Понятие и структура ос. Эволюция вычислительных и ос. Основные функции ос

Скачать 0.75 Mb.

Название	Понятие и структура ос. Эволюция вычислительных и ос. Основные функции ос
страница	6/7
Тип	Документы

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Документы

1 2 3 4 5 6 7

Общая схема функционирования
В первый момент времени осуществляется поиск информации о необходимой странице в ассоциативной памяти. Если нужная запись найдена, то производится отображение этой страницы в физическую память (за исключением случаев нарушения привилегий, когда запрос на обращение к памяти отклоняется).

Если запись в ассоциативной памяти отсутствует, отображение осуществляется через таблицу страниц: происходит замена одной из записей в ассоциативной памяти найденной записью из таблицы страниц (конструкция ассоциативной памяти должна позволять выявлять те «старые» записи, которые могут быть замещены «новыми»).

Одна запись таблицы в ассоциативной памяти содержит информацию об одной виртуальной странице: ее атрибуты и кадр, в котором она находится (поля в точности соответствуют полям в таблице страниц).

Число удачных поисков номера страницы в ассоциативной памяти по отношению к общему числу поисков называется hit ratio («процент попаданий в кэш»).

Обращение к одним и тем же страницам повышает hit ratio (чем больше hit ratio, тем меньше среднее время доступа к данным, находящимся в ОП).

Пример: Если для доступа к памяти через таблицу страниц необходимо 100 нс, а для доступа через ассоциативную память – 20 нс. Если hit ratio = 90%, то среднее время доступа -> 0,9x20+0,1x100=28нс.

Минус: При переключении контекста процесса при использовании ассоциативной памяти требуется ее «очистка», что ведет к увеличению времени переключения контекста.

17. Сегментно - страничное распределение памяти
Метод представляет собой комбинацию сегментного и страничного распределения памяти и сочетает в себе достоинства обоих подходов.

Виртуальное пространство процесса делится на сегменты, а каждый сегмент в свою очередь делиться на виртуальные страницы, которые нумеруются в пределах сегмента. ОП делиться на физические страницы.

Загрузка процесса выполняется ОС постранично, при этом часть страниц размещается в ОП, а часть на диске.

Для каждого сегмента создается своя таблица страниц, структура которой идентична структуре таблицы страниц при страничном распределении.

Для каждого процесса создается таблица сегментов, в которой указываются адреса таблиц страниц для всех сегментов данного процесса. Адрес таблицы сегментов загружается в специальный регистр процесса, когда активизируется соответствующий процесс.

Виртуальный адрес состоит из двух составляющих:

1. указание на номер сегмента

2. смещение относительно начала сегмента

2.1. виртуальная страница

2.2. индекс

Другими словами, получается, что виртуальный адрес теперь состоит из трех компонентов: сегмента, страницы и индекса.

Плюсы:

Разбиение программы на сегменты позволяет размещать отдельные сегменты в памяти целиком, что позволяет сократить число обращений к отсутствующим страницам, так как вероятность выхода за пределы сегмента меньше вероятности выхода за пределы страницы;
Наличие сегментов облегчает разделение программных модулей между параллельными процессами;
Возможна динамическая компоновка задачи;
Выделение памяти страницам позволяет минимизировать фрагментацию.

Минусы:

Сложность реализации и высокие вычислительные затраты позволяют использовать его редко в дорогих и мощных вычислительных системах.
Этот способ организации доступа к памяти вносит еще большую временную задержку, т.к. необходимо сначала вычислить адрес дескриптора сегмента и прочитать его, затем определить адрес элемента таблицы страниц этого сегмента и извлечь из памяти необходимый элемент и уже только после этого можно приписать к номеру физической страницы номер ячейки в странице (индекс).
Задержка доступа к искомой ячейке получается, по крайней мере, в три раза больше, чем при простой прямой адресации.

