Управление вычислительными ресурсами

1.

Курс «Информатика»
Тема 3.
«Управление вычислительными ресурсами»

2.

Общая структура современных
компьютеров
Текстовые
редакторы
Игры
Обозреватели
Web
Средства
разработки ПО
Компиляторы
Электронные
таблицы
Системы
анализа данных
Оболочки
Утилиты
Операционная система
Приложения
Системные
программы
Машинный язык
Микроархитектура
Физические устройства
Аппаратура

3.

Аппаратные и программные ресурсы
Центральный процессор
Оперативная память
Устройства ввода-вывода
Групповые УВВ
Каналы ввода-вывода
Программы
Данные

4.

Функции операционных систем
Распределение времени ЦП
Пакетная обработка
Реальное время
Разделение времени
Управление памятью
Обеспечение средствами виртуальной памяти
Управление вводом/выводом
Предоставление средств для работы с большими
массивами данных
Файловая система
СУБД
Разделение программных ресурсов
Обеспечение интерфейса между аппаратурой и
прикладными программами

5.

Разделение времени ЦП
Ресурсы
Процесс
Выполнение
Совмещение вычислений и
ввода-вывода
Быстрое переключение

6.

Основные понятия планирования
Многозадачный режим
ПЛАНИРОВЩИК
Неприоритетное
Приоритетное
без переключений,
остановка при
завершении или
блокировке
с переключениями по
аппаратному
прерыванию от
системного таймера
Б
вход
Г
Б
В
выход
вход
В
Г
вытеснение
выход

7.

Категории алгоритмов планирования
больше времени каждому процессу
неприоритетное
короткие процессы
выполняются быстро
приоритетное

8.

Задачи алгоритмов планирования
ВСЕ СИСТЕМЫ
справедливость
баланс
СИСТЕМЫ ПАКЕТНОЙ ОБРАБОТКИ
пропускная способность
оборотное время
использование процессора
СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
окончание работы к сроку
предсказуемость
СИСТЕМЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ
время отклика
соразмерность

9.

Планирование в системах пакетной обработки
"Первый пришел - первым обслужен"
доступ к процессору в порядке появления задач;
блокируемый процесс – в конец очереди
Нет сбалансированности
"Кратчайшая задача - первая"
очередь задач упорядочивается по возрастанию
времени выполнения
Наименьшее оставшееся время выполнения
выбор процесса с наименьшим оставшимся
временем выполнения;
быстрое обслуживание коротких запросов

10.

Трехуровневое планирование
Процессор
Новая
задача
Степень
многозадачности
Планировщик
процессора
Оперативная
память
Планировщик
доступа
Планировщик
памяти
Диск

11.

Системы разделения времени
Следующий
процесс
Y
F
S
Текущий
процесс
L
G
истечение кванта
G
Y
F
S
L
блокировка
L
G
Y
F
S
РАЗМЕР КВАНТА

12.

Управление оперативной памятью
Выделение памяти под сам программный код
Динамическое выделение памяти под данные,
которые создаются или обрабатываются в ходе
работы памяти
Выделение памяти под стек

13.

Виртуальная память
Процессор
КОМАНДЫ
ДАННЫЕ
Диспетчер
памяти
ДИСК
ОП
Файл подкачки – pagefile.sys

14.

15.

Принципы аппаратуры ввода-вывода
ФИЗИЧЕСКИЕ
КОМПОНЕНТЫ
ПРОГРАММИРОВАНИЕ
УСТРОЙСТВ
команды
данные
сообщения
об ошибках

16.

Устройства ввода-вывода
ХРАНЕНИЕ И ПЕРЕДАЧА
ДАННЫХ
поток символов
последовательность
адресуемых блоков
СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ
ДАННЫХ
(байт/сек)
Шина PCI 500М
Диск SCSI 80М
40хCD-ROM 6М
Шина USB 1.5М
Лазерный принтер 100К
Модем 7К
Мышь 100
Клавиатура 10

17.

Контроллеры устройств
МЕХАНИЧЕСКАЯ
и
н
т
е
р
ф
е
й
с
ЭЛЕКТРОННАЯ
контроллер
адаптер
плата расширения
карта
поток бит
ОС

18.

Память для ввода-вывода
РЕГИСТРЫ
БУФЕР ДАННЫХ
Читать/писать
1001100100011111
1100110011101110
Включиться/выключиться
Адрес данных
Счетчик данных
адреса
ОП
Адреса
Адреса
регистров
регистров
номера
Порты
вводавывода
2
Порты
вводавывода
1
2

19.

Чтение данных с диска в ОП
диск
Контроллер
диска
ЦП
Буфер
ОП
Шина

20.

Задачи ПО ввода-вывода
• независимость от устройств
• единообразное наименование
• обработка ошибок
• способ переноса данных (синхронный/асинхронный)
• буферизация

21.

Файловые системы
Пользователь
ОС
Оглавление
дискового
устройства
Размещение файлов
на дисках
Информация о
расположении и
использовании
Защита
Каталоги,
дескрипторы,
таблицы
ПО для работы
с файлами
Приложения.
Менеджеры файлов
Выполнение
системных вызовов
Совокупность
файлов

22.

Файлы
Последовательность байтов
7.1.1. Именование
8+3
Внутреннее представление информации
7.1.2. Типы
255
CaSe sEnSiTiVe
формат файла
Каталоги
Регулярные
Чистые тексты ASCII
расширение
Двоичные
7.1.3. Атрибуты
только для чтения
Read only
скрытый
Hidden
архивный
Archive
системный
System
сжатый
Compressed
шифрованный
Encrypted
7.1.4. Операции
Выполняются как системные вызовы
создание, удаление, открытие, закрытие, чтение,
запись, добавление, переименование

23.

Каталоги
+ Информация о расположении на диске

24.

Реализация файловой системы
сектор 5
Физический адрес
поверхность
цилиндр
сектор 6
сектор 7
Блок 3
сектор 8
Блок 4
Логический адрес – номер блока
сектор
Структура файловой системы
MBR
РАЗДЕЛ NTFS
РАЗДЕЛ FAT
РАЗДЕЛ NTFS
Таблица разделов
Загрузочный
блок
Таблицы
Корневой
каталог
Файлы и каталоги

25.

Реализация файлов
Непрерывные файлы
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Связные списки
7
11
9
12
eof
13
eof
14
eof
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Таблица размещения файлов
6
FAT
ОП
7
8
9
10
11
12
13
14
15
7 11 9 12 eof 13 eof 14 eof
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
7
11
9
2434 2435 2436
12
eof
13
eof
14
eof
2437 2438 2439 2440 2441 2442 2443

26.

Организация дискового пространства
Основная проблема – выбор размера блока

27.

Примеры файловых систем

28.

Примеры файловых систем
Файловая система ISO-9660 (CD-ROM)
Непрерывные файлы, запись по спирали, секторы по 2352 байта
Файловая система UDF
(Universal Disk Format)
Для CD-R, CD-RW, DVD
www.osta.org
Файловые системы FAT16, FAT32
16, 32 – размер элемента таблицы размещения файлов

29.

Файловая система NTFS
• 64-разрядные адреса – диски размером до 2^64 байт
• Размер блока (кластера) от 512 б до 64 Кб
• Поддержка больших файлов
• Журналируемая система
• Контроль доступа к файлам и каталогам
• Поддержка сжатия и шифрования

30.

Главная файловая таблица MFT
1 Кб
до 2^48 записей
Описание файла 1
Описание каталога 1
Стандартная
информация
Имя файла
Идентификатор
объекта
Расширенные
атрибуты
Данные
Описание каталога N
Описание файла M
Номер
кластера
Данные (начало)
Данные (конец)
135 136 137 138
261 262 263
7
135
4
261
3

31.

Эксплуатационные требования к ОС
Надежность
Защищенность
Эффективность
Предсказуемость
Удобство и гибкость