Операциялық жүйелер

ЖӘНЕ ҰЙЫМДАСТЫРУ

 

Мақсаты: Үрдіс және ядро ұғымын, кванттау және приоритеттерге негізделген алгоритмдер түсінігін меңгеру.

Кілттік сөздер: клиент-сервер, микроядро, объект, виртуальды адрес,

диапазон, приоритет.

 

Дәріс жоспары (1 сағат)

1. Үрдістердің иерархиясы.
2. Үрдісті диспетчерлеу және синхронизациялау (уақыт үйлесімдіру).
3. Үрдістердің кезегі және приоритет ұғымы.
4. Сигналдарды өңдеу жабдықтары.
5. Үрдістерді басқарудың уақиғалық механизмдері (тетіктері).

Әдебиет: 1, 3, 4, 5, 14, 15, 16

 

1993 жылдың  ортасынан бастап, Microsoft «жаңа технологиялар» ( New Technology -NT) деп аталатын жаңа  ОЖ шығара бастады. 

Windows NT ОЖ  басынан бастап, қазіргі заманғы  ОЖ-ге ұсынылатын барлық талаптармен  жобалана бастады:

• кеңейтілуі
• тасымалдылық
• сенімділік
• үйлесімділік
• өнімділік

Бұл қасиеттер  клиент – сервер, микроядролар, объектілер сияқты құрылымды жобалаулар технологияларын қолдану арқылы қол жеткізілді.

Windows NТ-да  ығыстырушы көп міндетті механизм  қолданылады ( preemptive multitasking).  Тізбекті  басқару үшін Windows NT Server басымдықты  механизмді пайдаланады, Windows NT есептеуіш  процестің симметриялы көп процессорлы  ұйымды пайдаланады, оған сәйкес  ОЖ процессорлар арасындағы жадыны  бөліп кез келген бос процессор  мен барлық процессорларда бір  мезгілде орындалады. Windows NT Server 16 параллельді  процессорды ұстанады.

Енгізу/шығару құрылғыларын басқару кезінде Windows NT асинхронды жолды қолданады.

Windows NT-ның  процесстері келесі сипаттардан тұрады:

• Windows NT-ның процестері объектілер формаларында іске асырылған және оларға қол жеткізу объектінің қызметтері арқылы жүзеге асырылады.
• Windows NT-ның процестері көп тізбекті ұйымнан тұрады.
• Объекті – процесстер объекті тізбектер сияқты синхрондаудың орнатылған құрылғыларынан тұрады.
• Windows NT-ның процесс менеджері –процесстер арасында, «әке- ұрпақ» секілді қатынастарды қолдамайды.

Кез келген жүйеде «процесс» ұғымы келесілерден тұрады:

• Орындалушы код
• Виртуальды адрес жиынтығынан тұратын және процессті қолданатын меншікті адресті кеңістік
• Операциялық жүйе процесске тағайындалған файлдар, семафорлар сияқты жүйе қорлары
• Ең болмағанда бір орындалатын тізбектің болуы

Процесстер мен тізбектерді жоспарлау алгоритмі

Windows NT-да  ығыстырушы көпміндеттілік іске  асырылған. Оның негізінде операциялық  жүйе тізбектің процессорларды қашан босататынын тоспайды, ол берілген уақытты кетіріп болғаннан кейін еріксіз оны орындаудан дайын кезекте жоғары басымдықты тізбек пайда болса  босатады

Windows NT 2 класқа бөлінген 32 деңгейлі приоритеттен  тұрады:

• Нақты уақыт класы
• Айнымалы приоритет класы

16 –дан 31 диапазон аралығында орналасқан  приоритеттері бар нақты уақыт  тізбектері приоритетті процесс болып табылады және уақыт бойынша критикалық міндеттің орындалуы үшін қолданылады.

Өңдеу екі  кезеңде жүргізіледі:

• Алдымен ең қысқа үзілудің қамтамасыз ету бағдарламасы орындалады (ISR)
• Кейін жұмыс DPC – кейін қалдырылған шақыру процедураларымен аяқталады.

