Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов

Нажмите для полного просмотра!

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №2

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №3

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №4

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №5

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №6

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №7

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №8

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №9

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №10

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №11

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №12

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №13

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №14

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №15

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №16

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №17

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №18

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №19

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №20

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №21

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №22

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №23

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №24

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №25

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №26

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №27

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №28

Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов, слайд №29

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Операционные системы. Управление центральным процессором и объединение ресурсов. Доклад-сообщение содержит 29 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Операционные системы Управление центральным процессором и объединение ресурсов

Слайд 2

Описание слайда:

Управление центральным процессором… Общие аспекты

Слайд 3

Описание слайда:

Общие аспекты Контекст процесса, переключение контекста Дисциплины обслуживания Модели многопоточности

Слайд 4

Описание слайда:

Контекст процесса Контекст – хранит состояние регистров, состояние программного счетчика, режим работы процессора, незавершенные операции ввода-вывода, информация о выполненных системных вызовах. Для хранения информации, необходимой для совершения операции над процессом, используется структура данных PCB (Process Control Block – блок управления процессом). Конкретный состав PCB зависит ОС и обычно содержит: регистровый контекст процессора – все регистры и программный счетчик; системный контекст процессора (контекст ядра ОС). Кроме того к контексту процесса относят пользовательский контекст процесса, который включает код и данные, находящиеся в адресном пространстве процесса.

Слайд 5

Описание слайда:

Process Control Block

Слайд 6

Описание слайда:

Переключение контекста Переключение процессора с выполнения команд одного потока на выполнение команд другого называют переключением контекста.

Слайд 7

Описание слайда:

Вопрос Как Вы думаете какое влияние оказывает частое переключение контекста на производительность системы? Почему?

Слайд 8

Описание слайда:

Переключение контекста и производительность системы Время, затраченное на переключение контекста, не используется вычислительной системой для совершения полезной работы и представляет собой накладные расходы, снижающие производительность системы. Оно меняется от машины к машине и обычно находится в диапазоне от 1 до 1000 микросекунд. Чем чаще происходит переключение контекста, тем система более реактивна, но при этом обладает меньшей пропускной способностью, т.к. чаще происходит переключение контекста.

Слайд 9

Описание слайда:

Сопутствующие факторы, влияющие на производительность При переключении контекста происходят аппаратные действия, влияющие на производительность: очистка конвейера команд и данных процессора; очистка TLB, отвечающего за страничное отображение линейных адресов на физические. Кроме того, следует учесть следующие факты, влияющие на состояние системы: содержимое кэша (особенно кэша 1-го уровня) накопленное и «оптимизированное» под выполнение одного потока оказывается совершенно неприменимым к новому потоку, на который происходит переключение; при переключении контекста, на поток, который до этого долгое время не использовался, многие страницы могут физически отсутствовать в оперативной памяти, что порождает подгрузку вытесненных страниц из вторичной памяти.

Слайд 10

Описание слайда:

Методы снижения ресурсоемкости переключения контекста Использование многопоточности при переключении контекста между потоками одного процесса, регистр CR3 не меняется и содержимое TLB сохраняется Размещение ядра ОС в адресном пространстве пользовательского процесса при переключении контекста между user-space и kernel-space (и обратно), что, например, происходит при выполнении системных вызовов, регистр CR3 не меняется и содержимое TLB сохраняется Минимизация перемещения потоков при диспетчеризации в SMP-системе улучшается эффективность работы кэша 2-го уровня Оптимизация восстановления контекста потока под операции с регистрами общего назначения реальное сохранение/восстановление контекста регистров сопроцессора плавающей точки и MMX/SSE контекст происходит при первом обращении нового потока

Слайд 11

Описание слайда:

Классификация дисциплин обслуживания (1)

Слайд 12

Описание слайда:

Классификация дисциплин обслуживания (2) Бесприоритетные дисциплины – выбор из очереди производится без учета относительной важности задач и времени их обслуживания. Приоритетное обслуживание – отдельным задачам предоставляется преимущественное право перейти в состояние ВЫПОЛНЕНИЯ. Фиксированные приоритеты – являются величиной постоянной на всем жизненном цикле процесса. Динамические приоритеты – изменяются в зависимости от некоторых условий в соответствии с определенными правилами. Для реализации динамических приоритетов необходимы дополнительные затраты, но их использование предполагает более справедливое распределение процессорного времени между процессами.

Слайд 13

Описание слайда:

Линейные бесприоритетные дисциплины FCFS (First-Come, First-Served) обслуживание процессов в порядке поступления SJF (Shortest-Job-First) обслуживание самого короткого процесса первым без прерывания при поступлении более короткого процесса SRTF (Shortest-Remaining-Time-First) обслуживание самого короткого процесса первым с прерыванием при поступлении процесса более короткого, чем остаток выполняющегося

Слайд 14

Описание слайда:

First-Come, First-Served (очередь) FCFS (или FIFO) – самая простая дисциплина обслуживания, в соответствии с которой процессы получают доступ к процессору в порядке поступления. FCFS – реализует невытесняющую многозадачность. (с) 2004 Deitel & Associates, Inc.

