Op Rendszerek Fazekas Gabor

7/22/2019 Op Rendszerek Fazekas Gabor

1/200

Fazekas Gbor

Opercis rendszerek

mobiDIK knyvtr


2/200

Debreceni Egyetem Informatikai Intzet Dr. Fazekas Gbor

mobiDIK Ksyvtr Opercis rendszerek2

Fazekas Gbor

Opercis rendszerek

mobiDIK knyvtr

SOROZATSZERKESZT

Fazekas Istvn


3/200



Fazekas Gboregyetemi docens

Debreceni Egyetem

Opercis rendszerekOktatsi segdanyag

Els kiads

mobiDIK knyvtrDebreceni Egyetem


4/200



Lektor

CopyrightFazekas Gbor, 2003Copyrightelektronikus kzls mobiDIK knyvtr, 2003mobiDIK knyvtrDebreceni EgyetemInformatikai Intzet4010 Debrecen, Pf. 12.

Hungaryhttp://mobidiak.inf.unideb.hu/


5/200



A m egyni tanulmnyozs cljra szabadon letlthet. Minden egyb felhasznls csak a szerz elzetes rsbeli engedlyveltrtnhet. A m A mobiDIK nszervez mobil portl (IKTA, OMFB-00373/2003) s a GNU Itertor, a legjabb genercis portlszoftver (ITEM, 50/2003) projektek keretben kszlt.


6/200

Bevezets

Mi az opercis rendszer?

Korai rendszerek.

A ktegelt feldolgozs egyszer rendszerei. (Simple Batch)

A ktegelt feldolgozs multiprogramozott rendszerei.(Multiprogramming Batched Systems)

Idosztsos (time-sharing) rendszerek.

Szemlyi szmtgpes rendszerek.

Prhuzamos rendszerek.

Elosztott rendszerek.

Vals idej rendszerek.


7/200



Mi az opercis rendszer?

Opercis rendszer: egy program(rendszer), amely kzvettszerepet jtszik a szmtgp felhasznlja s a szmtgphardver kztt.

Opercis rendszer clok:

Felhasznli programok vgrehajtsa, a felhasznli feladat-megolds megknnytse.

A szmtgp rendszer hasznlatnak knyelmesebb ttele.

A szmtgp hardver kihasznlsnak hatkonyabb ttele.

Megjegyzs: az opercis rendszer a felhasznlnak "overhead".


8/200



Szmtgp rendszerek komponensei (sma)

1. Hardver az alapvet szmtsi erforrsokat nyjtja(CPU, operatv memria, I/O berendezsek).

2. Opercis rendszer koordinlja s vezrli a hardvererforrsok klnbz felhasznlk klnbz alkalmaziprogramjai ltal trtn hasznlatt.

3. Alkalmazi programok definiljk azt a mdot, ahogyanaz egyes rendszer-erforrsokat a felhasznlk szmtsiproblminak megoldshoz fl kell hasznlni (fordtk,adatbzis kezelk, vide jtkok, gyviteli programok).

4. Felhasznlk (emberek, gpek, ms szmtgpek).


9/200



Szmtgp rendszerek komponensei (sma)

1. felhasznl 2. felhasznl 3. felhasznl n. felhasznl

fordt assembler szvegszerkeszto adatbzis kezelo

opercis rendszer

szmtgp hardver

alkalmazi programok


10/200



A szmtgp funkcionlis felptse

KZPONTI EGYSGKzponti vezrloegysg(CPU, processzor)- utasts vezrlo- aritmetikai-logikai

egysg

- regisztertr- belso busz-

Memria(operatv tr, fotr,

RAM, ROM)

Busz-rendszer- adatok- cmek- vezrls

Input-output

vezrlo egysg(csatorna,

channel,I/O processzor)

Input-outputvezrlo egysg

(csatorna,channel,

I/O processzor)

Input-outputvezrlo egysg

(csatorna,channel,

I/O processzor)

Berendezsvezrlo egysg

(DCU, devicecontrol unit)

Berendezsvezrlo egysg(DCU, devicecontrol unit)

Berendezs

vezrlo egysg(DCU, devicecontrol unit)



I/O berendezsperifria,

(pl. grafikus display)

I/O berendezs(pl. mgnesszalag)

I/O berendezs(pl. klaviatra)

I/O berendezs(pl.merevlemez)

I/O berendezs(pl. merevlemez)

I/O berendezs(pl. mgnesszalag)

I/O berendezs(pl. grafikus display)

I/O berendezs(pl. hlzati csatols)

I/O berendezs(pl. hlzati csatols)


11/200



Opercis rendszer defincik

nzetfgg :

Erfo rrs al lokl/kioszt menedzseli s kiosztja a hardvererforrsokat

Felgyel prog ram felgyeli a felhasznli programokvgrehajtst, az I/O berendezsek mkdst.

Kernel (mag) az egyetlen program, amelyik "llandan fut"(minden ms program alkalmazi program).


12/200



Korai rendszerek "pucr" gp (1950-es vek eleje)

Szerkezeti jellemzk

a nagymret gpet a konzolrlirnytjk, egy felhasznls rendszer, a programoz egyben opertor is, lyukszalagos s/vagy lyukkrtys adatbevitel s kivitel.

Korai szoftver assemblerek, betltk (loaderek),

kapcsolat szerkesztk (linkage editor), kzs szubrutin-knyvtrak, fordtk (compiler-ek), I/O berendezs kezel rutinok (device driver-ek).

BiztonsgDrga erforrsok rossz hatkonysg kihasznlsa

alacsony CPU kihasznltsg, jelents mennyisg "belltsi id" (setup time).


13/200



A ktegelt feldolgozs rendszerei (Simple Batch) I.

Vegynk fel egy (professzionlis) opertort.

Felhasznl ? opertor.Adjunk a rendszerhez egy krtyaolvast.

Redukljuk a belltsi idta (hasonl) munkk (job)ktegelsvel.

Automatikus soros munka vgrehajts (job sequencing): a

vezrls egyik jobrl (a job vge utn) automatikusan kerl t akvetkezre. (Az els elemi oprcis rendszer megjelense).

Rezidens monitor (felgyelprogram) mkdsi elve: kezdetben a vezrls a monitornl van,

a vezrls taddik a job-nak,

ha a job befejezdtt a job vissza kerl a monitorhoz.


14/200



A ktegelt feldolgozs rendszerei (Simple Batch) II.Egy tipikus job szerkezete s a szmtgpes problmamegolds folyamata, joblps (jobstep).

Problmk:

1. Hogyan szerezhet a monitor tudomst az adott job termszetrl (pl. FORTRANvagy ASSEMBLY), vagy melyik programot kell vgrehajtani?

2. Hogyan tudja a monitor megklnbztetni

egyik job-ot a msiktl?

az adatot a programtl?

Megolds:Vezrl krtyk, pozicionls

Specilis krtyk, amelyek megmondjk a monitornak, mely programot kellfuttatni ($JOB, $FTN, $RUN, $DATA, $END)

Specilis karakterek klnbztetik meg az adat s program krtykat. (//, $, 7-2lyukaszts)


15/200



A ktegelt feldolgozs rendszerei (Simple Batch) III.

A rezidens monitor funkcionlis rszei

Vezrl krtya interpreter felels a vezrlkrtyk beolvassrt srtelmezsrt.

Betlt (loader) httrtrbl betlti az egyes rendszer s felhasznliprogramokat az operatv memriba.

Kszlk meghajt programok(device drivers) ismerik a rendszer azegyes I/O berendezseinek tulajdonsgait s mkdtetsk logikjt.

Elny: cskken a belltsi id (setup time)!Problma: Alacsony teljestmny mivel az I/O s a CPU mveletek nemfedhetik t egymst (prhuzamossg!) s a krtyaolvas nagyon lass!

Megolds: Off-line el- s utfeldolgozs a jobokat egy msik gpsegtsgvel szalagra msoljuk, ill. az eredmnyeket szalagra rjuk, majd egy

msik gp nyomtatja ki. (Absztrakt perifria fogalom ignye megfogalmazdik!)Simultaneous Peripheral Operation On-Line (SPOOL): IBM704, 1960


16/200



A ktegelt feldolgozs rendszerei (Simple Batch) IV.Mg jobb megolds: Spooling!

Mialatt egy job vgrehajtdik, az opercis rendszer: beolvassa a kvetkez jobot a krtyaolvasrl a lemezre (job queue)

egy elz job ltal nyomtatni sznt adatokat lemezrl printerre tovbbtja

Job pool olyan adatszerkezet, amelynek segtsgvel az opercisrendszer kivlaszthatja a kvetkez job-ot, CPU kihasznltsgnvelse.

CPUkrtyaolvas printer

lemez


17/200



A ktegelt feldolgozs multiprogramozott rendszerei.(Multiprogramming Batched Systems)

Alapelv: nhny job(step) futtathat kdja llandan az operatvmemriban helyezkedik el s kszen ll arra, hogy utastsokkallssa el a CPU-t.

Vigyzat! Nem prhuzamosan fut programokrl van sz!

Az opercis rendszer valamilyen stratgia szerint adja oda aCPU-t a futsra ksz programoknak.

CPU I/O


18/200

L read ()

u2u1

CPU I/O

OS

L+1

SIO

M block

scheduler

interrupt

R

scheduler

R+1

scheduler


19/200



A multiprogramozs ltal az opercis rendszerekkelszemben tmasztott kvetelmnyek

Az I/O-nak az opercis rendszer rszrl trtn teljes krfelgyelete. (adatvdelem!)

Az I/O-t az opercis rendszer nem egyszeren tmogatja, hanemvgrehajtshoz elkerlhetetlen.

Hardver felttelek! (kernel/supervisor mode, privileged operations)

Memria gazdlkods a rendszernek fel kell osztania a memrit a

fut jobok kztt. Hardver felttelek! (kernel/supervisor mode, privileged operations,

segmentation)

CPU temezs a rendszernek vlasztani kell tudni a futsra kszjobok kztt.

Kszlkhozzrendels Nem jut minden jobnak, printer, lemez, stb.

Idosztsos (time-sharing) rendszerek interaktivits

D b i E I f ik i I D F k Gb


20/200



A ktegelt rendszerek htrnya: nincs interaktivits!

TS esetn a CPU vltakozva ll olyan joboknak a rendelkezsre,amelyek a memriban, vagy lemezen tallhatk. (Termszetesen a

CPU-t csak olyan job kaphatja meg, amely ppen a memriban van.)Egy job a lemezrl a memriba, ill. a memribl a lemezre

betlthet/kimenthet az temezsi stratginak (idoszts!)megfelelen. j fogalom: folyam (process)!

A rendszer s a felhasznl kztt on-line kommunikcit tteleznk

fel; ha az opercis rendszer befejezi egy parancs vgrehajtst, akvetkez vezrl utasts-t nem a krtyaolvasrl, hanem afelhasznl klaviatrjrl vrja.

Egy adatokat s utastskdokat trol on-line fjl-rendszer kell,hogy a felhasznlk rendelkezsre lljon.

Debreceni Egyetem Informatikai Intzet Dr Fazekas Gbor


21/200



Szemlyi szmtgpes rendszerek.

Szemlyi szmtgpek a teljes szmtgp rendszer egyegyszer felhasznlnak kizrlagos rendelkezsre ll.

Tipikus konfigurcij I/O berendezsek klaviatra, egr,kperny kijelz, kis teljestmny nyomtat.

Eltrben a felhasznl (szemly) knyelme s felelssge.

Sokszor adaptl eredetileg nagygpes opercis rendszerekrekidolgozott informci technolgiai megoldsokat. (migrci!)

plda: MULTICS (MIT,1965-70) UNIX (Bell Labs, 1970)

A felhasznl szemly sokszor a szmtgp kizrlagostulajdonosa, felhasznlja, s gy nincs szksge fejlett CPU

kiszolgl s adatvd szolgltatsokra.

Debreceni Egyetem Informatikai Intzet Dr Fazekas Gbor


22/200



Prhuzamos rendszerek multiprocesszoros rend-szerek tbb mint egy szoros kommunikciskapcsolatban lev CPU-val

Szorosan kapcsolt/csatolt rendszerek a processzorok kzsenhasznljk a memrit s a rendszer rt. A kommunikci akzs memria segtsgvel trtnik.

Prhuzamos rendszerek elnyei:Megnvelt tbocst kpessg,

Gazdasgossg,

Nvekv megbzhatsg,Redundancia,

Graceful degradation,Fail-soft rendszerek.



23/200



Prhuzamos rendszerek

Szimmetrikus multiprocesszls

Minden egyes processzor az opercis rendszer azonos vltozatt(msolatt) futtatja. Ezek egymssal szksg szerintkommuniklhatnak.

Sok processzus futhat egyszerre teljestmnycskkens nlkl.

I/O problmk, temezs

Aszimmetrikus multiprocesszls (master-slave modell)

Minden egyes processzor a hozzrendelt specifikus feladatot (task)oldja meg. A feladatot a mester hatrozza meg! Ezek a taskokegymssal szksg szerint kommuniklhatnak.

Nagyon nagy rendszerekben elterjedtebb megolds.RJE (remote job entry), front-end processzorok.



24/200

gy


Elosztott rendszerek a szmtsokat tbbprocesszor kztt osztjk meg.

Lazn kapcsolt/csatolt rendszerek a processzorok sajt loklismemrit s rendszer rt hasznlnak. A kommunikci nagykapacits adatvonalak, vagy telefon vonalak segtsgveltrtnik.(Pl. specilis LAN; j fogalmak: site, node)

Elosztott rendszerek elnyei:Erforrs megoszts (printer, stb.),

Szmtsi teljestmny nvels,tlterhels vdelem (load sharing),

Nvekv megbzhatsg,

Kommunikci (e-Mail, stb).



25/200


Vals idej (real-time) rendszerek

Gyakran gy jelenik meg, mint valamilyen dediklt alkalmazs (pl.tudomnyos ksrlet tmogatsa, orvosi kpfeldolgozs, ipari kontroll,

kijelz rendszerek) irnyt-felgyel rendszere.A kiszolgls azonnal megkezddik! Jl definilt, rgztett idej

korltozsok.

Hard ("merev" vals idej) rendszerek.A msodlagos tr korltozott, vagy teljesen hinyzik; az adatokat az

operatv memriban (RAM), vagy akr ROM-ban troljk.Konfliktus az idosztsos rendszerekkel.

Szoft ("puha" vals idej) rendszerek.Korltozott szolgltat programok az ipari kontroll, a robotika terletn.

A fejlett opercis rendszer szolgltatsokat ignyl alkalmazsoknl(Multimdia, VR) igen hasznosak.


26/200

Evolution of Modern OS

Modern OS

Batch

Timesharing

PC & Wkstation

Network OS

Real-TimeMemory Mgmt

Protection

Scheduling

FilesDevices

Memory Mgmt

Protection

Scheduling

System softwareHuman-Computer

Interface

Client-Server Model

Protocols

Scheduling



27/200


2. A szmtgp rendszer strukturlisjellemzi

A szmtgpes rendszer mkdse

I/O struktra

Tr struktra s hierarchia

Hardver vdelemltalnos rendszer architektra



28/200


A szmtgpes rendszer mkdse

Az I/O berendezsek s a CPU szimultn kpes mkdni.Minden berendezs vezrl egysg egy meghatrozott

berendezs tpus mkdtetsrt felels,

Minden berendezs vezrl egysgnek sajt, loklis pufferevan.

A CPU oldalrl az I/O a ftr s e loklis pufferek kzttiadatmozgatst jelenti.

A berendezs vezrl egysgek, I/O processzorok egy-egymegszakts generlsval jelezhetik a CPU-nak az I/Omvelet befejezst. (DMA)



29/200


A megszaktskezels fogalmaiA megszakts (interrupt)tadja a vezrlst a megszakts feldolgoz

rutinnak. Ez ltalban a megszaktsi vektorsegtsgvel trtnik, amelynek

megfelel elemei tartalmazzk a megszaktsi osztlyokhoztartozfeldolgoz rutin els vgrehajtand utastsnak cmt.

A megszaktsi rendszernek trolnia kell a megszaktott utasts cmt.

Egy megszakts feldolgozsa idejn jelentkez tovbbi megszaktsokletilthatk (mask out, disable), hogy el ne "vesszenek" (lost interrupt).

A megszaktsi jel forrst tekintve egy megszakts lehet kls (pl. I/O,

Timer, Hardver, ), vagy bels (szoftver megszakts, angolul: trap).Az opercis rendszer (megszakts feldolgoz rutin) kzvetlen feladatai:

a CPU llapotnak megrzse (a hardver ehhez minimlis kezdetitmogatst nyjt);

a megszakts oknak, krlmnyeinek rszletesebb elemzse;

"maszkols";a megszaktott programhoz trtn "visszatrs" megszervezse.


I/O k


30/200


I/O struktraAz I/O folyamat elindult, a felhasznli program a vezrlst csak az I/O

befejezse utn kapja vissza.

"wait" utastsok a kvetkez megszaktsig;"wait loop" az adat megrkezsig (hand-shaking, ready bit!);

csak egyetlen egy I/O lehet egyszerre folyamatban.

Az I/O folyamat elindult, a (felhasznli) program a vezrlst azonnal vissza-kapja tekintetet nlkl az I/O befejezdsre.rendszer hvs (system call); az I/O-t a felgyel program indtja;

kszlk - sttusz tblzat (device state);

a felgyel program kezeli - gazdlkods, temezs.

DMA (Direct Memory Access)

egy megszakts blokkonknt (nem bjtonknt!)


T t kt hi hi


31/200


Tr struktra s hierarchiaFtr, operatv tr az egyetlen, amit a CPU kzvetlenl kpes elrni.

Msodlagos tr a ftr kiterjesztse, nagy, nem trld trols lehetsge.

Swap, paging.

Mgnes lemezeksv, szektor, cilinder fogalma

A tr rendszerek hierarchikus struktrba rendezhetk

sebessg,

r (kltsg),a trolt adatok tartssga

alapjn.

Caching, cache szervezs:

bels/kls cache, virtulis lemezek.


H d d l


32/200


Hardver vdelem

Dul - md mkdsfelhasznl md rendszer (supervisor, monitor) md,

mdus bit,

privilegizlt mveletek.

I/O vdelemminden I/O utasts privilegizlt

meg kell(ett) oldani, hogy felhasznli programok ne kerlhessenek monitor

mdbaMemria vdelem

szegmensek, trvdelmi kulcs

monitor mdban korltlan a trhozzfrs

CPU vdelem

Timer megszaktsok szerepe


ltalnos rendszer architektra


33/200


ltalnos rendszer architektra

Az I/O utastsok privilegizltak. Hogyan hajthat vgre egy felhasznliprogram I/O mveletet?

Rendszer hvs - specilis megszakts az opercis rendszerszolgltatsainak ignybe vtelre.INT gpi utasts,

paramter tads, funkci kdok,

paramter ellenrzs ,

vgrehajts,vezrls visszaadsa.



34/200


3. Opercis rendszer struktrk

Az opercis rendszer komponensei

Opercis rendszer szolgltatsok

Rendszer-hvsok

RendszerprogramokRendszer-szerkezet

Virtulis gpek

Rendszer tervezs s implementci

Rendszer-generls



35/200


Az opercis rendszer komponensei (idealizlt)

Folyamat kezels (Process management)Memria kezels (gazdlkods)

Msodlagos tr kezels

I/O rendszer kezels

Fjl kezels

Vdelmi rendszer

Hlzat-elrs tmogatsa

Parancs interpreter rendszer


Folyamat kezels (Process management)


36/200


Folyamat kezels (Process management)

Folyamat (process - processzus) egy vgrehajts alatt levprogram. A folyamatnak bizonyos erforrsokra (gy pl. CPU

id, memria, llomnyok, I/O berendezsek) van szksge,hogy a feladatt megoldhassa.

Az opercis rendszer az albbi tevkenysgekrt felel afolyamatok felgyeletvel kapcsolatban: Folyamat ltrehozsa s trlse.

Folyamat felfggesztse s jraindtsa. Eszkzk biztostsa a

folyamatok szinkronizcijhoz,

a folyamatok kommunikcijhoz.


Memria (ftr) kezels (gazdlkods)


37/200


Memria (ftr) kezels (gazdlkods)

Az operatv memrit bjtokbl (szavakbl) ll tmbnek fogjuktekinteni, amelyet a CPU s az I/O vezrl megosztva

(kzsen) hasznl.Tatalma trldik a rendszer kikapcsolsakor s rendszer-

hibknl.

Az opercis rendszer a kvetkez dolgokrt felels a memriakezelst illeten:

Nyilvntartani, hogy az operatv memria melyik rszt ki (mi)hasznlja.

Eldnteni, melyik folyamatot kell betlteni, ha memriafelszabadul.

Szksg szerint alloklni s felszabadtani memria terleteket aszksgleteknek megfelelen


Msodlagos tr kezels


38/200


Msodlagos tr kezels Mivel az operatv tr (elsdleges tr) trldik (s egybknt sem

alkalmas arra, hogy minden programot troljon), a msodlagos trra

szksg van. Merev lemezes tr, a msodlagos tr legelterjedtebb megjelense.

Az opercis rendszer a kvetkez dolgokrt felels a msodlagos trkezelst illeten:Szabad-hely kezels

Tr-hozzrendels

Lemez eloszts (scheduling)

I/O rendszer kezels Az I/O rendszer az albbi rszekbl ll:

Puffer (Buffer/Cache) rendszer

ltalnos kszlk-meghajt (device driver) interface

Specilis kszlkek meghajt programjai


Fjl (llomny) kezels


39/200


Fjl (llomny) kezels

Egy fjl kapcsold informci (adatok) egyttese, amelyet a ltrehozja

definil. ltalban program- (klnbz formk), vagy adatfjlokkaldolgozunk.

Az opercis rendszer a kvetkez dolgokrt felels a fjl kezelstilleten:

Fjl ltrehozsa s trlse

Knyvtr ltrehozsa s trlse

Fjlokkal s knyvtrakkal trtn alap-manipulcihoz nyjtott tmogats.

Fjlok lekpezse a msodlagos trba.

Fjlok mentse valamilyen nemtrld, stabil adathordozra.



40/200


Vdelmi rendszer

Vdelem ltalban valamilyen mechanizmusra utal, amelynek rvnmind a rendszer-, mind a felhasznli erforrsoknak a programok,folyamatok, vagy felhasznlk ltal trtn elrse felgyelhet,irnythat.

A vdelmi mechanimusnak tudnia kell:

klnbsget tennie authorizlt (jogos) s jogtalan hasznlat kztt, specifiklni az alkalmazand kontrolt,

szolgltatni a korltoz eszkzket.


Hlzat-elrs tmogatsa (elosztott rendszerek)


41/200


g ( )

Egy elosztott rendszer processzorok adat s vezrl vonallal

sszekapcsolt egyttese, ahol a processzorokhoz nincs kzsmemrijuk s rjuk. (loklis memria, ra).

Az adat- s vezrl vonalak egy kommunikcis hlzatrszei.

Az elosztott rendszer a felhasznlknak klnbz osztott

erforrsok elrst teszi lehetv.Az erforrsok osztott elrse lehetv teszi:

a szmtsok felgyorstst,

a jobb adatelrhetsget,

a nagyobb megbzhatsgot.


Parancs interpreter (al)rendszer


42/200


p ( ) Az opercis rendszernek sok parancsot n. vezrl utasts formjban lehet

megadni. Ezek a vezrl utastsok az albbi terletekhez tartozhatnak:

folyamat ltrehozs s kezels

I/O kezels

msodlagos tr kezels

operatv tr kezels

fjl rendszer elrs

vdelem

hlzat kezels ...

Az opercis rendszernek azt a programjt, amelyik a vezrl utastsokat (be)olvassas interpretlja a rendszertl fggen ms s ms mdon nevezhetik:

vezrl krtya interpreter (control-card Job Control, JC)

parancs-sor interpreter (command-line)

hj (burok, shell) (UNIX)


Opercis rendszer szolgltatsok


43/200


Program vgrehajts (program betlts s futtats)

I/O mveletek (fizikai szint: blokkols, pufferezs)

Fjl-rendszer manipulci (r, w, c, d) Kommunikci a folyamatok kztti informci csere (ugyanazon, vagy

klnbz gpeken) Shared memory Message passing.

Hiba detektls (CPU, memria, I/O kszlkek, felhasznli programok, ...)

Nem kzvetlenl a felhasznl tmogatst, hanem a hatkonyabbrendszermkdst segtik:

Erforrs kioszts multiprogramozs, tbbfelhasznls mkds

Accounting rendszer s felhasznli statisztikk.

Vdelem minden erforrs csak az opercis rendszer felgyelete mellett

rhet el.


R d h k


44/200


Rendszer-hvsok

Ha a fut (felhasznli) program valamilyen rendszerszolgltatst

ignyel, ezt rendszerhvs formjban teheti meg.ltalban assembly szint utastsknt jelen van az

architektrban. (INT, Tcc, SC, stb.)

Magas szint, rendszerprogramok rsra szntprogramozsi nyelvekbe is beptettk. (C)

Paramtertads mdjai a rendszernek: regiszterben,

paramter-tblzatban,

veremben (push- felh. program; pop- op. rendszer) ,

a mdszerek kombinlsa, statusword-ok


Rendszerprogramok


45/200


A rendszerprogramok knyelmes krnyezetet teremtenek a program-fejlesztshez s program vgrehajtshoz. Egy lehetsges oszt-

lyozsuk:Fjl manipulci

Sttus informci

Fjl mdosts

Programozsi nyelv tmogats

Program betlts s vgrehajts

Kommunikci

Alkalmazi programok ...

Felhasznli szemszgbl nzve (egyes nzetek szerint) az opercis

rendszer sokszor a rendszerprogramok egyttesvel azonosthat.


Rendszer-szerkezet


46/200


MS-DOS a lehet legtbb funkcionalitst igyekszik besrteni alehet legkisebb trba: (ezrt) nincs modularits. Az MS-DOS -nak

van bizonyos szerkezete, de kapcsolatai s funkcionlis szintjeinem klnbztethetek meg lesen. (OS/2)

UNIX a hardver funkcionalitsa a korlt; az eredeti UNIXopercis rendszer korltozott struktrval rendelkezett:

rendszerprogramok,

a kernel (mag), amely mindent magban foglal a rendszerhvsinterfsz alatt s a fizikai hardver fltt: (pl.) fjl rendszer, CPUtemezs, memria gazdlkods, ms opercis rendszer fggv-nyek, azaz szmos fggvny egy szinten.

UNIX Commands


47/200

Hardware

Kernel

System Call

Interface

and Libraries

User-written

Applications

User Programs


48/200

Kernel Level

User Level

Trap

System Call Interface

Libraries

Device Drivers

File SubsystemProcess

Control

Subsystem

character block

Buffer Cache

Inter-process

communication

Scheduler

Memory

management

Replicator

System Processes Services Applications

Environment

subsystemsService


49/200

Windows 2000

Executive

I/O Manager

Device drivers

Executive API

Microkernel

Cache

manager

LPC

facilityFile

Systems

Process/thread

manager

System

thread

User

mode

Kernel

mode

Virtualmemorymanager

Window

manager

Securityreferencemonitor

Windows 2000 Architecture

Hardware Abstraction Layer (HAL)

Hardware interfaces (buses, I/O, interrupts, timers,

clocks, DMA, cache control, etc.)

Object management/Executive RTL

Sessionmanager Win32

OS/2

POSIX

Eventlogger

RPC

NTDLL.DLL

Alerter

Subsystem DLLs

User

application

Replicator

WinLogon

controller


Rtegelt (layered) megkzelts


50/200


Rtegelt (layered) megkzeltsAz opercis rendszer egymsra pl szintekre bomlik.

Legals szinten (layer 0) van a hardver, a legfelsn (layer N) afelhasznli interfsz.

Megfelel modularitssal minden szint (layer) kizrlag a nlaalacsonyabb szint fggvnyeit s szolgltatsait hasznlja.

Ilyen absztrakt rtegelt megkzeltst elszr Dijkstrajavasolt

a T.H.Eopercis rendszerben:5. Szint: felhasznli program

4. Szint: input/output pufferezs

3. Szint: opertor konzol kszlk meghajt

2. Szint: memria menedzsment

1. Szint: CPU temezs0. Szint: hardver


Virtulis gpek

A i t li t lt d ll lt l t k fi ik i


51/200


A virtulis gp a rtegelt modell ltalnostsa: nemcsak a a fizikaihardvert, hanem az opercis rendszer magjt is hardvernek tekinti.

A virtulis gp a rendelkezsre ll hardverrel azonos interfsztnyjt.

Az opercis rendszer azt az illzit kelti, mintha minden processzussajt processzort s sajt (virtulis) operatv memrit hasznlna.

A fizikai gp erforrsainak megosztsval (tbbszrs felhasz-

nlsval) implementlhatk a virtulis gpek: CPU temezs sajt processzorok illzija

SPOOLING s fjl rendszer sajt perifrik illzija

Valdi idosztsos terminl a virtulis gp opertori konzolja

A virtulis gpek elnyei s htrnyai Izolci teljes vdelmet nyjt, de kizrja az erforrsok clszer kzs hasznlatt.

J kzeg a rendszerprogramoznak: teljes szolgltats a krnyezet zavarsa nlkl.

Bonyolult feladat az implementci ( a valdi gp pontos multipliklsa).


Rendszer tervezs s implementci

R d t i l k


52/200


Rendszer tervezsi clok Felhasznli clok: az opercis rendszer legyen knyelmesen hasznlhat, knnyen

megtanulhat, megbzhat, biztonsgos, gyors. Rendszer clok: az opercis rendszer legyen knnyen tervezhet, implementlhat,

gondozhat; tovbb rugalmas, megbzhat, hiba-mentes, hatkony.

Mechanizmusok s politikkA mechanizmusok meghatrozzk, hogy hogyankell valamit csinlni, a politikk pedig,

hogy mit kell csinlni. (plda: timer megszakts.)

A mechanizmus s a politika klnvlasztsa nagyon fontos; maximlis rugalmassgot

teremt, ha a politika ksbb megvltozik.

Rendszer implementlsRgen assembly nyelven rtk az opercis rendszereket, ma mr ez nem igaz; magasszint

nyelven is megrhatk. (pl.: MCP/Borroughs Algol; MULTICS PL/1; UNIX, OS/2,WinNT C)

A magasszint nyelven rott kd gyorsabban elkszthet, kompaktabb, knnyebben

ttekinthet s nyomkvethet (debug). A magasszint nyelven rt rendszer portbilis, ms hardverre knnyen tvihet. (pl.: Unix,

Linux) A szkkeresztmetszeteket meghatrozva a gpi kd korriglhat (patch, servicepack).


Rendszer-generls Az opercis rendszereket gy tervezik hogy azok mkdkpesek


53/200


Az opercis rendszereket gy tervezik, hogy azok mkdkpeseklegyenek egy gposztly minden gpn. Ehhez azonban minden egyesszmtgp-krnyezetre az opercis rendszert konfigurlnikell. Ezt amveletet rendszergenerlsnak (installls?) nevezzk. Program segti(SYSGEN, setup, install).

Egy SYSGEN program informldik a hardver rendszer specifikuskonfigurcijrl. (pl. Milyen processzor, aritmetika vehet alapul;processzorok szma, tpusa, stb. ; rendelkezsre ll memria mrete;perifrilis berendezsek tpusai; megszaktsi rendszer tulajdonsgai).

Tisztzni kell, hogy a rendszer mely szolgltatsai tnyleg szksgesek:multiprogramozsi stratgia, hlzat elrs, stb.

Booting, bootstrap loader rendszer betlts.


Rendszer-generlsA generlt rendszerrl szerzett adatok (UNIX plda)


54/200


A generlt rendszerrl szerzett adatok (UNIX plda)G E N E R A L I N F O R M A T I O N

Host Name is euklidHost Address(es) is 131.234.xxx.xxxHost ID is 80782854Serial Number is 2155358292Manufacturer is Sun (Sun Microsystems)System Model is Ultra 1 Model 140Main Memory is 128 MBVirtual Memory is 210 MB

ROM Version is OBP 3.0.4 1995/11/26 17:47Number of CPUs is 1CPU Type is sparcv8plus+visApp Architecture is sparcKernel Architecture is sun4uOS Name is SunOSOS Version is 5.6OS Distribution is Solaris 2.6 5/98 s297s_hw3smccServer_09 SPARC

Kernel Version is SunOS Release 5.6 Version Generic_105181-17[UNIX(R) System V Release 4.0]Boot Time is Sat Feb 26 18:39:29 2000


K E R N E L I N F O R M A T I O N

Ma im m n mbe of p ocesses fo s stem is 1034


55/200


Maximum number of processes for system is 1034Maximum number of processes per user is 1029Maximum number of users (for system tables) is 64

Maximum number of BSD (/dev/ptyXX) pty's is 48Maximum number of System V (/dev/pts/*) pty's is 48Size of the virtual address cache is 16384Size of the callout table is 112Size of the inode table is 4712Size of the directory name lookup cache is 4712Size of the quotas table is 1674STREAMS: Maximum number of pushes allowed is 9

STREAMS: Maximum message size is 65536STREAMS: Maximum size of ctl part of message is 1024Maximum global priority in sys class is 6488124Has UFS driver is TRUEHas NFS driver is TRUEHas SD driver is TRUEHas FD driver is TRUEHas IPCSHMEM is TRUE


S Y S C O N F I N F O R M A T I O N

Max combined size of argv[] and envp[] is 1048320Max processes allowed to any UID is 1029Clock ticks per second is 100


56/200


Clock ticks per second is 100Max simultaneous groups per user is 16Max open files per process is 64

System memory page size is 8192Job control supported is TRUESavid ids (seteuid()) supported is TRUEVersion of POSIX.1 standard supported is 199506Version of the X/Open standard supported is 3Max log name is 8Max password length is 8Number of processors (CPUs) configured is 1Number of processors (CPUs) online is 1Total number of pages of physical memory is 16384

Number of pages of physical memory not currently in use is 7823Max number of I/O operations in single list I/O call is 256Max number of timer expiration overruns is 2147483647Max number of open message queue descriptors per process is 32Max number of message priorities supported is 32Max number of realtime signals is 8Max number of semaphores per process is 2147483647Max value a semaphore may have is 2147483647Max number of queued signals per process is 32

Max number of timers per process is 32Supports asyncronous I/O is TRUESupports File Synchronization is TRUESupports memory mapped files is TRUE


D E V I C E I N F O R M A T I O N

SUNW,Ultra-1 is a "Sun 501-2836"openprom1 is a "Sun Open Boot PROM" device


57/200


openprom1 is a Sun Open Boot PROM deviceoptions0 is a "PROM Settings"aliases1 is a "PROM Device Aliases"

sbus0 is a "Sun SBus" system busaudiocs0 is a "Crystal Semiconductor 4231" audio deviceauxio is a "Auxiliary I/O"flashprom1 is a "Sun Flash PROM"eeprom1 is a "EEPROM" devicezs0 is a "Zilog 8530" serial devicezs1 is a "Zilog 8530" serial deviceespdma is a "SCSI DMA" pseudo device

esp0 is a "Generic SCSI" SCSI controllerc0t0d0 (sd0) is a "SUN2.1G" 2.0 GB disk driveledma is a "LANCE Ethernet DMA" pseudo devicele0 is a "AMD Lance Am7990" 10-Mb Ethernet network interfacebpp is a "Sun Bidirectional Parallel Port" parallel devicecpu0 is a "Sun UltraSPARC" 143 MHz CPU


4 F l t k


58/200


4. Folyamatok

A folyamat (processzus) fogalma

Folyamat temezs (scheduling)

Folyamatokon vgzett "mveletek"

Folyamatok egyttmkdse, koopercijaSzlak (thread)

Folyamatok kztti kommunikci


A folyamat (processzus) fogalmaA folyamat (processzus): vgrehajts alatt ll program.


59/200


A processzus llapotai

Betltheto program (jellemzoi) passzv lemezen trolt betltsi cm belpsi pont

Processzus (jellemzoi) aktv a memriban van/volt program cmszmll rtke regiszterek rtke loklis/globlis vltozk rtke verem llapota core dump

j (new)

futsraksz (ready)

efejezett(terminated)

fut(running)

rakoz(waiting)

interruptfelvve

temezo intzkedse

I/O vagy esemny befejezodseI/O eredmnye vagy esemny kell


Processzus - vezrl blokk (Process Control Block PCB) processzus llapot (process state) : new, ready, running, waiting, halted, sleeping,

Program cmszmll (PC) rtke


60/200


CPU regiszterek tartalma

memria foglalsi adatok

account/user adatok

I/O sttusz informci (a folyamathoz rendelt I/O erforrsok, llomnyok listja)

Processzus llapot informcik (UNIX: ps, top; NT: Task manager)TOP: last pid: 9099; load averages: 0.00, 0.00, 0.01 11:33:35

29 processes: 28 sleeping, 1 on cpuCPU states: 99.6% idle, 0.2% user, 0.2% kernel, 0.0% iowait, 0.0% swapMemory: 128M real, 58M free, 120M swap free

PID USERNAME THR PRI NICE SIZE RES STATE TIME CPU COMMAND9099 fazekas 1 58 0 2608K 1952K cpu 0:00 0.42% top226 root 1 58 0 912K 672K sleep 0:00 0.02% utmpd

4081 root 1 58 0 1904K 1648K sleep 0:00 0.02% sshd4084 fazekas 1 48 0 2600K 2160K sleep 0:00 0.00% tcsh583 root 1 45 0 1760K 1024K sleep 3:30 0.00% sshd1 root 1 58 0 680K 312K sleep 0:02 0.00% init

166 root 5 58 0 2720K 2144K sleep 0:01 0.00% automountd8895 root 1 59 0 9208K 10M sleep 0:01 0.00% Xsun239 root 5 22 0 2296K 1928K sleep 0:00 0.00% vold

212 root 3 22 0 1168K 848K sleep 0:00 0.00% powerd170 root 8 35 0 3608K 1936K sleep 0:00 0.00% syslogd592 root 1 38 0 1560K 1120K sleep 0:00 0.00% ttymon

PS:USER PID %CPU %MEM SZ RSS TT S START TIME COMMAND


fazekasg 513 1.1 2.012192 9848 ? S 15:00:12 0:38 /usr/openwin/bin/Xsun :0 -nobanner -auth /var/dt/A:0-0s6gpTroot 989 0.2 0.2 1184 1064 pts/6 O 08:41:39 0:00 ps -augxfazekasg 722 0.1 0.4 1992 1784 pts/6 R 15:39:28 0:00 /bin/tcshfazekasg 719 0.1 0.7 3840 3128 ?? S 15:39:28 0:00 /usr/openwin/bin/cmdtool

fazekasg 984 0.1 0.7 4528 3424 ? S 08:40:53 0:00 /usr/openwin/bin/texteditroot 3 0 1 0 0 0 0 ? S 14:52:17 0:37 fsflush


61/200


root 3 0.1 0.0 0 0 ? S 14:52:17 0:37 fsflushfazekasg 744 0.1 0.7 3864 3176 ?? S 15:57:25 0:00 /usr/openwin/bin/cmdtoolfazekasg 620 0.1 0.4 2472 2080 pts/2 S 15:01:22 0:00 olwm -syncpid 619fazekasg 733 0.1 0.7 3848 3120 ?? S 15:43:04 0:00 /usr/openwin/bin/cmdtool

fazekasg 636 0.0 1.0 5496 4896 pts/2 S 15:01:38 0:03 /usr/openwin/bin/filemgr -Wp 0 291 -Ws 592 439 -WP 81 833+Wiroot 0 0.0 0.0 0 0 ? T 14:52:16 0:00 schedroot 1 0.0 0.1 664 312 ? S 14:52:17 0:00 /etc/init -

root 2 0.0 0.0 0 0 ? S 14:52:17 0:00 pageoutroot 119 0.0 0.3 1872 1240 ? S 14:53:04 0:00 /usr/sbin/rpcbindroot 121 0.0 0.3 1992 1296 ? S 14:53:04 0:00 /usr/sbin/keyservroot 127 0.0 0.3 1920 1488 ? S 14:53:05 0:00 /usr/sbin/nis_cachemgrroot 149 0.0 0.4 1928 1712 ? S 14:53:18 0:00 /usr/sbin/inetd -sroot 154 0.0 0.4 2264 1824 ? S 14:53:18 0:00 /usr/lib/nfs/statdroot 156 0.0 0.3 1864 1528 ? S 14:53:18 0:00 /usr/lib/nfs/lockdroot 174 0.0 0.5 2912 2488 ? S 14:53:19 0:00 /usr/lib/autofs/automountdroot 178 0.0 0.4 3712 2032 ? S 14:53:20 0:00 /usr/sbin/syslogd

root 189 0.0 0.3 1808 1456 ? S 14:53:20 0:00 /usr/sbin/cronroot 201 0.0 0.5 2824 2512 ? S 14:53:21 0:00 /usr/sbin/nscdroot 211 0.0 0.2 2640 952 ? S 14:53:24 0:00 /usr/lib/lpschedroot 229 0.0 0.2 1152 840 ? S 14:53:27 0:00 /usr/lib/power/powerdroot 232 0.0 0.4 2104 1696 ? S 14:53:27 0:00 /usr/lib/sendmail -bd -q1hroot 244 0.0 0.2 888 712 ? S 14:53:28 0:00 /usr/lib/utmpdroot 259 0.0 0.4 2248 1936 ? S 14:53:29 0:01 /usr/sbin/voldroot 289 0.0 0.3 1840 1376 ? S 14:53:35 0:00 /usr/lib/snmp/snmpdx -y -c /etc/snmp/confroot 298 0.0 0.4 2496 1704 ? S 14:53:37 0:00 /usr/lib/dmi/dmispdroot 299 0.0 0.5 3144 2304 ? S 14:53:38 0:00 /usr/lib/dmi/snmpXdmid -s pader


Folyamat temezs (scheduling)Cl: mindig legyen legalbb egy processzus, amelyik kpes s ksz a

processzort lefoglalni


62/200


processzort lefoglalni.

Processzus temezsi sorok:job queue (munka sor)

ready queue (kszenlti sor)

device queue (berendezsre vr sor)

Folyamat migrci az egyes sorok kztt:


Folyamat temezk:

Hossztv temez (long term scheduler, job scheduler)

mi kerl a job queue-ba, lehet lass, a multiprgramozs foka


63/200


Rvidtv temez (short term scheduler, CPU scheduler)

melyik folyamat kapja meg kvetkez alkalommal a CPU-t, gyorsasg lnyegesSzempontok:

I/O ignyes s CPU ignyes folyamatok

Context switch (process context a processzus tovbbindtshoz szksges sszesinformci rendszerezve, struktrlva kapcsold adatszerkezetek.)


Folyamatokon vgzett "mveletek" (opercik)Processzus ltrehozsa

(kezdeti betltst kivve processzust csak processzus hozhat ltre!)


64/200


(kezdeti betltst kivve processzust csak processzus hozhat ltre!)

Mechanizmusa: egy szl (parent) folyamat ltrehozhat gyermek (child)folyamatokat, majd a gyermekek tovbbi gyermekeket fastruktra

Erforrs megoszts: Szl s gyermek kzsen hasznl minden erforrst.

A gyermek a szl erforrsainak egy rszt hasznlhatja.

Nincs kzs erforrshasznlat.

Vgrehajts: Szl s gyermek konkurens mdon fut. (UNIX: parancs&) Szl a gyermekre vr. (UNIX: parancs)

Cmtr (address space) A gyermek a szl duplikltja.

A gyermek betlt egy programot nmaga helyett .

UNIX pldk: fork, execve


Processzus megszn(tet)se (termination)A folyamat vgrehajtja az utols utastst, majd megkri az opercis

rendszert, hogy trlje (exit). Ennek sorn


65/200


output adatok kerlnek t a gyermektl a szlhz (cf. fork),

a folyamat ltal hasznlt erforrsokat az opercis rendszer felszabadtja.

A szl folyamat felfggesztheti a gyermek folyamatok vgrehajtst (abort).Ennek lehetsges okai pl.:

A gyermek kimertette a hozzrendelt erforrsokat.

A gyermekhez rendelt taskra nincs tbb szksg.

Maga a szl is befejezi mkdst.

Az opercis rendszer (legtbb esetben) nem engedi meg, hogy egy gyermektovbb ljen, mint a szl!

Kaszkd terminci (A szlvel egytt elhal az sszes gyermeke).

Plda: UNIX gyermek: exit rendszerhvs segtsgvel jelzi, hogy nem kvn tovbb mkdni.

szl: waitrendszerhvssal vrakozhat egy gyerek befejezdsre.az opercis rendszer a szl befejezsvel a gyerekeket is megsznteti!

Folyamatok egyttmkdse, koopercija


Fggetlen folyamatok nem befolysolnak ms folyamatokat s nembefolysolhatk ms folyamatok ltal.


66/200


Egyttmkd folyamatok befolysolhatnak ms folyamatokat s

befolysolhatk lehetnek ms folyamatok ltal.A kooperci (koopercit lehetv tev opercis krnyezet) tbb

vonatkozsban elnys lehet: Informci megoszts

Szmtsi folyamatok felgyorstsa

Modularits

Knyelem, knyelmi szempontok.

Termel-fogyaszt folyamatok (a kooperl folyamatok egy paradigmja)

Termel (producer) folyamat valamilyen adatot hoz ltre.

Fogyaszt (consumer) folyamat az adatot fel(el)- hasznlja.

A koopercihoz valamilyen puffer (raktr) szksges.

Korltlan (vgtelen) puffer korltos (vges) puffer megolds.


Kzs memria vges pufferrel megolds

Megosztott adat Termel folyamat Fogyaszt folyamat


67/200


varn;

typeitem= ... ;

var buffer: array[0..n-1] ofitem;

in,out: 0..n-1;

in:=0;

out:=0;

repeat

...

egy item ltrehozsa a nextp

vltozba

...

while(in+1) mod n= outdonop;buffer[in]:= nextp;

in:=(in+1) modn;

until false;

repeat

whilein=out donop;

nextc:=buffer[out];

out:=(out+1) modn;

...

a nextcvltozban lev adatfelhasznlsa

...

until false;

A megolds korrekt, de csak n-1 puffert tud feltlteni!


Szlak (fonalak, knnysly folyamatok, thread, lightweightprocess)A szl a CPU kiszolgls egy alapegysge; jellemzi:


68/200


program cmszmll

regiszter kszlet (tartalma)

verem tartalma

Egy szl megosztva hasznlja a vele egyenrang (trs)- szlakkal a kd szekcijt,

adat szekcijt,

az opercis rendszer ltal biztostott erforrsait;

ezek egyttest task-nak nevezzk.

Egy hagyomnyos, vagy knnysly processzus nem ms, mint egy taskegyetlen szllal.

Elny: cskken a "context-switch" vgrehajtsra fordtott id!

Egy tbb szlat tartalmaz task esetn mg az egyik szl vrakozik (blokkolt), amsik futhat.

Pldk: fjl szerver, web - bngsz.


A szlak olyan mechanizmust szolgltatnak, amely lehetv teszi aszekvencilis processzusoknak a rendszerhvsok blokkolst, s kzben a"prhuzamossg elrst".

Megvalstsa:


69/200


Megvalstsa:

Kernel ltal tmogatott szlak (Mach s OS/2) Felhasznli szint szlak

a kernel szint fltt helyezkednek el;

nincs system call, csak library call(a fejleszt rendszer/fordt oldja meg);

Andrew project (CMU)

vegyes (hibrid) megkzelts: kernel- s felhasznli szint szlak

Solaris 2 (1992)

A szlak llapotaik, kezelsk, egyb tulajdonsgaik (kommunikci,kooperci) alapjn a processzushoz llnak kzel.


Processzusok kztti kommunikci (IPC)Az IPC olyan mechanizmust jelent, amely lehetv teszi, hogy folyamatok egymssalkommunikljanak, s akciikat sszehangoljk, szinkronizljk.

zen rendszer: a folyamatok gy kommuniklnak hogy nem rendelkeznek kzsen


70/200


zen rendszer: a folyamatok gy kommuniklnak, hogy nem rendelkeznek kzsen

hasznlhat memrival.IPC kt mveletet nyjt:

send(message) az zenetek lehetnek fix, vagy vltoz hosszak

receive(message)

pldk (UNIX rendszerhvsok: send, sendmsg, socket, recv, recvfrom, )

Ha a P s Q folyamatok kommuniklni szeretnnek, akkor szksgk van egykommunikcis vonalra (communication link)

A kommunikcis vonal implementcis krdsei Fizikai implementci: megosztott memria, hardver busz, hlzat, ...

Logikai implementci:

Hogyan pl fel a link?

Tartozhat-e egynl tbb folyamathoz? Kt folyamat kztt hny l link lehet? ... zenet mrete, mozgs irnya, stb


Direkt kommunikci

send(P, message) kldj egy zenetet P-nek (utasts Q-ban)

receive(Q message)


71/200


receive(Q, message)

fogadj egy zenetet Q-tl (utasts P-ben)A kommunikcis vonal ebben az esetben automatikusan pl fel a kt folyamat

kztt (PID ismerete szksges!)

A vonal pontosan kt folyamat kztt ltezik.

Minden egyes folyamatpr kztt pontosan egy link ltezik

Egy, vagy tbbirny is lehet.

Termel-fogyaszt pldaSzimmetrikus/asszimetrikus cmzs


Indirekt kommunikci

send(A, message) kldj egy zenetet az A Mail-boxba (utasts Q-ban)

receive(A, message)


72/200


receive(A, message)

olvass ki egy zenetet az A Mail-boxbl (utasts P-ben)A kommunikcis vonal abben az esetben pl fel a kt folyamat kztt ha kzsen

hasznlhatjk az A Mail-boxot (PID ismerete nem szksges!)

A vonal tbb folyamat kztt ltezik (mindenki, aki A-hoz hozzfrhet!).

Minden egyes folyamatpr kztt tbb link is ltezik, ltezhet (Mail-box-fgg)

Egy, vagy tbbirny is lehet.

Ki kapja az zenetet? - problma.

Pufferels (a link ltal egyidben befogadott zenetek szma)Zr kapacits (0 zenetet trol a link; szinkronizci kell, rendezvous)

Korltozott kapacits ( n zenet lehet a linken)

Korltlan kapacitsMs: delay, reply, RPC (remote procedure call)


Kivtel-kezels, kivteles helyzetek

processzus felfggeszts

elveszett zenetek

hibs (scrambled) zenetek


73/200


hibs (scrambled) zenetek


5. CPU temezs

Alapfogalmak


74/200


Alapfogalmak

temezsi felttelek (kritriumok)

temezsi algoritmusok

Tbb-processzoros eset

Vals idej (real time) temezs

Algoritmus kirtkels


AlapfogalmakA multiprogramozs clja: a CPU foglaltsg (kihasznls) hatsfoknak nvelse

A multiprogramozs lnyege: egyidben tbb folyamat is az operatv trbanhelyezkedik el, kszen llva a CPU kiszolglsra. Ha egy folyamatnak vrnia kell (Pl.


75/200


helyezkedik el, kszen llva a CPU kiszolglsra. Ha egy folyamatnak vrnia kell (Pl.

I/O-ra), a CPU-t egy msik folyamat kapja meg.CPU Burst cycle I/O Burst Cycle (CPU foglaltsgi ciklus I/O ciklus)

A CPU ciklusok gyakorisga:

CPU foglaltsgi ciklus hossza

Gyakori-

sga


Rvid tv (short term) temezrl van sz

Rvid tv temezsi dntshelyzet ll el, ha egy folyamat

1. fut llapotbl vrakoz llapotba kerl


76/200


2. fut llapotbl kszenlti llapotba kerl3. vrakoz llapotbl kszenlti llapotba kerl

4. megll

Az 1. s 4. esetben az temezs nem preemptv (nem beavatkoz: a processzusmaga mond le a CPU-rl) (MS Win)

Az 2. s 3. esetben az temezs preemptv (beavatkoz: elveszik tle a CPU-t)

A Diszpcser (dispacher)

A diszpcser adja t a vezrlst az temez ltal kivlasztott folyamatnak. Ez magbanfoglalja:

a kontextus mdostst

user mdba kapcsolst

a megfelel cm utastsra ugrst (PC/IP bellitst)

Diszpcser latencia : egy processzus meglltshoz s egy msik elindtshoz szksges id


temezsi felttelek (kritriumok)

CPU kiszolgls(CPU utilization) a CPU az id minl nagyobbrszben legyen foglalt


77/200


rszben legyen foglalt.

tbocst kpessg(throughput) egysgnyi id alatt befejezdprocesszusok szma.

Vgrehajtsi (turnarund, fordulsi) id = vrakozs a memribakerlsre + kszenlti sorban tlttt id + CPU-n tlttt id + I/O-val tltttid.

Vrakozsi id(waiting time) kszenlti sorban (ready queue) tlttt id Vlaszid (response time) a krs benyjtstl az els vlasz

megjelensig (nem output!) eltelt id. (Interaktv rendszerekben aturnaround nem j jellemz.)

Feladatok: tisztessges kiszolgls, minimum, maximum, tlagoptimizlsa, szrs optimizlsa, jsolhatsg.


temezsi algoritmusok Ignybejelentsi sorrend szerinti kiszolgls(first-come, first-served =

FCFS)

az tlagos vrakozsi id nagy szrsa konvoj effektus


78/200


az tlagos vrakozsi id nagy szrsa, konvoj effektus

A rvidebb igny elszr(shortest job first, shortest job next, SJF, SJN)kiszolgls elve.

Elmletileg minimalizlja az tlagos vrakozsi idt.

Problma: nem tudjuk, hogy a sorbanllk kzl melyik a rvidebb.

Printer spooling.

Predikci: a korbbi foglaltsgi peridusok hossznak felhasznlsval pl.exponencilis tlagolssal (aging - regedsi algoritmus)

Lehet preemptv, vagy non-preemptv.

Jellje tnaz n-edik CPU foglaltsgi ciklus hosszt, n+1a kvetkezonek jsoltfoglaltsgi peridus hosszt.

Definiljuk a kvetkezo foglaltsg vrhat hosszt: Legyen 10 s

n+1= tn+ (1) n


Prioritsi sorrend szerinti kiszolgls

Priorits: a processzushoz rendelt egsz rtk. A kisebb rtk nagyobbprioritst jelent.

Prioritsi fggvny


79/200


Az SJF, ill. FCFS is prioritsos kiszolglsnak tekinthet!Bels s kls priorits.

Preemptv, non-preemptvprioritsi temezk.

Problmk: vgtelen indefinit blokkolds = hezs, hhall.

Plda: MIT 1973 IBM 7094: 1967 ta vrt egy processzus a CPU-ra!!

Megolds: aging (unix plda)

Round robin (RR, krleosztsos, krbejr temezs)

Minden processzus sorban q ideig (q=10-100 millisec.) hasznlhatja a CPU-t

n processzus esetn a maximlis vrakozsi id (n-1)/q

q nagy: FCFS !q kicsi: kontextus vltsi kltsg relatve megn!


6. Folyamat szinkronizci


80/200


HttrA kritikus szakasz problma

Szinkronizcis hardver

SzemaforokKlasszikus szinkronizcis problmk

Kritikus rgik

Monitorok


HttrA termel-fogyaszt folyamat egy mdostott vltozata (counter!)

Megosztott adat Termel folyamat Fogyaszt folyamat


81/200


varn;typeitem= ... ;

var buffer: array[0..n-1] ofitem;

in,out,counter: 0..n-1;

in:=0;

out:=0;

counter=0;

repeat...

egy item ltrehozsa a nextp

vltozba

...

whilecounter=n donop;

buffer[in]:= nextp;

in:=(in+1) modn;

counter=counter+1;

until false;

repeatwhilecounter = 0 donop;

nextc:=buffer[out];

out:=(out+1) modn;

counter=counter-1;

...

a nextcvltozban lev adat

felhasznlsa

...

until false;

A kd kln-kln korrekt, de konkurens mdon vgrehajtva nem az!


A counter:=counter 1utasts assembly szint implementlsa gpiutastsokkal:

reg1:=counter reg2:=counter


82/200


reg1:=reg1+1

counter:=reg1

reg2:=reg2 -1

counter:=reg2

Legyen a counterrtke pl. 5! Akkor egy konkurens hozzfrs-pr utn (Megszakits mindengpi utasts utn bekvetkezhet!):

L1 Termel reg1:=counter reg1:=5L2 Termel reg1:=reg1+1 reg1:=6

L3 Fogyaszt reg2:=counter reg2:=5

L4 Fogyaszt reg2:=reg2-1 reg2:=4

L5 Termel counter:=reg1 counter:=6

L6 Fogyaszt counter:=reg2 counter:=4

Azaz a counterrtke 4 (s nem 5!).


A kritikus szakasz problma n folyamat verseng egy bizonyos (kzs) adat hasznlatrt Mindegyik folyamatnak van egy kdszegmense, ahol ezt a bizonyos adatot

elri (olvassa/rja): ez az n. kritikus szakasz.


83/200


Problma: hogyan biztosthat, hogy amg egy processzus a kritikusszakaszt hajtja vgre, addig egyetlen ms processzus se lphessen be asajt kritikus szakaszba.

Az i-edik processzus (Pi) szerkezete:

Kvetelmnyek:Klcsns kizrs nem lehet egynl tbb processzus a kritikus szakaszban

Progresszi a kivlaszts (futsra) nem ksleltethet hatrozatlan ideig

Korltozott vrakozs

minden igny kiszolglsa megkezddik korltozott szm kritikus szakasz vgrehajtsa utn

Algoritmusok kt processzus esetre

repeat

kritikus szekci

maradk szekciuntil false;

entry szekci

exit szekci


I. algoritmus II. algoritmus III. algoritmuskzs vltozkvar turn: (0..1);{kezdeti rtk: turn=0;ha turn=iPi belphet a

kritikus szekcijba}

kzs vltozkvar flag: array[0..1] of boolean;{kezdeti rtk: flag[i]=false;ha flag[i]=truePi ksz be-

lpni a kritikus szekcijba}

kzs vltozkI. s II. kombincija


84/200


Processzus Pirepeat

while turn ido

no-op;

kritikus szekci

turn =j;


Processzus Pirepeat

flag[i]:= true;whileflag[j]dono-op;

kritikus szekci

flag[i]:= false;


Processzus Pirepeat

flag[i]:= true;

turn:=j;whileflag[j]andturn=jdono-op;

kritikus szekci

flag[i]:= false;


Klcsns kizrs van, deprogresszi nincs!

Progresszi van, de klcsnskizrs nincs!

Mindhrom felttelt kielgti!


Bakery algoritmus (kritikus szakasz n processzusra)

Minden processzus kap egy sorszmot, mieltt belp a kritikus szekcijba(ticket). A legkisebb sorszm processzus hajthatja vgre a kritikus szekcijt.


85/200


Ha Pis Pjsorszma megegyezeik, akkor a kisebb index jogosult a kritikusszekcijba belpni.

A sorszmoz rendszer mindig monoton nvekv sorszmokat generl.Pl.: 1,2,2,3,3,3,4,4, ...

Jells:


86/200


{kezdeti rtk: i= 0,1, ... , n-1 -re choosing[i]:=false, number[i]:=0.} Processzus Pirepeat

choosing[i]:= true;

number[i]:=max(number[0], ... , number[n-1])+ 1;

choosing[i]:=false;

forj:=0 ton-1 do

beginwhile choosing[j] dono-op;while number[j] 0and(number[j],i)


87/200


Felhasznlsa: A kzs adat elrsnek tnye ms processzusok szmrarzkelhetv tehet!


Szemaforok (Dijkstra, 1965)Aktv vrakozs (busy waiting) problmjaSzemafor (S) integer vltoz

lbbi k l i ( ik ) l h j h j


88/200


csupn az albbi kt elemi (atomikus) mvelet hajthat rajta vgre

wait(S): S:=S-1;ifS


89/200

only one of the waiting processes.

LetS andQ be two semaphores initialized to 1

P0

P1

wait(S) wait(Q )

wait(Q ) wait(S)

. .

. .

. .

signal(S) signal(Q )

signal(Q ) signal(S)

Starvation indefinite blocking

A process may never be removed from the

semaphore queue in which it is suspended.


Klasszikus szinkronizcis problmkA korltos puffer problma a modellezshez hasznlt szemaforok: mutex, empty, full

emptykezdrtke: n

full ke drtke 0


90/200


fullkezdrtke: 0 szmll (counting) szemaforok.

Az olvask s rk (readers and writers) problma

Egy adatot, llomnyt tbb processzus megosztva, prhuzamosan hasznl, egyesekcsak olvassk, msok csak rjk. Hogyan biztosthat az adatok konzisztencija?

Stratgik:

1. Minden olvas azonnal hozzfrhet az adatokhoz, hacsak egy r nem kapott mrengedlyt az rsra.

2. Egy r azonnal rhat, ha erre ksz s ms rk ppen nem rnak.

Mindkt stratgia hezshez (starvation) vezethet, de van megolds.

Bounded-Buffer Problem

Shared data


91/200

typeitem= ...

var buffer= ...

full, empty, mutex:semaphore;

nextp, nextc:item;

full:= 0;empty:=n ;mutex:= 1;

Producer process

repeat

...

produce an item innextp

...wait(empty);

wait(mutex);

...

addnextptobuffer...

i l( )

Consumer process

repeat

wait(full);


92/200

wait(full);

wait(mutex);

...

remove an item frombuffertonextc

...

signal(mutex);

signal(empty);

...

consume the item innextc

...

untilfalse;


A vacsorz filozfusok (dining philosophers) problmja

Egy kralak asztal mellett tfilozfus l, mindegyik eltt van egytnyr rizs s a szomszdos

tnyrok kztt egy-egy ev-plcika


93/200


tnyrok kztt egy-egy ev-plcika. Evshez a filozfus a sajt tnyrja

melletti kt eveszkzt hasznl-hatjagy, hogy ezeket egyms utn kzbeveszi.

Ha befejezte az tkezst, vissza-teszi

az eszkzket, s gondolkodni kezd. Majd jra meghezik, stb.

Plda szmos konkurencia kontrollproblmra.


Kritikus rgikMagas szint szinkronizcis eszkz.

Egy megosztott vltoz v, amelynek tpusa T, deklarcija

var v: shared T;


94/200


var shared ;A vvltoz csak az albbi alak utastsokon keresztl rhet el:

regionvwhenBdo S;

ahol Begy logikai kifejezs.

Amg az Sutasts vgrehajts alatt ll, msik processzus nem rheti el a vvltozt.

Ha a processzus megprblja vgrehajtani a region utastst, a Blogikai kifejezskirtkeldik. Ha Bigaz, az Sutasts vgrehajtdik. Ha hamis, akkor a processzusvgrehajtsa ksleltetdik addig, amg a kifejezs igaz nem lesz s egyetlen msprocesszus sincsen a v-hez kapcsolt rgiban.

Plda: korltos puffer problmja

Implementci: pl. szemaforokkal


Plda: A korltos puffer problma egy lehetsges megoldsa.


95/200



Monitorok (Hoare, 1974; Hansen, 1975)magas szint szinkronizcis eszkzk (szikronizcis primitv), amelyek lehetv

teszik egy absztrakt adattpus biztonsgos megosztst konkurens processzusokkztt.

formlisan: a monitor eljrsok, vltozk s adatszerkezetek egyttese, amelyek egyspecilis csomagba vannak integrlva A processzusok hvhatjk a monitorban lev


96/200


j , gy , y gyspecilis csomagba vannak integrlva. A processzusok hvhatjk a monitorban leveljrsokat, de nem rhetik el kzvetlenl annak bels adatszerkezett.

Specilis tpus: condition

Specilis mveletek: x.wait, x.signal

A monitor azt kvnja biztostani, hogy egy idben csak egy processzus legyen aktv(rajta).

Megvalsts: pl. szemaforokkal.


Plda: A dining philosophers problma egy lehetsges megoldsa.


97/200



8. Memria management

Httr

Logikai s fizikai cmtr


98/200


Logikai s fizikai cmtr

Swapping

Folytonos allokls

LapozsSzegmentci

Szegmentci lapozssal


HttrAz szmtgp (processzor) kapacitsnak jobb kihasznlsa megkveteli,

hogy egyszerre tbb processzus osztozzon a memrin (shared memory).

Egy program alapveten valamilyen (binris vgrehajthat) fjl formban

helyezkedik el a httrtrban. Vgrehajtshoz be kell tlteni a memriba. Vgrehajts kzben a memria kezelsi stratgitl fggen tbbszr mozoghat a


99/200


Vgrehajts kzben a memria kezelsi stratgitl fggen tbbszr mozoghat amemria s httrtr kztt.

Input queue a vgrehajtsra kijellt s evgett sorban ll programokegyttese.

A programkdhoz s a program vltozkhoz valamikor memria cmeket kell

rendelni (address binding). (Ez trtnhet a betlts eltt, kzben, vagy akrutna is.)Fordtsi idben trtn trfoglals (cmkapcsols).

Betltsi (szerkesztsi) idben trtn trfoglals (cmkapcsols).

Futsi idben trtn trfoglals (cmkapcsols).


Egy felhasznli program feldolgozsnak lpsei

Forrsprogram

Compiler/

Assembler

fordtsi

id


100/200


Trgy-modul

Ms trgy-modulok

Kapcsolat-szerkeszt

Betlthet-modul

Betlt

Rendszer-knyvtr

Dinamikusrendszer-kn vtr

Vgrehajthatprogram a

memriban

betltsi

id

futsi

id


Dinamikus betltsEgy szubrutin nem tltdik be, amg meg nem hvdik. Minden szubrutin a lemezen tallhat

thelyezhet binris formban.

A hv rutin elszr tisztzza, hogy a hvott benn van-e a memriban. Ha nincs, akkoraktivizldik az thelyez betlt, s a betlts utn a program cmhivatkozsai (cmtblzat,cmkonstansok) mdosulnak.

A nem szksges rutinok soha nem tltdnek be!


101/200


Nincs szksg specilis opercis rendszer tmogatsra (a futtat rendszer - run time systemsajt hatskrn bell megoldja).

Dinamikus szerkesztsStatikus szerkeszts: a nyelvi knyvtrak gy kezeldnek, mint brmely ms (felhasznli)

object modul. Problma: a gyakran hasznlt rutinok sok-sok vgrehajthat program kdjval

egytt letroldnak. (lemez-pazarls!)Dinamikus szerkesztsnl nemcsak az (thelyez) betlts, hanem a (szimbolikus) kapcsolat

szerkeszts is kitoldik a futsi idre. Egy kismret kd (stub=csonk) helyettesti a szksgesrutint a vgrehajthat program kdjban, amely segtsgvel a szksges rutin a memriban(ha az memria rezidens), vagy a lemezes knyvtrban lokalizlhat. A lokalizls utn(kvetkez alkalommal) a rutin mr direkt mdon hajtdik vgre (nincs jra tlts!).

Tovbbi elnyk: knyvtr mdostsok, verzik, bug fixes, patches, service pack, shared

library.Opercis rendszer tmogats: vdett terletre betlttt rutinok elrse.


OverlayA felhasznli program logikjba (szubrutin struktrjba) beptett dinamika.

Alaptlet: a teljes programnak (kd s adat) csak az a rsze legyen benn az operatvmemriban, amelyre tnylegesen szksg van.

Plda: tbbmenetes fordtk, assemblerek.


102/200


Szimblum tbla 20 K

Kzs rutinok 30 K

Overlay driver 10 K

Elso menet(70 K)

Msodik menet(90 K)


Logikai s fizikai cmtrLogikai cm = a CPU ltal generlt cm (virtulis cm).

Fizikai cm = a Memory Management Unit(MMU) ltal generlt cm (relis cm).

A fordtsi s betltsi idben csak a logikai cmtr (cmhozzrendels) elrhet!

A logikai cmet a MMU kpezi le fizikai cmm.E l k i


103/200


Egy egyszer cmlekpezsi sma:

Fizikai cm

14346

Logikai cm

346

relokl regiszter

+CPU

14000

memria


Swappingswap = csere (egy fut processzus kdjnak s adatainak "lecserlse" egy

httrtrban troltra).

Httrtr: nagy, sszefgg, gyorsan elrhet lemezterlet, amely elg nagy

ahhoz, hogy minden fut program memriabeli kpt (core image) trolja.Roll out, roll in: swapping stratgia vltozat: az alacsonyabb priorits folyamatok


104/200


kicserldnek a magasabb prioritsakra.

A swap id nagyrszt adattviteli id(!), arnyos a processzus ltal lefoglaltoperatv memria mretvel.

A swapping egyes verzii megtallhatk a UNIX-ban (automatikus) s az MSWindows-ban is (kzi vezrelt?).

Round Robin plda: idoszts s tviteli id.

Ms problmk: fgg I/O.


Folytonos tr-alloklsAz operatv memrit egyetlen folytonos tmbnek tekinthetjk.

A memria "rendszer"- s "felhasznli program" rszekre bomlik.

A rendszer rsznek tartalmaznia kell a memriba begyazott megszaktsi vektort,

az I/O kapukat (portok). Egyszer partcis allokls


105/200


Egyszer partcis allokls

0

Opercisrendszer

Felhasznliprogram

640K-1

CPU < +

Limitregiszter

Relokcisregiszter

Logikaicm

nem

Fizikaicmigen

Megszakts:cmzsi hiba!


Multipartcis alloklsA felhasznli programok szmra elrhet terlet rszekre (partcikra) bomlik. Egy partci

egy felhasznli program (processzus) befogadsra alkalmas.

Fix, vltoz szm s hosszsg partcik, priorits.

Lyuk (hole): kt foglalt partci kztti szabad memria terlet (blokk). A lyukak mrete vltoz

lehet. Ha egy processzust ltre kell hozni, akkor ehhez az opercis rendszernek egy megfelelen

nagy mret lyukat kell kivlasztania


106/200


nagy mret lyukat kell kivlasztania.

Plda:

Op. rendszer

5. processzus

8. processzus

2. processzus

Op. rendszer

5. processzus

lyuk

2. processzus

Op. rendszer

5. processzus

9. processzus

lyuk

2. processzus

Op. rendszer

5. processzus

9. processzus10. processzus

lyuk

2. processzus


Az opercis rendszer nyomon kveti az alloklt s szabad partcikat (hely s mret alapjn).

Dinamikus tr-hozzrendelsi problma: hogyan lehet kielgteni egy adott mret allokcis(trfoglalsi) ignyt?

First -fit: foglaljuk le az els lyukat, amely elg hossz!

Best-fit: foglaljuk le az elg hossz lyukak kzl azt, amelynek hossza legkzelebb esik aszksges hosszhoz!

Worst-fit: foglaljuk le a leghosszabb lyukat (ha az elg hossz)!

rtkelsi szempontok / rtkels:


107/200


rtkelsi szempontok / rtkels:

Sebessg, trkihasznls: a "first" s "best" jobb, mint a "worst".

A lyukak adminisztrlsa is idt s memrit ignyel, deadlockhoz is vezethet! (tbbekerlhet mint a szabad hely!)

50% szably: (D. Knuth) a first fit stratgia statisztikai vizsglata azt eredmnyezte, hogy n

blokk elhelyezse sorn n/2 blokk (helye) elvsz(!) (ez a kezdeti szabad terlet egyharmada!).

Kls s bels fragmentci.

A kls fragmentci cskkentse tmrtssel.

cl: a lyukak egyestse egy szabad terlett.

dinamikus relokci szksges

fggben lev I/O problmja.


Lapozs (paging) nem folytonos tr-alloklsA kls fragmentci problmjnak egy lehetsges megoldst kapjuk, ha megengedjk,

hogy a fizikai cmtr ne legyen folytonos, megengedve egy processzushoz fizikailag ssze nemfgg memria blokkok alloklst.

A logikai- s fizikai cmtr fggetlen blokkokra (lapokra, keretekre) bomlik.

A logikai blokk (lap/page) s a fizikai blokk (keret/frame) mrete megegyezik. A mret 2 hatvny jellemzen 512 8192


108/200


A mret 2 hatvny, jellemzen 512-8192.

Brmelyik lap elfoglalhatja brmelyik keretet.

Nyilvn kell tartani a szabad s foglalt kereteket.

Egy n lapbl ll program futtatshoz elbb n szabad keretet kell tallni!

Bels fragmentci. (Kls fragmentci nincs, mert egy keret mindig teljesen lefoglaldik)

A cmkpzs mechanizmusa:

logikai cm: (lap sorszma, lapon belli relatv cm)

fizikai cm: (keret memriabeli kezdcme, kereten belli relatv cm)

laptbla: minden logikai laphoz tartalmaz egy bejegyzst, amely a logikai lapot

tartalmaz keret fizikai cme + ms informcik.


CPU

Logikai cm Fizikai cm

page offset frame offset page 0

page 1

page 2

0 1

1 4

2 3

3 7

0

1 page 0

2

Framesorszm


109/200


Invertlt laptbla

Fizikaimemria

frame

page 2

page 3

Logikaimemria

Lap-tbla

3 page 2

4 page 1

5

6

7 page 3

Fizikai

memria


Minden egyes fizikai laphoz (frame-hez) tartalmaz egy bejegyzst (entry). Egy bejegyzs azadott frame-ben trolt logikai lap virtulis cmt s annak a processzusnak az azonostjttartalmazza, amelyikhez a frame tartozik.

Cskken a laptblk trolshoz szksges memria mrete, de n a tbla tnzshezkeressi id a lapreferencia felmerlse esetn.

Hash - megoldsokkal a keressi id cskkenthet.


110/200


Megosztott lapok

CPUpid p d i d

Fizikaimemria

Logikai cm Fizikai cm

pid p

Lap tbla

keress


A kzs (re-entrant) csak olvashat kd (lap) megosztva hasznlhat tbbprocesszus ltal (pl. szvegszerkesztk, kompjlerek, ablak rendszerek).

ed 1

ed 2

ed 1

ed 2

3

4

01 data 1


111/200


ed 2

ed 3

data 1

ed 2

ed 3

data 1

P1 proc.

ed 1

ed 2

ed 3

data 2

P2 proc.ed 1

ed 2

ed 3

data 3P3 proc.

4

6

1

P1

laptblja

3

4

6

7

P2laptblja

3

4

6

2P3

laptblja

2 data 3

3 ed 1

4 ed 2

56 ed 3

7 data 2

8

9

10


Szegmentci szemantikus memria feloszts A szegmentci egy felhasznli szemlletet tkrz memria kezelsi smt jelent.

A program szegmensek egyttese. A szegmens logikai egysg, mint pl.

fprogram

eljrs

fggvny

loklis vltozk

1

4


112/200


loklis vltozk

globlis vltozk

kzs vltozk (common block)

verem

szimblum tblzatok, tmbk Pl.

12

34

Felhasznli szemllet

2

3

fizikai memria


A logikai cm kt rszbl ll:< szegmens szm, offset >

Szegmens tbla kt dimenzis felhasznl ltal definilt cmeket egy dimenzisfizikai cmekk alakt; a tblban minden bejegyzs tartalmaz egybzist amely a szegmens fizikai kezdcmt adja meg,

mrethatrt (limit), amely a szegmens hosszt mondja meg.Szegmens tblzat bzis regiszter (STBR): a szegmens tbla memriabeli helyre

(kezdcm) mutat (pointer).


113/200


( ) (p )Szegmens tblzat hossz regiszter (STLR): a szegmens tbla maximlis

bejegyzseinek szmt adja meg. az s szegmens szm akkor leglis, ha s < [STLR]. Relokci: dinamikus

szegmens tblzat segtsgvel Megoszts: megosztott szegmensek azonos szegmens (sor)szm

(Tr)vdelem: minden egyes bejegyzshez a szegmens tblban kapcsoldik egy: rvnyest (validation) bit (=0 illeglis szegmens) read/write/execute privilgiumok

Allokci: a hossztvu temeznek el kell helyeznie a memriban egy processzussszes szegmenst (hasonl megoldsok s problmk lpnek fel, mint a vltoz

hosszsg multiparticis rendszereknl) first fit /best fit kls fragmentci


Szegmentci lapozssal tlet: a lapozs a kls fragmentcit, a szegmentls a bels fragmentcit cskkentheti! Pl. INTEL (>3)86 (Az OS/2 opercis rendszer mr ki is hasznlta)

Egy processzus ltal hasznlhat szegmensek maximlis szma: 16K (!) Egy szegmens mrete: 4 GB. Lapmret: 4K=4096 bjt.

A szegmensek egyik fele privt, ezek cmt (adatait) az LDT (Local Descriptor Table) tartalmazza A tbbi (az sszes processzusok ltal) kzsen hasznlt szegmens, ezek cmt a GDT (Global DescriptorTable) tartalmazza.

Mindkt tblban egy-egy bejegyzs 8 byte, az adott szegmens lerja (kezdcm s hossz).


114/200


Mindkt tblban egy egy bejegyzs 8 byte, az adott szegmens lerja (kezdcm s hossz). Logikai cm: , ahol az offset egy 32 bites rtk, a szelektor

s g p

13 1 2

alak, ahol s: szegmens szm, g: GDT, vagy LDT, p: protection (vdelem) jelzse. A processzor 6 szegmens regisztere egy-egy szegmens egyidej gyors megcmzst teszi lehetv.

8 db 8-bjtos mikroprogram regiszter (cache) a megfelel LDT/GDT bejegyzsek trolsra.

lineris cm: (ellenrzsek - limit - utn) 32 bit, amit fizikai cmm lehet konvertlni.

lapmret=4K 1M elem laptbla (4MB !) jobb megolds a 2 szint laptbla!

P1 p2 d10 10 12


INTEL (>3)86 cmkpzsi sma

ler tbla

szegmens ler +

16 3 2 0

logikai cm szelektor offset


115/200


lap frame

fizikai cm

lap tbla

laptbla bejegyzs

lap sztr

lap sztr bejegyzs

szegmens regiszter

lineris cm directory page offset


Szempontok a memria management stratgik sszehasonltshoz A legersebben meghatroz tnyez a hardver tmogats. (A CPU ltal generlt minden

egyes logikai cmet ellenrizni kell (legalits) s le kell kpezni valamilyen fizikai cmm. Azellenrzs nem implementlhat (efficiens) mdon a szoftverben.

A trgyalt memria management algoritmusok (folytonos allokls, lapozs, szegmentci,szegmentci s lapozs) sok vonatkozsban klnbz rtkeket mutat. Nhny ilyen

vonatkozs: Hardver tmogats: Az egyszer s multipartcis smkhoz elg egy bzis regiszter, vagy

egy bzis/limit regiszter pr. A lapozs s szegmentci lekpez tblzatokat is ignyel.


116/200


Teljestmny: Az algoritmus bonyoldsval a vgrehajtsi id is megn.

Fragmentci: A multiprogramozs szintjnek emelsvel processzor kihasznltsg nhet, dekzben memrit vesztnk el. (fix partcik: bels-, vltoz partcik: kls fragmentci).

Relokci: a program (logikai cmtartomnynak) eltolsa. Tmrts s dinamikusthelyezs.

Csere (Swapping): kiegszt intzkeds arra az esetre, ha a processzus ltal elfoglalt fizikaimemrit fel kell adni.

Megoszts (Sharing): a hatkonysgot nvelhetik a tbb processzus ltal kzsen hasznltkd s adatok.

Vdelem (Protection): a processzusok alaphelyzetben csak a hozzjuk rendelt cmtartomnyt

hasznlhatjk. (A megoszts termszetes velejrja.)


9. Virtulis memria kezels

Httr

Igny szerinti (knyszer) lapozs A knyszer lapozs teljestmnye


117/200


A knyszer lapozs teljestmnye

Laphelyettestsi algoritmusok

Frame-k alloklsaVergds (csapkods, thrashing)

Knyszer szegmentls


Httr Az elz fejezetben trgyalt memria kezelsi technikk csak rintlegesen tartalmazzk azt az

esetet, amikor a processzus logikai cmtartomnya tnylegesen nagyobb, mint a fizikaicmtartomny. (Az owerlay s a dinamikus betlts segthetik ennek a problmnak amegvlaszolst, de ltalban elzetes tgondolst s kln kdolsi erfesztseket ignyelneka programoztl.) Ha nem akarjuk a programozt terhelni, akkor korltozhatjuk a vgrehajthatprogram mrett a fizikai memria mretre, de ez elg szerencstlen megolds. Ugyanis: A programok gyakran tartalmaznak olyan (kd)rszeket amelyek rendkvli hibkat/eseteket kezelnek.

Statisztikailag tekintve ezek olyan ritkk, hogy ez a kdrsz szinte sohasem hajtdik vgre.


118/200


Tmbknek, tblzatoknak, listknak sokszor olyan sok memrit alloklnak, amennyire a konkrt eseteknagyrszben nincs szksg.

A program bizonyos gai, szolgltatsai rendkvl ritkn aktivizldnak. (Pl. USA kltsgvetsegyenlege.)

Az a lehetsg, hogy egy olyan program vgrehajtsa is megkezdhet/folytathat, amelynekkdja nincs teljes terjedelmben az operatv memriban tbb elnnyel jr: Nem korlt tbb a fizikai memria mrete. A programoz nem veszdik az overlay megtervezsvel.

Egyszerre tbb program aktv kdrsze lehet benn a memriban, ami jobb CPU kiszolglsteredmnyezhet. (Kzben nem nvekszik a vlaszadsi s vgrehajtsi id!)

Kevesebb I/O tevkenysg szksges a Swapping-hez. (A futsi sebessg n!)

A virtulis memria koncepcija a felhasznl/programoz memria szemlletnek teljesszeparlst jelenti a fizikai memritl.

Els kzeltsben azt az esetet vizsgljuk, amikor a fut processzuskoz fizikai lapoknak(frame-knek) egy rgztett kszlete tartozik. ( a processzusok nem ignyelhetik egy msikprocesszus fizikai lapjait).


Igny szerinti (knyszer) lapozs Csak akkor tltsnk be egy lapot a memriba, ha szksges

Kevesebb I/O szksges

Kevesebb memria szksges

Gyorsabb a vlaszid

Tbb felhasznl jut lehetsghez

Szksges egy lap, ha egy aktulis (logikai) cmhivatkozs r utal. rvnytelen cmhivatkozs abortls


119/200


A lap nincs a memriban be kell tlteni a memriba

Validcis (valid/invalid) bit (v) szerepe a laptblban: [v=0] [page fault] Page Fault (laphiba)

Az els hivatkozs a lapra biztosan laphibt okoz. Az opercis rendszer eldnti, hogy a hivatkozs maga is hibs-e (abortls), vagy

a lap nincs a memriba betltve.

res keret (frame) keress.

Lap betltse a keretbe.

A megfelel tblaelemek belltsa (v=1, stb...)

A hivatkozott (gpi) utasts vgrehajtsnak folytatsa (restart).

Mi trtnik, ha egy hinyz lap betltshez nincs szabad (res) frame amemriban?


Algoritmusok az ldozat lap kivlasztsra s hatsuk az tbocst kpessgre (cl:a page faultok szmnak minimalizlsa)

A knyszer-lapozs teljest kpessge laphiba (page fault) arny: 0p1 (p=0: nin

Op Rendszerek Fazekas Gabor

Documents