Келесі оқиғалар ағыны туындайды:

• Үзілу пайда болады
• Процессор PC, SP сақтайды және диспетчерді шақырады
• ОЖ контексті сақтайды және ISR-ды шақырады
• ISR-де критикалық жұмыс орындалады (оқу/жазу аппарат регистрлерін)
• DPC кезеккке қойылады
• ОЖ контексті қалпына келтіреді
• Процессор PC, SP қалпына келитіреді
• Кезекте тұрған DPC DISPATCH LEVEL  приоритеті деңгейінде орындалады
• Барлық DPC аяқталғаннан кейін ОЖ қосымшаның орындалуына көшеді

 

                          

ТАҚЫРЫП 6. ҮРДІСТЕРДІ БАСҚАРУ

ЖӘНЕ ҰЙЫМДАСТЫРУ

Мақсаты: Үрдістер әрекеттестігін, процесстерді басқару механизімін таныстыру.

Кілттік сөздер: сигнал, процесс, процесс иерархиясы, үзілімдер, жүйелік шақыру, семафорлар.

 

 Дәріс жоспары (1 сағат)

1. Үрдістердің өзара әрекеттестігі.
2. Үзу жүйелері.
3. Үрдістердің біресепті және көпесепті орындалуы.
4. Есепті көппроцессорлық шешудің басқару тәсілдері.

Әдебиеттер: 1, 3, 5, 6, 14,16

 

Ерекше  жағдайлар процеспен шақырылатын, адресация, артықшыланған командалардың  тапсырмалары, нөльге бөлу  және т.б. сияқты жоспарланбаған оқиғалардың  пайда болуымен тығыз байланысты. Олардың процеске қатысты сыртқы оқиғалармен пайда болатын үзілулерден  айырмашылығы бар. Ерекше жағдайлар  команданың орындалуының дәл ортасында  пайда болады, жүйе ерекше жағдайларды  өңдеп, команданы қайта құруға тырысады, үзілулер 2 командалар арасында пайда  болады деп есептелінеді, оған қарамастан, жүйе үзілулерді өңдеуден кейін келесі командадан кейін процестің орындалуын жалғастырады. Үзілулер мен ерекше жағдайларды өңдеу үшін UNIX жүйесінде  бірдей механизм қолданылады.

Процессорлық үзілу деңгейі

6.1 сурет. Үзілулердің стандартты деңгейлері

 

Unix ОЖ  ортасын қабылдайтын келешек  ОЖ

Микроядро - модульді және айнымалы кеңейтулер үшін негіз болатын ОЖ-ң ең аз серіппелі бөлігі. Көріп отырғанымыздай, келешек ұрпақтың ОЖ көбісінде  микроядролар болады.

Микроядро - ұғымын кең қолданылымға Next компаниясы енгізді, оның ОЖ  Mach микроядросын қолданды.

Келесі  микроядролық ОЖ Microsoft  компаниясының Windows NT болды.

Кейінірек,  ОЖ-ң  микроядролық архитектуралары Novell/USL, Open Software Foundation (OSF), IBM, Apple  және т.б. компаниялармен ұсынылды. Монолитті  жүйелерден микроядролық жүйелерге  ауысу тенденциясы анықталды.

Қолданушының  графикалық интерфейс құрылғылары

UNIX ОЖ  -ң қазіргі заманғы барлық нұсқаларында  қолданушының графикалық интерфейсі жүйемен бірге ұстанылады, қолданушыға программамен жасалатын графикалық интерфейс жасау үшін аспапты құрылғылар қолданылады.

Үзілістерді өңдеу. Үзілістер операционды жүйенің терең қабаттарында

орнығуы абзал, себебі ОЖ онымен байланысуының  салдары тиімсіз болуы сөзсіз. Тиімді тәсіл - енгізу-шығару шараларына ниеттенген үрдіске шараның тамамдалуы мен үзілістің төнуіне дейін  өзін-өзі блокқа түсіруге рұқсат ету. Үзілістің төнуі барысында үзілісті өңдеу шаралары енгізу-шығару әрекетіне  ниеттенге үрдісті блоктан шығарады. Үзіліс нәтижесі ертеректе тоқтатылған  үрдіс ендігіде орындалуын жалғастыруда астарлайды.

Көппроцессорлы өңдеу. ОЖ-ның келесі маңызды қасиеті – ондағы көппроцессорлы өңдеуді қолдаудың құралы – мультиүрдістердің болуы. Ондай функциялар Solaris 2.x фирмалары Sun, Open Server 3.x компаниялары Santa Crus Operations, OS/2 фирмалары IBM, Windows NT фирмалары Microsoft және NetWare 4.1 сияқты ОЖ-ларда кездеседі.

Көппроцессорлы ОЖ ассиметриялы және симметриялы болып бөлінеді. Асимметриялы ОЖ толығымен қосалқы бағдарламаларды басқа процессорлерге бөлетін жалғыз процессорде жұмыс істейді. Симметриялы ОЖ жүйедегі барлық процессорларды қамтиды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТАҚЫРЫП 7. ЕНГІЗУ ШЫҒАРУДЫ БАСҚАРУ

 

Мақсаты:Енгізу-шығару жүйесін басқаруды, синхронды және асинхронды енгізу-шығару, енгізу-шығаруды диспетчерлеуді таныстыру.

Кілттік сөздер: енгізу-шығару жүйесі, диспетчеризация, спул-файл, спулинг.

 

Дәріс жоспары (1 сағат)

1. Енгізу-шығару жүйелерін басқару.
2. Синхронды және асинхронды енгізу-шығару.
3. Енгізу-шығаруды диспетчерлеу.

Әдебиеттер: 1, 2, 3, 6, 7, 9, 14, 17

 

Енгізу-шығару жүйелерін  басқару

ОЖ  басты қызметтерінің бірі - компьютердің барлық енгізу-шығару құрылғыларын басқару. ОЖ құрылғыларға командаларды жеткізіп, үзлістерді, қателіктерді өңдеуі қажет, сондай-ақ құрылғы мен жүйеніңтөзге де бөліктері арасындағы интерфейсті  қамтамасыз етуі міндетті.

Енгізу-шығару құрылғылары екі түрге бөлінеді: блок-бағдарланган құрылғылар мен байт-багдарланган құрылгылар. Блок-бағдарланған құрылғылар   ақпаратты   өзіндік  мекен-жайы   бар   фиксирленген өлшемді блоктарда сақтайды. Ең кеңінен таралған Блок-бағдарланған құрылғы - диск. Байт-бағдарланған құрылғылар мекен-жайдың белгілеуінсіз келеді және де іздестіру шараларын болдырмайды, олар генерацияланады, я болмаса байттар реттілігін түлынады. Мысал ретінде терминалдар, строчты принтерлер, желілік адаптерлер т.б. айтуға болады. Десек те, кейбір сыртқы құрылғылар аталған класстың біріне де жатқызылмайды, мысалға сағаттар. Олар бір жағынан мекен-жайсыз және де байт ағымын түзбейді. Бұл құрылғы тек уақыттың кейбір сәттерінде үзіліс сигналдарын жеткізіп отырады.

Сыртқы  құрылғы механикалық және электронды құрамдас бөліктерден құралады. Электронды құрамдас бөлігі құрылғы контроллері  немесе адаптер деп аталады. Механикалық  құрамдас бөлік құрылғының өзі болып  табылады. Бірқатар контроллерлер бірнеше  құрылғыны басқаруы мүмкін.

Операционды жүйе жалпы жағдайда құрылғымен емес, контроллермен байланыс орнатады. Контроллер қарапайым қызметтерді орындайды, мысал келтіре кетсек, бит ағымдарды  байттар құралған блоктарға түрлендіреді, бақылау мен қателіктерді түзеуді  де жүзеге асырып отырады. Әрбір контроллер орталық процессормен өзара әрекеттілік  мақсатында қолданылатын өзіндік бірнеше  тіркелімдемелерді иемденеді. ОЖ командаларды контроллер тіркелімдемесіне жаза отырып, енгізу-шығару қызметін атқарады. Мысалға, IBM PC иілгіш диск контроллері READ, WRITE, SEEK, FORMAT іспеттес 15 команданы қабылдайды. Команда қабылданған соң процессор контроллерді жөніне қалдырып, өзге де қызметтерді орындауға кіріседі. Команданың тамамдалуы барысында контроллер операция нәтижедерін тексеруге міндеттенетін операционды жүйеге үрдісті басқару құқығын табыстау мақсатында үзілісті ұйымдастырады. Процессор нәтижелер мен құрылғы статусын қабылдап, контроллер тіркелімдемесіндегі ақпаратпен танысады.

Енгізу-шығаруды бағдарламалық қамтамасыздандырылуын ұйым- дастырудың негізгі ойы оның бірнеше деңгейге бөлінуін қарастырады. Бұл ретте төменгі деңгейлер жоғарғылардан аппаратураның экрандалу ерекшеліктерін, яғни қолданушыларға қолайлы интерфейсті қамтамасыз етеді. Негізгі қағидасы - өзге де құрылғылардан тәуелсіздігі. Бағдарлама түрі оның деректерді қатқыл не иілгіш дискіден оқитындығына тәуелсіз болуы қажет.

Енгізу-шығаруды бағдарламалық қамтамасыздандырылуын ұйымдастыруға қарасты келесі маңызды мәселе - қателіктерді өңдеу. Жалпылай айтқанда қателіктерді аппаратураға барынша жақын өңдеу қажет. Егер де контроллер оқуда қателікті анықтаса, оны міндетті түрде саралайды. Біршама қателіктер енгізу-шығару шараларының қайталануы барысында жойылуы ықтимал, мысалға дискіде немесе оқу тармақтарында шаңның орнығуы салдарынан туындайтын қателіктер. Тең төменгідеңгей қателікпен күресе алмайды, ол қателік жөніндегі ақпаратты жоғары деңгейге жөнелдіреді.

Синхронды және асинхронды енгізу-шығару

Физикалық енгізу-шығару шараларының көпшілігі  асинхроннды (блоктамаушы) жолмен орындалады, яғни процессор жөнелдіруді бастап, үзілістің басталуына дейін басқа  жұмысқа ауысады. Егер енгізу-шығару шаралары блоктаушы (синхронды) болса, онда қолданушылық бағдарламаларды жазу барынша жеңіл болады, яғни READ командасынан кейін бағдарлама автоматты түрде деректер бағдарлама буферіне түскенше кідіріс жасайды. ОЖ енгізу-шығару шараларын асинхронды орындап, қолданушылық бағдарламалар үшін оларды синхронды тұрғыда танытады. Соңғы туындаған мәселе кейбір құрылғылар - бөлісілген, ал кейбіреулері ерекшеленген болуына байланысты келеді. Дисктер - бірнеше қолданушының бір мезетте дискіге қол жеткізу еш қиындық туындатпау себебінен бөлісілген құрылғы болып табылады. Принтерлер - Түрлі қолданушыларымен баспаға жөнелдірілетін жолдарды араластыруға боламайтындықтан ерекшеленген құрылғылар деп саналады. Ерекшеленген құрылғылардың болуы операционды жүйеге қарасты бірқатар ахуалдарды туынтады.

Қойылған  ахуалдарды шешу мақсатында енгізу-шығару бағдарламалық қамтамасыздандырылуын  төртке бөлуіміз қажет:

• үзілістерді өңдеу
• құрылғы драйверлері
• операционды жүйенің құрылғыдан тәуелсіз қабаты
• бағдарламалық қамтамасыздандырылудың қолданушылық қабаты

 Үзілістерді өңдеу. Үзілістер операционды жүйенің терең қабаттарында

орнығуы абзал, себебі ОЖ онымен байланысуының  салдары тиімсіз болуы сөзсіз. Тиімді тәсіл - енгізу-шығару шараларына ниеттенген үрдіске шараның тамамдалуы мен үзілістің төнуіне дейін  өзін-өзі блокқа түсіруге рұқсат ету. Үзілістің төнуі барысында үзілісті өңдеу шаралары енгізу-шығару әрекетіне  ниеттенге үрдісті блоктан шығарады. Үзіліс нәтижесі ертеректе тоқтатылған  үрдіс ендігіде орындалуын жалғастыруда астарлайды.

Құрылғы драйверлері. Құрылғыға тәуелді бүтін код құрылғының драйверіне жазылады. Әрбір драйвер бір типке не бір классқа жатқызылатын құрылғыларды басқарады.