Основные блоки операционной системы

Для операционных систем не существует стандартных общепринятых принципов организации. Неформально состояние ОС можно определить как совокупность всех процессов и ресурсов в системе. Состояние процесса означает, готов ли он начаться, развивается ли он на процессоре или логически заблокирован, ожидая выделенного ресурса. Состояние класса ресурсов означает их текущее распределение и список процессов, ожидающих удовлетворения своих запросов на ресурсы (системные ресурсы). Назначение операционной системы состоит в обеспечении более высокой эффективности использования системных ресурсов. К системным ресурсам, кроме процессора, относится основная память ЭВМ, регистры, УВВ, ВЗУ, различные информационные ресурсы (в том числе библиотечные программы) и, в меньшей степени, людские ресурсы, т.е. программисты, операторы и пользователи окончательных результатов процедур обработки данных. В хорошо спроектированной системе должно учитываться максимально возможное количество факторов из упомянутых. Основная цель операционной системы состоит в оптимизации использования всех системных ресурсов. При оценке качества вычислительной системы могут использоваться различные факторы, в том числе:

- пропускная способность − мера объема работы, выполняемой машиной в единицу времени; пропускная способность часто выражается в процентах фактического времени занятости процессора к полному рабочему времени системы;

- время обращения − время обработки задания, начиная с момента его запуска в счет до завершения;

- время ответа определяется как промежуток времени между моментом выдачи запроса на ресурсы системы и моментом представления фактического ответа на запрос (существенно в системах разделения времени);

- доступность − мера возможности использования системы;

- безопасность (фактор, приобретающий все большее значение);

- надежность;

- стоимость.

Совершенная операционная система должна обеспечивать максимум пропускной способности при минимуме как времени обращения, так и времени ответа. Такая система должна характеризоваться абсолютной безопасностью.

Выделяют следующие основные компоненты современных операционных систем:

- управление заданиями (УЗ) − создает процессы и определяет стратегию выполнения заданий;

- управление процессами (УПЦ) − распределяет процессоры между процессами;

- управление устройствами (УУ) − распределяет устройства между процессами;

- управление вводом-выводом (УВВ) − распознает запрос на выполнение операции ввода-вывода и обрабатывает его.

Задания, проходящие через ОС, могут находиться в следующих основных состояниях: А − поступление заданий в блок УЗ; В − хранение заданий; С − создание процессов; Д − выполнение процессов; Е − ожидание; Р − завершение.

Задание Z из состояния А в состояние В (будем обозначать это действие А → В) переводит блок УЗ. Он вводит задание и записывает его в таблицу заданий, осуществляя при этом анализ информации, поступающей из операторов управления заданиями.

На этапе перехода A→В вызываются следующие блоки ОС: УПЦ (выделяет память для размещения задания Z); УУ (выделяет устройства для перевода задания ОС из состояния А в состояние В); УВВ (для выполнения операции ввода-вывода, необходимой при переводе Z из А в В).

При переводе задания из состояния В в состояние С блок УЗ просматривает таблицу заданий и выбирает по некоторому алгоритму планирования задание для формирования соответствующего процесса Р, при этом строится таблица процессов, готовых к выполнению. Блок УЗ при выполнении этапа В→С вызывает три следующих блока ОС: УПЦ (определяет, имеется ли в оперативной памяти место, необходимое для размещения процесса Р); УУ (устанавливает, имеются ли в наличии устройства, требуемые для выполнения искомого процесса Р); УВВ (выясняет, возможно ли выполнение операций ввода-вывода, необходимых для работы процесса Р, выполняет операции ввода -вывода, необходимые для преобразования В→С).

При переводе из состояния С в состояние Д блок УПЦ просматривает таблицу процессов, готовых к выполнению, выбирает из них определенный процессор Р (выделяя при этом ему процессор) и выполняет его. Блок УПЦ при выполнении этапа С→Д вызывает следующие блоки ОС: УПЦ (выделяет память требуемого размера для размещения заданного процесса Р); УУ (выделяет устройства, необходимые для выполнения Р); УВВ (выполняет операции ввода-вывода, необходимые при данном преобразовании).

При переходе из состояния Д в состояние Е блок УПЦ может перевести процесс в состояние ожидания, если это необходимо. Например, если в процессе Р имеется запрос на выполнение операции ввода-вывода, то УУ выполняет эту операцию, а процесс Р переводится в состояние Е до ее завершения. Если при выполнении Р истек квант времени, выделенный для его выполнения, то искомый процесс Р переводится в состояние Е. Блок УПЦ при выполнении преобразования Д→Е вызывает следующие блоки ОС: УПЦ (определяет, имеется ли свободная память для перевода Р из Д в Е и, если таковая имеется, то переводит Р в Е); УУ (выделяет устройства, необходимые при преобразовании Д→Е, освобождает устройства, закрепленные за Р); УВВ (выполняет требуемые операции ввода-вывода).

Перевод из состояния Е в состояние Д осуществляется аналогично преобразованию Д→Е, только при этом фактор, влияющий на перевод процесса Р из Е в Д, выполняет противоположное действие (например, сообщение, что операция ввода-вывода, завершения которой ожидает Р, выполнена).

Перевод из состояния Д в состояние F осуществляется блоком УЗ, при этом сигналом для данного преобразования является сообщение о нормальном либо анормальном завершении процесса Р. Блок УЗ освобождает все ресурсы, закрепленные за Р, вызывая при этом следующие блоки ОС: УПЦ (освобождает память, выделенную для Р); УУ (освобождает устройства, выделенные для Р); УВВ (выполняет операции ввода-вывода, необходимые для данного преобразования Д→F).

Перевод из состояния Е в состояние F осуществляется блоками УПЦ и УЗ, при этом сигналом для удаления процесса Р из очереди ожидания является некоторое сообщение о состоянии процесса (например, процесс P_i исчерпал все время, выделенное системой или пользователем для его выполнения). Блок УПЦ удаляет P_i из очереди ожидания и передает управление блоку УЗ, который осуществляет действия, аналогичные действиям при преобразовании Д→F.

Эффективность − это степень соответствия системы своему назначению. Из двух систем более эффективной считается та, которая лучше соответствует своему назначению. Оценка эффективности системы − одна из задач анализа систем.

Показатель эффективности − это мера одного свойства (характеристики) системы. Показатель эффективности всегда имеет количественный смысл, т.е. является измерением некоторого свойства. Для оценок эффективности систем могут применяться, например, такие показатели как производительность, стоимость, надежность, габариты и т.д.

Критерий эффективности − это мера эффективности системы. Критерий эффективности имеет количественный смысл и измеряет степень эффективности системы, обобщая все ее свойства в одной оценке − значении критерия эффективности. Эффективность систем, создаваемых для одной цели, оценивается на основе одного критерия, общего для этого класса систем. Различие в назначениях систем предполагает, что для оценки эффективности таких систем используются различные критерии. Если при увеличении эффективности значение критерия возрастает, то критерий называется прямым, если значение критерия уменьшается − инверсным. Из двух систем более эффективной считается та, которая обладает большим значением прямого критерия (меньшим значением инверсного критерия).

Оптимальная система − это система, которой соответствует максимальное (минимальное) значение прямого (инверсного) критерия эффективности на множестве мыслимых вариантов построения систем.

Дата добавления: 2014-12-29