Основные теоретические положения. Программа мониторинга работы вычислительной системы

Программа мониторинга работы вычислительной системы

Цель работы: изучить состав ядра операционной системы, расположение основных компонентов; освоить основные управляющие действия и конструкции команд по изменению параметров запуска и функционирования программного кода в операционной системе; разработать программу мониторинга работы вычислительной системы.

Центральное место в структуре программного обеспечения ЭВМ занимаетоперационная система (ОС). Она представляет собой «систему программ, предназначенную для обеспечения определенного уровня эффективности цифровой вычислительной системы за счет автоматизированного управления ее работой и предоставляемого пользователям набора услуг».

Программные компоненты ОС обеспечивают управление вычислительными процессами и реализуют такие функции, как планирование и распределение ресурсов, управление потоками и их нитями, вводом-выводом информации и данными. Объем ОС и число составляющих ее программ в значительной степени определяются типом используемых ЭВМ, сложностью режимов работы ЭВМ и вычислительных комплексов.

Применение ОС имеет следующие цели:

• увеличение общего объема работы ЭВМ в единицу времени;

• сокращение интервала времени между моментами запуска задач в ЭВМ и моментами получения результатов;

• контроль работоспособности технических и программных средств;

• помощь пользователям и операторам систем при использовании ими технических и программных средств;

• управление программами и данными в ходе вычислений;

• обеспечение адаптации ЭВМ, ее структурной гибкости, заключающейся в способности изменяться, пополняться новыми техническими и программными средствами.

Назначение набора услуг, которыми могут пользоваться операторы систем и пользователи, осуществляется различными методами. В больших ЭВМ формирование конкретной конфигурации ОС осуществляется на нескольких уровнях. Предварительно этот состав определяется при генерации ОС. «Генерация системы — это процесс выделения отдельных частей операционной системы и построения частных операционных систем, отвечающих требованиям системы обработки данных». Из полного набора программных модулей ОС (дистрибутива) формируется специальный набор этих средств, в наибольшей степени отвечающий запросам пользователей. Коррекция же состава используемых услуг может быть выполнена непосредственно перед решением задач системными операторами или опытными пользователями. Оперативное обращение к средствам ОС возможно со стороны пользователей путем включения в их программы специальных директив ОС.

Вычислительный процесс в ОС представляется в виде последовательности, как правило, ветвящейся, простых процессов (потоков) — одноразовых работ. В современных ЭВМ условно или реально, в зависимости от количества процессоров, могут выполняться несколько процессов, что обозначается как многозадачность. Она бывает двух видов: многопроцессорной или многопоточной. Любой процесс или поток требует от вычислительной системы (ВС) выделения средств, к их числу в первую очередь относят машинное время ЭВМ (процессоров), объемы внешней и особенно оперативной памяти, любые внешние устройства, подключаемые к ВС, и виртуальные устройства. Ресурсами являются и программные средства как общего, так и специального ПО, например, библиотеки функций, базы данных и т.д.

Функции управления ресурсами осуществляет ОС путем построения специальных управляющих таблиц, отражающих наличие и состояние ресурсов. Связь процессов в цепочки осуществляется по событиям, где событие — это изменение состояние ресурса, т.е. его характеристик. Именно по событиям ОС включается в работу и адекватно реагирует на сложившуюся ситуацию.

Управление вычислительным процессом ОС практически не может быть оптимизировано, за исключением случая, когда ОС в своей структуре имеет специальную стратегию на подобную оптимизацию.

Основу любой ОС составляет управляющая программа, основными функциями которой являются:управление задачами, т.е. управление ходом выполнения отдельных программ (процессов), и управление данными.

Отдельные модули или функции ОС также позволяют выполнять предварительное планирование (ПП) работы ЭВМ пользователем (формирование заданий) и оперативную связь с машиной во время работы, а именно: ввод пакетов или одиночных заданий, формирование очередей заданий в соответствии с их приоритетами, активизацию (запуск) и завершение заданий. Управление задачами со стороны ОС требует распределения и назначения ресурсов (управления временем работы процессора, распределения опера­тивной памяти для программ пользователей и программ ПО, синхронизации выполнения задач и организации связей между ними, управления очередностью задач, внешними устройствами, защиты задач от взаимных помех). Ведущей программой управления задачами является управляющая программа-диспетчер: супервизор, базовый мо­дуль ОС или др. Часто используемые модули образуют ядро ОС, которое постоянно находится в оперативной памяти (ОП) и быстро реагирует на изменяющиеся условия функционирования. Остальные программы ОС вызываются c внешних носителей (ВН) в оперативную память ЭВМ по мере их надобности в вычислительном процессе.

Набор программуправления данными, которые могут обрабатываться в ЭВМ, обеспечивает процессы организации, идентификации, размещения в ОП и на ВН, хранения, построения библиотек и выборки всех данных. Современные ПЭВМ комплектуются удобными и эффективно использующими аппаратные ресурсысложными ОС. Это WindowsNT/2000/XP и созданные на основе Unix современные Linux и BSD. Последние, кроме разных Windows типа NT, генерируемых как Server, обычно служат для комплектования серверов вычислительных сетей.

Windows (начиная с W95/98) использует расширенный режим работы процессора, благодаря чему реализована “подлинно” вытесняющая многозадачность, следующего порядка: каждой программе системой выделяется квант времени, в течение которого программа обрабатывает поступившие в ее адрес сообщения. Вне зависимости от состояния задачи OC забирает управление одной задачи и передает его другой. Если задача “зависла”, то система от этого не пострадает. Управление в любом случае будет передано другой программе. Кроме того, задача может распараллелить работу и запустить несколько программ, одновременно выполняемых под ее управлением, т.е. может создать поток. Все это говорит о том, что в Windows реализованы оба типа многозадачности - процессный и потоковый. На однопроцессорном компьютере в каждый конкретный момент времени выполняется одна задача. Если при запуске двух-трех маленьких программ временная задержка субъективно не заметна, то при запуске нескольких программ, требующих колоссальных ресурсов, задержка при выполнении программ становится достаточно заметной. На многопроцессорных системах за каждым процессором может быть закреплен свой поток, поэтому на таких системах выполнение программ осуществляется действительно в многозадачном режиме.

Системная виртуальная машина (ВМ) Windows, основой которой является изолированное ядро, обслуживает 32-разрядные (Win32) и 16-разрядные задачи (Win16), используя отдельные очереди сообщений. Каждой Win32 задаче выделяется отдельное адресное пространство, а для Win16 задач – одно общее. Windows имеет три значительных архитектурных компонента: диспетчер виртуальных машин (Virtual Machine Manager, VMM), диспетчер настраиваемой файловой системы (IFS Manager) и диспетчер конфигурации (Configuration Manager). Диспетчер виртуальных машин инициализируется файлом WIN.COM.

Ядро графического режима Windows состоит из трех компонентов —Kernel, User и GDI (интерфейс графических устройств), каждый из которых имеет два взаимодействующих модуля – в форме.EXE и.DLL-файлов. При помощи дополнительных DLL-файлов (динамически загружаемых библиотек) поддерживаются: отображение стандартных диалоговых окон, протоколы DDE (динамического связывания данных) и OLE (связывания и встраивания объектов), взаимодействие с драйверами устройств ввода-вывода и другие черты Windows. Запуск ядра начинается с инициализации 32-разрядного файла KERNEL32.DLL в результате исполнения 16-разрядного файла KRNL386.EXE, 16-разрядные функции которого написаны преимущественно на ассемблере.

Таблица 1

Дата добавления: 2014-12-07