Принципиальная возможность реализации сегментно-страничной организации памяти заложена в семейство микропроцессоров i80x86, однако вследствие слабой аппаратной поддержки, трудностей при создании систем программирования и ОС в ПК эта возможность не используется.

http://lcg.tpu.ru/opsys_0961/img/4_2_9.gif

18. Физическая организация жёсткого диска

http://lcg.tpu.ru/opsys_0961/img/5_1-1.gif

Совокупность дорожек одного радиуса на всех поверхностях всех пластин пакета называется цилиндром (англ. cylinder). Каждая дорожка разбивается на фрагменты, называемые секторами или блоками, так что все дорожки имеют равное число секторов, в которые можно максимально записать одно и то же число байт. Сектор имеет фиксированный для конкретной системы размер, выражающийся степенью двойки (чаще всего – 512 байт).

Сектор – наименьшая адресуемая единица обмена данными дискового устройства с ОП.

Для того чтобы контроллер мог найти на диске нужный сектор, необходимо задать ему все соответствующие адреса сектора: номер цилиндра, номер поверхности и номер сектора.

ОС при работе с диском использует, как правило, собственную единицу дискового пространства, называемую кластером (логическим блоком). При создании файла место на диске ему выделяется кластерами, который состоит из одного или нескольких смежных секторов.

Например, если файл имеет размер 2560, а размер кластера в файловой системе определен в 1024 байта, то файлу будет выделено на диске 3 кластера.

Дорожки и секторы создаются в результате выполнения процедуры физического (низкоуровневого) форматирования диска.

Низкоуровневый формат диска не зависит от типа ОС, которая этот диск будет использовать.
Структура 1-го физического сектора жесткого диска

Размер (байт)	Описание
446	Загрузочная запись (MBR)
16	Запись 1 раздела
16	Запись 2 раздела
16	Запись 3 раздела
16	Запись 4 раздела
2	Сигнатура 055AAh

Головная запись загрузки (master boot record, MBR) - зарезервирована для программы начальной загрузки BIOS (ROM Bootstrap routine), которая при загрузке с жесткого диска считывает и загружает в память первый физический сектор на активном разделе диска, называемый загрузочным сектором (Boot Sector).

Каждая запись о разделах содержит начальную позицию и размер раздела на жестком диске, а также информацию о том, первый сектор какого раздела содержит загрузочный сектор.

Если информация о разделах будет повреждена, то не только не будет загружаться ни одна из установленных на компьютере ОС, но станут недоступными данные, расположенные в диске.

Последние два байта таблицы разделов имеют значение 055AA, то есть чередующиеся значения 0 и 1 в двоичном представлении данных.

Эта сигнатура используется для того, чтобы убедится в том, что сектор загрузочный и его можно использовать именно в этом качестве (загружать).

Многие ОС позволяют создавать расширенный (extended) раздел, который по аналогии с разделами может разбиваться на несколько логических дисков.

19. Принципы построения файловой системы: интерфейс, функциональная схема, типовая структура файловой системы

Файловая система - это часть ОС, организующей работу с данными, хранящимися во внешней памяти, и обеспечивающей пользователю удобный интерфейс при работе с такими данными.

Понятие «файловая система» включает:

совокупность всех файлов на диске;
наборы служебных структур данных для управления файлами (каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске);
комплекс системных программных средств управления файлами (создание, уничтожение, чтение, запись, именование, установка атрибутов, уровней доступа, поиск и т.д.

Основные функции файловой системы.

1.Идентификация файлов. Связывание имени файла с выделенным ему пространством внешней памяти.

2.Распределение внешней памяти между файлами. Для работы с конкретным файлом пользователю не требуется иметь информацию о местоположении этого файла на внешнем носителе информации. Например, для того чтобы загрузить документ в редактор с жесткого диска, нам не нужно знать, на какой стороне какого магнитного диска, на каком цилиндре и в каком секторе находится данный документ. 3.Обеспечение надежности и отказоустойчивости. Стоимость информации может во много раз превышать стоимость компьютера.

4.Обеспечение защиты от несанкционированного доступа. 5.Обеспечение совместного доступа к файлам, так чтобы пользователю не приходилось прилагать специальных усилий по обеспечению синхронизации доступа. 6.Обеспечение высокой производительности.

Функциональная схема файловой системы

Функционирование любой файловой системы можно представить многоуровневой моделью, в которой каждый уровень предоставляет некоторый интерфейс (набор функций) вышележащему уровню, а сам, в свою очередь, для выполнения своей работы использует интерфейс (обращается с набором запросов) нижележащего уровня.

