13. Операционные системы: управление процессами и памятью.

Операционная система – комплекс системных и управляющих программ, предназначенных для наиболее эффективного использования всех ресурсов вычислительной системы и удобства работы с ней.

Назначение операционной системы – организация рабочего процесса в вычислительной системе, рациональное распределение аппаратных ресурсов между отдельными решаемыми задачами; предоставление пользователям многочисленных сервисных средств, облегчающих процесс программирования и отладки задач. Операционная система исполняет роль своеобразного интерфейса между пользователем и вычислительной системой, то есть операционная система предоставляет пользователю виртуальную вычислительную систему.

Любая Ос состоит из 3 компонентов: ядро (отвеств за функционирование основных подсистем; библиотеки( кот используют программисты), пользовательский интерфейс. В ядре Ос выделяют 5 подсистем: 1. Управление процессами,2. Памяти, 3. Файловая, 4. Ввода и вывода 5. Безопасности. Подробнее о памяти и управлении процессами

Важнейшей частью операционной системы, непосредственно влияющей на функционирование вычислительной машины, является подсистема управления процессами. Процесс - понимается последовательность операций при выполнении программы или ее части в совокупности с используемыми данными. Для операционной системы процесс представляет собой единицу работы, заявку на потребление системных ресурсов. Подсистема управления процессами планирует выполнение процессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, а также занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает взаимодействие между процессами.

Виды процессов:

1. По временным характеристикам различают интерактивные (время существования определя¬ется реакцией ВМ на запрос обслуживания и составляет секунды) процессы, пакетные (запуска¬ются один вслед за другим, а время реакции составляет часы и более.) процессы и процессы реального времени (гарантированное время окон¬чания работы, а время реакции измеряется долями секунды).

2.По принадлежности к операционной системе процессы бывают системные (исполняют программу из состава операционной систе¬мы) и пользовательские

3. По времени развития процессы делятся на последовательные, па¬раллельные и комбинированные (для последних есть точки, в которых существуют оба процесса, и точки, в которых существует только один процесс).

Самым простым способом управления оперативной памятью является разделение ее на несколько разделов фиксированной величины. Это может быть выполнено вручную администратором во время старта системы или во время ее генерации. Очередной процесс, поступивший на выполнение, помещается либо в общую очередь, либо в очередь к некоторому разделу. Подсистема управления памятью в этом случае выполняет следующие задачи: 1) выбирает свободный раздел, размер которого достаточен для размещения поступившего на выполнение процесса; 2) осуществляет загрузку процесса и настройку адресов.

При очевидном преимуществе – простоте реализации – данный метод имеет существенный недостаток, которым является его «жесткость». Так как в каждом разделе может размещаться только один процесс, то степень «многозадачности» заранее ограничена числом разделов не зависимо от того, какой размер требуется процессам. Другим существенным недостатком является то, что в предлагае¬мой схеме очень часто может наблюдаться так называемая фрагментация памяти, то есть потери части памяти разделов вследствие того, что процессы не полностью занимают выделенные им разделы.

В случае распределения памяти разделами переменной величины память ВМ не делится заранее на разделы. Сначала вся оперативная память свободна. Каждому вновь поступившему процессу выделяется необходимая память. Если достаточный объем памяти отсутствует, то процесс не принимается на выполнение и стоит в очереди. После завершения процесса память освобождается, и на это место может быть загружен другой процесс. Задачами операционной системы при реализации данного метода управления памятью являются следующие: 1) ведение таблиц свободных и занятых областей, в которых указываются начальные адреса и размеры участков памяти; 2) при поступлении нового процесса – анализ запроса, просмотр таблицы свободных областей и выбор раздела, размер которого достаточен для размещения поступившего процесса; 3) загрузка процесса в выделенный раздел и корректировка таблиц свободных и занятых областей; 4) после завершения процесса – корректировка таблиц свободных и занятых областей.

Обладает гораздо большей гибкостью, но ему также присуща фрагментация памяти.

Виртуальная память – это совокупность программно-аппаратных средств, позволяющих пользователям писать программы, которые для своей реализации требуют такие объемы памяти, которые превосходят реально существующие объемы оперативной памяти ВМ

Кэширование информации – это способ организации совместного функционирования двух типов ЗУ, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения данных, который позволяет уменьшить среднее время доступа к данным за счет динамического копирования наиболее часто используемой информации из относительно более «медленного» ЗУ в более «быстрое» ЗУ. Кэш-памятью обычно называют одно из таких взаимодействующих устройств, а именно «быстрое» ЗУ

Файл подкачки - Разновидностью виртуальной памяти является так называемый свопинг (swapping). В соответствии с методом свопинга некоторые процессы (обычно находящиеся в состоянии ожидания) временно выгружаются на диск. Планировщик операционной системы не исключает их из своего рассмотрения, и при наступлении условий активизации некоторого процесса, находящегося в области свопинга на диске, этот процесс перемещается в оперативную память. Если свободного места в оперативной памяти не хватает, то выгружается другой процесс.