Слайд 15

Описание слайда:

Пример FCFS – Вариант 1

Слайд 16

Описание слайда:

Пример FCFS – Вариант 2

Слайд 17

Описание слайда:

Shortest Job First Эффект, продемонстрированный примерами FSFS, носит название эффекта сопровождения (convoy effect) – увеличение среднего времени ожидания процессов в случаях, если короткий процесс обслуживается после долгого процесса. Для решения этой проблемы появилась стратегия Shortest Job First (SJF, обслуживание самого короткого задания первым) – стратегия диспетчеризации процессора, при которой процессор предоставляется в первую очередь наиболее короткому процессу из имеющихся в системе.

Слайд 18

Описание слайда:

Пример SJF

Слайд 19

Описание слайда:

Shortest-Remaining-Time-First Обслуживание самого короткого процесса первым. Если приходит новый процесс, время активности которого меньше, чем оставшееся время активного процесса, – прерывание активного процесса. Достоинство – сокращение среднего времени ожидания. Недостаток – прерывание активного процесса будет приводить к дополнительным издержкам, связанным со сменой контекста процессора.

Слайд 20

Описание слайда:

Пример SRTF

Слайд 21

Описание слайда:

Квантование времени (1) Квантование времени (или Round Robin) – бесприоритетная циклическая дисциплина обслуживания: каждый процесс (поток) получает небольшой квант процессорного времени, обычно – 10-100 миллисекунд; после того, как это время закончено, процесс прерывается и помещается в конец очереди готовых. (с) 2004 Deitel & Associates, Inc.

Слайд 22

Описание слайда:

Квантование времени (2) Квантование времени реализует вытесняющую многозадачность – если всего n процессов в очереди готовых к выполнению, и квант времени – q, то каждый процесс получает 1/n процессорного времени порциями самое большее по q единиц за один раз. Ни один процесс не ждет больше, чем (n-1)q единиц времени. (с) 2004 Deitel & Associates, Inc.

Слайд 23

Описание слайда:

Производительность квантования времени если q велико, то стратегия фактически эквивалентна стратегии FCFS; если q мало, то q должно быть большим, чем время переключения контекста процессора, иначе слишком велики окажутся накладные расходы на переключения с одного процесса на другой.

Слайд 24

Описание слайда:

Многоуровневая очередь Поскольку процессы в системе могут иметь различную специфику (например, пакетные и интерактивные), то на практике в ОС очередь готовых процессов может быть разделена на две очереди (по сути это уже 2 уровня приоритетов): основная (интерактивные процессы); фоновая (пакетные процессы). Каждая очередь имеет свой собственный алгоритм диспетчеризации: основная – квантование времени; фоновая – FCFS.

Слайд 25

Описание слайда:

Виды диспетчеризации между очередями При данной смешанной стратегии необходима также диспетчеризация между очередями, т.е. стратегия выбора процессов из той или иной очереди. Различаются следующие виды диспетчеризации между очередями: с фиксированным приоритетом – обслуживание всех процессов из основной очереди, затем – из фоновой. При этом имеется вероятность «голодания» фоновых процессов. выделение отрезка времени – каждая очередь получает некоторый отрезок времени ЦП, который она может распределять между процессами; например, 80% на основную очередь; 20% на фоновую очередь.

Слайд 26

Описание слайда:

Пример многоуровневой очереди

Слайд 27

Описание слайда:

Модели многопоточности Многие к одному (Many-to-One) Несколько потоков пользовательского уровня отображаются в один поток ядра (многопоточность на уровне пользователя) Один к одному (One-to-One) Каждый поток пользовательского уровня отображается в один поток ядра (однопоточность или многопоточность на уровне ядра) – Windows 2000+ Многие ко многим (Many-to-Many) Несколько потоков пользовательского уровня могут отображаться в несколько потоков ядра (комбинация 2-х предыдущих вариантов) – Solaris, Windows 2000+ (fibers)

Слайд 28

Описание слайда:

Многопоточность на уровне пользователя можно реализовать в ОС, не поддерживающей потоки без каких-либо изменений в ОС; высокая производительность, поскольку процессу не нужно переключаться в режим ядра и обратно; управление потоками возлагается на программу пользователя, которая может использовать собственные алгоритмы планирования потоков с учетом их специфики.

Слайд 29

Описание слайда:

Многопоточность на уровне ядра возможно планирование работы нескольких потоков одного и того же процесса на нескольких процессорах; реализуется мультипрограммирование в рамках всех процессов (в том числе одного); при блокировании одного из потоков процесса ядро может выбрать другой поток этого же (или другого процесса); процедуры ядра могут быть многопоточными.