Задачей символьного уровня является определение по символьному имени файла его уникального имени. В файловых системах, в которых каждый файл может иметь только одно символьное имя (например, MS-DOS), этот уровень отсутствует, т.к. символьное имя, присвоенное файлу пользователем, является одновременно уникальным и может быть использовано ОС.

В других файловых системах, в которых один и тот же файл может иметь несколько символьных имен, на данном уровне просматривается цепочка каталогов для определения уникального имени файла.

Например, в файловой системе Unix уникальным именем является номер индексного дескриптора файла (i-node).

На следующем, базовом уровне по уникальному имени файла определяются его характеристики: права доступа, адрес, размер и другие. Характеристики файла могут входить в состав каталога или храниться в отдельных таблицах. При открытии файла его характеристики перемещаются с диска в оперативную память, чтобы уменьшить среднее время доступа к файлу.

Следующим этапом реализации запроса к файлу является проверка прав доступа к нему. Для этого сравниваются полномочия пользователя или процесса, выдавших запрос, со списком разрешенных видов доступа к данному файлу. Если запрашиваемый вид доступа разрешен, то выполнение запроса продолжается, если нет, то выдается сообщение о нарушении прав доступа.

В некоторых файловых системах (например, HPFS) при открытии файла вместе с его характеристиками в оперативную память перемещаются несколько первых блоков файла, содержащих данные.

На логическом уровне определяются координаты запрашиваемой логической записи в файле, т.е. расстояние (в байтах) от начала файла где находится требуемая логическая запись. При этом абстрагируются от физического расположения файла, он представляется в виде непрерывной последовательности байт.

Алгоритм работы данного уровня зависит от логической организации файла. Например, если файл организован как последовательность логических записей фиксированной длины l, то n -ая логическая запись имеет смещение l * (n-1) байт. Для определения координат логической записи в файле с индексно-последовательной организацией выполняется чтение таблицы индексов (ключей), в которой непосредственно указывается адрес логической записи.

На физическом уровне файловая система определяет номер физического блока, который содержит требуемую логическую запись, и смещение логической записи в физическом блоке.

Для этого используются результаты работы логического уровня - смещение логической записи в файле, адрес файла на внешнем устройстве, а также сведения о физической организации файла, включая размер блока.

После определения номера физического блока, файловая система обращается к системе ввода-вывода для выполнения операции обмена с внешним устройством. В ответ на этот запрос в буфер файловой системы будет передан нужный блок, в котором, на основании смещения, полученного при работе физического уровня, выбирается требуемая логическая запись.

Типовая структура файловой системы

примерная структура файловой системы на диске

примерная структура файловой системы на диске

В начале раздела находится суперблок, содержащий общее описание файловой системы, например:

тип файловой системы;
размер файловой системы в блоках;
размер массива индексных узлов;
размер логического блока.

Описанные структуры данных создаются на диске в результате его форматирования (например, утилитами format, makefs и др.). Их наличие позволяет обращаться к данным на диске как к файловой системе, а не как к обычной последовательности блоков.

В файловых системах современных ОС для повышения устойчивости поддерживается несколько копий суперблока. В некоторых версиях Unix суперблок включал также и структуры данных, управляющие распределением дискового пространства, в результате чего суперблок непрерывно подвергался модификации, что снижало надежность файловой системы в целом. Выделение структур данных, описывающих дисковое пространство, в отдельную часть является более правильным решением.

Массив индексных узлов (ilist) содержит список индексов, соответствующих файлам данной файловой системы. Размер массива индексных узлов определяется администратором при установке системы. Максимальное число файлов, которые могут быть созданы в файловой системе, определяется числом доступных индексных узлов.

В блоках данных хранятся реальные данные файлов. Размер логического блока данных может задаваться при форматировании файловой системы. Заполнение диска содержательной информацией предполагает использование блоков хранения данных для файлов директорий и обычных файлов и имеет следствием модификацию массива индексных узлов и данных, описывающих пространство диска. Отдельно взятый блок данных может принадлежать одному и только одному файлу в файловой системе.
20. Способы выделения дискового пространства. Управление дисковым пространством. Размер логического блока

Ключевой вопрос реализации файлов системы – способ связывания файлов с блоками диска.

