątki poziomu użytkownika są najszybsze w przełączaniu ale jądro systemu nie uwzględnia ich na
poziomie przydziału procesora. Tak więc proces o jednym wątku i o 1000 wątków dostają taki sam
kwant czasu.
W systemie Solaris istnieje również pośredni poziom wątków, zwanych procesami lekkimi. Każde
zadanie ma przynajmniej jeden proces lekki do którego podłączone są wątki poziomu użytkownika.
Wątki poziomu jądra : 1.posiadają małą strukturę danych i stos, 2.podlegają planowaniu, 3.przełączanie
wątków nie wymaga informacji o pamięci, 4.przełączanie jest stosunkowo szybkie
Procesy lekkie : posiadają blok kontrolny procesu, potrzebne informacje o pamięci, przełączanie
kontekstu dość wolne.
Wątki użytkownika : 1.posiadają stos i licznik rozkazów, 2.szybkie przełączanie, gdyż jądro nie jest
angażowane.
3.
Wymień i opisz algorytm ZASTĘPOWANIA STRON.
Założenie, że tylko część stron każdego procesu jest potrzebna w pamięci może doprowadzić do
nadprzydziału (nadmiar procesów w pamięci i absolutny brak wolnych ramek). Aby nie blokować
procesu potrzebującego kolejnej ramki, stosuje się zastępowanie stron.
Dzialanie: 1.uruchamia się algorytm typowania ramki-ofiary, 2. stronę-ofiarę zapisuje się na dysku,
3.aktualizuje się tablicę wolnych ramek, 4. wczytuje się potrzebną stronę do zwolnionej ramki,
5.aktualizuje się tablicę stron, 6.wznawia się działanie procesu
DWUKROTNE KORZYSTANIE Z DYSKU BARDZO WYDŁUŻA CZAS OBSŁUGI BRAKU STRONY !
Algorytmy zastępowania stron: 1.Algorytmy optymalizowane pod kątem minimalizacji częstości braku
stron, 2.Algorytmy ocenia się na podstawie ich wykonania dla pewnego ciągu odniesień (odwołań) do
pamięci i zsumowanie liczby braku stron w tym ciągu
Algorytm FIFO (first in, first out) : 1. O każdej ze stron zapamiętuje się informację, kiedy ona została
sprowadzona do pamięci. 2. Zastępuje się „najstarszą” stronę
Algorytm LRU (Latest Recently Used) - zastępowanie stron, które były najdawniej używane. Typowanie
najstarszych.
4.
Typy DOSTĘPU DO PLIKU (nie odczyt/zapis itd./)
Typy dostępu do plików: 1.dostęp sekwencyjny - informacje w pliku są przetwarzane kolejno, rekord po
rekordzie, 2.dostęp bezpośredni - umożliwia czytanie z zapisywanie bloków w dowolnej kolejności.
Rekordy muszą być stałej długości. Używany jest tam, gdzie potrzebny jest szybki dostęp do wielkich
ilości informacji, np. w bazach danych. 3.dostęp indeksowy (plik indeksowy w pamięci, lub na dysku)
5.
Opisać dokładnie PRZEŁĄCZANIE KONTEKSTU.
Podczas przejścia procesora z wykonywania jednego procesu do drugiego należy przechować stan
starego procesu i załadować przechowany stan nowego. Z punktu widzenia systemu są to działania
nieproduktywne, tak jak przygotowanie czy sprzątanie stanowiska pracy, ale są niezbędne przy
wieloprogramowości. Mechanizm wątków pozwala na redukcję czasu przełączania kontekstu.(by Wolf)
Przełączanie kontekstu, przełączanie zadań – proces zachowywania i odtwarzania stanu
procesora(kontekstu) by wiele procesów mogło dzielić zasoby pojedynczego procesora. Przełączanie
kontekstu
polega
na
przydzielaniu
procesorowi
kolejnych
zadań i
jest
ważną
cechą wielozadaniowego systemu operacyjnego. Z reguły przełączanie kontekstu jest zadaniem
intensywnym obliczeniowo i wiele czasu przy projektowaniu systemów operacyjnych poświęca się na
optymalizację tego zadania.Za przełączanie kontekstu odpowiedzialny jest dyspozytor.(by Wiki)
6.
KOLEJKI WIELOPOZIOMOWE. Gdzie ? po co ?(także kolejka ze sprzężeniem zwrotnym).
Wielopoziomowe planowanie kolejek
Kolejka procesów gotowych jest podzielona na oddzielne pod-kolejki, na przykład :
1.kolejka procesów pierwszoplanowych (foreground). 2.kolejka procesów drugoplanowych
(background).
Przykładowe proponowane algorytmy planowania:
1.procesy pierwszoplanowe: RR 2.procesy drugoplanowe: FCFS
Procesy pierwszoplanowe mają absolutny priorytet nad drugoplanowymi.
Aby nie „zagłodzić” procesów 2-planowych, stosuje się podział czasu na kolejki, przykładowo:
1.kolejka pierwszoplanowa - 80% czasu procesora, 2.kolejka drugoplanowa - pozostałe 20%
Kolejki wielopoziomowe ze sprzężeniem zwrotnym :
Mechanizm ten pozwala na przesuwanie procesów pomiędzy kolejkami .Proces, który używa za dużo
procesora, można „karnie” przenieść do kolejki o niższym priorytecie i przez to dać szerszy dostęp do
procesora innym procesom. Dzięki temu procesy ograniczone przez we-wy i procesy interakcyjne mogą
pozostać w kolejkach o wyższych priorytetach. Długo oczekujące procesy z kolejki niskopriorytetowej
mogą być przeniesione do ważniejszej - działa mechanizm postarzania procesów (przeciwdziała ich
głodzeniu). Planowanie ze sprzężeniem zwrotnym jest najbardziej złożonym algorytmem planowania
przydziału procesora.
Kolejki wielopoziomowe ze sprzężeniem zwrotnym – przykład: 1.Kolejka trzypoziomowa: K0, K1,K2
2.Proces wchodzący trafia do kolejki k0 i dostaje kwant czasu 8 ms.3.Jeśli nie zakończy się w tym czasie,
jest wyrzucany na koniec niższej kolejki K1. 4.Gdy kolejka K0 się opróżni i przyjdzie czas wykonywania
naszego procesu, dostaje on kwant czasu 16 ms. 5.-Jeśli i w tym czasie proces nie skończy działania, jest
wyrzucany na koniec kolejki K2, obsługiwanej w porządku FCFS (oczywiście pod warunkiem, że kolejki K0
i K1 są puste). 6. -Tak więc najszybciej wykonywane są procesy do 8 ms, nieco wolniej procesy od 8 do
8+16=24 ms, a najdłużej czekają procesy długie (są obsługiwane w cyklach procesora nie
wykorzystanych przez kolejki 1 i 2)
7.
ATRYBUTY PLIKÓW, opisać.
Atrybuty pliku: 1.nazwa (zgodna z regułami dla danego systemu operacyjnego).2.typ (jeżeli system
wymaga rozróżnienia typów).3.położenie (wskaźnik do urządzenia i położenie na tym urządzeniu
rozmiar (w bajtach, słowach lub blokach).4.ochrona (prawa dostępu do pliku - np rwx).5.czas, data i
identyfikator właściciela (czas utworzenia, modyfikacji, dostępu)
8.
BLOK KONTROLNY PROCESU. Jakie informacje można z niego wyciągnąć ? Składniki. CO to ?
1.Stan procesu (nowy, gotowy, aktywny...).2.licznik rozkazów - adres następnego rozkazu do wykonania,
3.rejestry procesora,3.informacje do planowania przydziału procesora (priorytet procesu, wskaźniki do
kolejek),5.zarządzanie pamięcią (granice pamięci, tablice stron, tablice segmentów...) 6.informacje do
rozliczeń (zużyty czas procesora, czas całkowity, konta...). 7.informacje o stanie wejścia-wyjścia
(urządzenia przydzielone do procesu, wykaz otwartych plików itd.).
9.
Co to jest WYJĄTEK i do czego służy?
Pułapka (wyjątek) jest rodzajem przerwania generowanym przez oprogramowanie, a spowodowanym
przez błąd numeryczny (np. dzielenie przez zero) lub przez niewłaściwy dostęp do pamięci, bądź też na
specjalne zamówienie użytkownika (wywołanie procedury obsługiwanej przez system operacyjny)
10.
Opisz mechanizm STRONNICOWANIA PAMIĘCI.
Stronicowanie jest jednym ze sposobów rozwiązania problemu zewnętrznej fragmentacji polegającym
na dopuszczeniu nieciągłości rozmieszczenia w pamięci fizycznej, logicznej przestrzeni adresowej
procesu.
Podstawowa filozofia stronicowania:1.Pamięć fizyczna dzielona jest na bloki stałej długości zwane
ramkami. 2.Pamięć logiczna dzielona jest na bloki stałej długości zwane stronami. 3.Rozmiary stron i
ramek są identyczne.
Przy wykonywaniu procesu, strony z pamięci pomocniczej wprowadzane są w odpowiednie ramki
pamięci operacyjnej.
11.
metody PODZIAŁU MIEJSCA NA DYSKU. Wymień i opisz.
przydział ciągły -każdy plik zajmuje ciąg kolejnych bloków na dysku. zalety: minimalna liczba operacji
przeszukiwania dysku, łatwość implementacji dostępu sekwencyjnego i bezpośredniego. wady:
trudności ze znalezieniem wolnego miejsca (fragmentacja zewnętrzna)
przydział listowy -istnieje lista powiązanych ze sobą bloków dyskowych, stanowiących dany plik. Bloki
te mogą się znajdować w dowolnym miejscu na dysku. zalety: brak fragmentacji zewnętrznej, nie trzeba
deklarować długości pliku (plik może rosnąć, dopóki są wolne bloki) wady: trudność w implementacji
dostępu bezpośredniego, zajęcie sporej przestrzeni przez wskaźniki, w przypadku jednego wskaźnika
można wejść w obszar innego pliku.
przydział indeksowy -podobny jak przydział listowy, ale wskaźniki umieszczone w jednym -w tablicy
indeksów zalety: jak w przydziale listowym, wady: wskaźniki bloku indeksowego zajmują zazwyczaj
więcej miejsca niż wskaźniki przy przydziale listowym
12.
Wymień różnice pomiędzy ODPYTYWANIE I WYJĄTKAMI.
Odpytywanie
Do uzgadniania pomiędzy procesorem a urządzeniem w prostym schemacie producent-konsument
wystarczą dwa bity:
od strony procesora bit gotowości polecenia w rejestrze pleceń - sygnalizujący kompletne polecenie
dla urządzenia
od strony urządzenia bit zajętości (w rejestrze stanu), sygnalizujący że urządzenie jest zajęte pracą.
Kolejność działań przy uzgadnianiu: 1.Procesor realizuje aktywne czekanie, dopóki bit zajętości jest
ustawiony. 2.Procesor ustawia bit pisania i wpisuje bajt danych do rejestru danych wy. 3.Procesor
ustawia bit gotowości polecenia. 4.Sterownik ustawia bit zajętości po zauważeniu bitu gotowości
polecenia. 5. Sterownik czyta rejestr poleceń, rozpoznaje polecenie pisania. Czyta bajt danych z rejestru i
wykonuje na urządzeniu operację wejścia-wyjścia. 6.Sterownik czyści bit gotowości polecenia, bit błedu,
a na końcu bit zajętości.
I tak dla każdego bajtu danych
13.
TRYBY PRACY PROCESORA.
Procesor rozróżnia dwa tryby: 1.Tryb użytkownika (z ograniczeniami). 2.Tryb monitora, nadzorcy,
systemu, uprzywilejowany. Wykonuje potencjalnie niebezpieczne operacje. Są to tzw. operacje
uprzywilejowane.
Operacje wejścia/wyjścia nie są bezpośrednio dostępne dla użytkownika(musi o nie prosić system
operacyjny). Użytkownik ma dostęp tylko do pamięci przydzielonej swojemu programowi. Nie wolno
też dopuścić do tego, aby system stracił kontrolę nad procesorem, np. przez nieskończoną pętlę w
programie użytkownika.
14.
Opisz STRONNICOWANIE NA ZADANIE.
1.Proces jest ciągiem stron. 2.Procedura stronicująca dotyczy poszczególnych stron Procesu.
3.Procedura stronicująca zgaduje, jakie strony będą w użyciu i tyko je ładuje do pamięci. Nigdy nie
dokonuje się wymiana całego procesu
Czas stronnicowania n.ż to około 25ms.
Efektywny czas dostępu jest proporcjonalny do prawdopodobieństwa nie znalezienia strony w pamięci.
Stronicowanie na żądanie jest najczęstszym sposobem implementacji pamięci wirtualnej. W skrócie
można go określić jako sprowadzanie strony do pamięci operacyjnej tylko wtedy, gdy jest ona
potrzebna. Nazywa się to także procedurą leniwej wymiany. Takie rozwiązanie zmniejsza liczbę
wykonywanych operacji wejścia/wyjścia i zapotrzebowanie na pamięć operacyjną, ponieważ nie
sprowadza się niepotrzebnych stron (pojedyncze wywołanie dużego wielofunkcyjnego programu może
wymagać sprowadzenia jedynie niewielkiej części jego kodu). Dzięki temu zmniejsza się czas reakcji
systemu. Można też obsłużyć większą liczbę użytkowników.
15.
Opisz kryteria wolnego wyboru obszaru pamięci przy podziale ciągłym.
Dziura - ciągły obszar niezajętej pamięci
Pierwsze dopasowanie - system przydziela pierwszą dziurę o wystarczającej wielkości. Szukanie
rozpoczyna się od początku wykazu dziur lub od miejsca w którym zakończono ostatnie szukanie.
Najlepsze dopasowanie - przydziela się najmniejszą z dostatecznie dużych dziur (najmniejsza
pozostałość po przydziale)
Najgorsze dopasowanie - przydziela się największą dziurę. Czasami duża pozostałość po takim
przydziale jest bardziej przydatna niż malutkie fragmenty po najlepszym dopasowaniu. Ciekawe i
oryginalne podejście do zagadnienia, ale praktyka wykazała, że dwie pozostałe metody są lepsze pod
względem czasu działania i wykorzystania pamięci.
16.
NADKŁADKA, co to jest? Przykład !
Nakładka - wymienny fragment kodu programu, zastępujący na żądanie inny fragment programu w
pamięci operacyjnej. Wymiana nakładek następuje pod kontrolą zarządcy nakładek, który przechowuje
nie używane nakładki w pliku na dysku i sprowadza je do pamięci wówczas, gdy są potrzebne.
Stosowanie nakładek umożliwia pisanie większych programów niż fizycznie dostępna pamięć
operacyjna;
Program nakładkowy– program komputerowy napisany w ten sposób, że możliwe jest jego wykonanie
pomimo że jego objętość jest większa niż dostępna pamięć operacyjna. Program taki składa się z części
sterującej oraz nakładek W każdej chwili w pamięci operacyjnej znajduje się część sterująca oraz
przynajmniej jedna z nakładek. Pozostałe nakładki przechowywane są w pamięci zewnętrznej i na
żądanie "zarządcy" wymieniane przez system operacyjny.
Dzielenie programu na nakładki to nakładkowanie. Strukturę programu nakładkowego opisuje tzw.
drzewo nakładek
17.
Co to są ROZKAZY NIEPODZIELNE, gdzie mają zastosowanie?
Są to sprzętowe rozkazy składające się z kilku kroków, ale wykonywane nieprzerwanie, np.:
function Testuj_i_Ustal (var znak:boolean):boolean;
begin
Testuj_i_Ustal:=znak;
znak:=true; end;
Zastosowanie:
repeat
while Testuj_i_Ustal (wspolna) do nic_nie_rob;
sekcja krytyczna
wspolna:=false;
reszta until false;
18.
Warunki WYSTĄPIENIA BLOKADY.
Do zakleszczenia może dojść, jeśli spełnione są równocześnie
warunki:
wzajemne wykluczanie - co najmniej jeden zasób musi być niepodzielny (w danym czasie może go
używać tylko jeden proces)
Przetrzymywanie i oczekiwanie - przynajmniej jeden proces przetrzymuje jakiś zasób, ponieważ czeka
na przydział dodatkowego innego zasobu, przetrzymywanego właśnie przez inny proces.
Brak wywłaszczeń - zasób może być zwolniony jedynie z inicjatywy przetrzymującego, np. po
zakończeniu procesu.
Czekanie cykliczne: p1 czeka na zasób przetrzymywany przez p2, p2 czeka na oddanie przez p3 … pn
czeka na zwolnienie zasobu przez p1
19.
Urządzenia WYJŚCIA(zegar/czasomierz) do czego służą, opisać.
Spełniają trzy podstawowe funkcje: 1.podawanie bieżącego czasu 2.podawanie upływającego czasu
3.powodowanie wykonania określonej operacji w określonej chwili
czasomierz programowalny- służy do pomiaru upływającego czasu i powodowania wykonania operacji
w zadanym czasie, można go zaprogramować na określony czas, po którym generuje on przerwanie. Jest
to też zegar systemowy do taktowania kwantów czasu (dla przydziału procesora)
20.
PRZERWANIA – co to jest do czego służą ?
Przerwanie jest sygnałem pochodzącym od sprzętu lub oprogramowania i sygnalizuje wystąpienie
zdarzenia.
1. Sygnały przerwań od sprzętu wysyłane są do procesora najczęściej za pośrednictwem szyny
systemowej. 2. Oprogramowanie może spowodować przerwanie poprzez wykonanie wywołania
systemowego. 3. Zdarzenia powodujące przerwanie: 4. Zakończenie operacji wejścia-wyjścia 5.
6.Dzielenie przez zero,7.Niedozwolony dostęp do pamięci, 8.Zapotrzebowanie na usługę systemu,
Zapotrzebowanie na usługę systemu,
21.
FRAGMENTACJA PAMIĘCI. Opisać wymienić.
Fragmentacja zewnętrzna- suma wolnych obszarów pamięci wystarcza na spełnienie zamówienia, ale
nie tworzą one spójnego obszaru
Fragmentacja wewnętrzna- jeśli po przydzieleniu pamięci do procesu pozostałby wolny obszar
wielkości kilku bajtów, to przydziela się go też do procesu, ale stanowi on „nieużytek”-nie będzie
wykorzystany (ale zmniejszy się tablica „dziur” )
Fragmentację zewnętrzną można zmniejszyć poprzez takie upakowanie procesów, aby cała wolna
pamięć znalazła się w jednym dużym bloku. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy ustalanie adresów jest
wykonywane dynamicznie podczas działania procesu. Przetasowań procesów nie można robić podczas
operacji we/wy.