В ОС используют несколько способов выделения файлу дискового пространства, для каждого и которых сведения о локации блоков данных файла можно извлечь из записи в директории, соответствующей символьному имени файла.

Выделение непрерывной последовательностью блоков.

Простейший способ – хранить каждый файл как непрерывную последовательность блоков диска. При непрерывном расположении файл характеризуется адресом и длиной (в блоках). Файл, стартующий с блока b, занимает затем блоки b+1, b+2,… b+n-1.

<<+>>:

Легкая реализация, т.к. выяснение местонахождения файла сводится к вопросу , где находится первый блок;
Обеспечивает хорошую производительность, потому что целый файл может быть считан за одну дисковую операцию.

<<->>:Трудности в поиске места для нового файла.

Наличие существенной внешней фрагментации.
Не применим, пока не известен максимальный размер файла.

Индексные узлы.

<<+>>:

При фиксированном, относительно небольшом размере индексного узла, можно поддерживать работу с файлами, размер которых может меняться от нескольких байт до нескольких гигабайт. Используется в ОС Unix, файловыми системами HPFS, NTFS и др.

1 2 3 4 5 6 7

	2. Структура информационного канала. Информационно-логическая структура доказывания 3 Процессуально-познавательные функции общей информационной модели механизма расследуемого события		Программа государственного экзамена. Направление “Туризм” «Теория и организация туризма» Эволюция понятия «туризм». Виды туризма, их характеристика и перспективы развития. Типы классификации видов туризма. Специфика делового...
	План цикла по теме "химия и функции белков" Для педиатрического факультета Основные правила работы в биохимической лаборатории. Работа с мерной посудой, дозаторами, аппаратурой. Техника безопасности (сдача...		Правительство Российской Федерации федеральное государственное автономное... Понятие бренд и его эволюция. Значение бренда для фирм и потребителей
	План: Основные понятия Функции гис классификация гис эволюция гис Это может быть план здания, карта экологического мониторинга территории, атлас земельного кадастра или карта природных ресурсов...		План: Основные понятия Функции гис классификация гис эволюция гис Это может быть план здания, карта экологического мониторинга территории, атлас земельного кадастра или карта природных ресурсов...
	I. Понятие преступлений против несовершеннолетних и их законодательная эволюция Развитие законодательства об ответственности за преступления против несовершеннолетних в России		Ooo "св-робот" Компьютерные курсы рабочая программа Переменные, операции, выражения в php. Типы переменных. Изменение типа переменной. Динамические переменные. Константы. Комментарии....
	Теоретические вопросы: Общая характеристика организационных звеньев... Общая характеристика организационных звеньев (понятие, цели, функции). Формирование целевых подсистем		Медицинский колледж Вопросы к квалификационному экзамену Мз рф, его структура и функции. Нормативные документы. Фармакологический и фармакопейный комитеты. Департамент государственного контроля...
	Студента 2 курса магистратуры группы «Медицинское право» очной формы... Понятие, эволюция и генезис оборота фальсифицированных лекарственных средств 14		Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой... ПМ. 03. Выполнение работ по профессии «оператор электронно-вычислительных и вычислительных машин»
	Контрольная работа по дисциплине Трудовое право Понятие, содержание и структура коллективного договора. Порядок разработки его проекта		Материально-техническое обеспечение кабинета №6 по профессии «Оператор... Материально-техническое обеспечение кабинета №6 по профессии «Оператор электронно-вычислительных и вычислительных машин»
	Российской Федерации Старооскольский технологический институт им. А. А. Угарова ПМ. 03. Выполнение работ по профессии «оператор электронно-вычислительных и вычислительных машин»		Российской Федерации Старооскольский технологический институт им. А. А. Угарова ПМ. 03. Выполнение работ по профессии «оператор электронно-вычислительных и вычислительных машин»

Понятие и структура ос. Эволюция вычислительных и ос. Основные функции ос

Похожие: