Билет 11. 1. Ассоциативность памяти

1. Ассоциативность памяти. Структура таблиц страниц.

Таблица страниц – непрерывная область физической памяти. В системе имеется базовый регистр таблицы страниц, указывающий на таблицу страниц и хранящий ее длину.Таким образом, при страничной организации любой доступ к памяти требует фактически не одного, а двух обращений в память – одно в таблицу страниц, другое – непосредственно к данным или команде. В этом – некоторый недостаток и неэффективность страничной организации, по сравнению с более простыми методами управления памятью. Проблема двух обращений решается введением ассоциативной памяти (cache) страниц,называемой также буфер трансляции адресов. Ассоциативная память, по существу, является ассоциативным списком пар вида: (номер страницы, номер фрейма(способ представления знаний в искусственном интеллекте, представляющий собой схему действий в реальной ситуации)).Ее быстродействие значительно выше, чем у основной памяти и у регистров.

Схема трансляции адресов с использованием ассоциативной памяти изменяется: если номер страницы из логического адреса найден в ассоциативной памяти, то из ее элемента извлекается соответствующий номер фрейма. Если же номер страницы отсутствует в ассоциативной памяти, он выбирается обычным образом из таблицы страниц, но заносится в ассоциативную память. Таким образом, в ассоциативной памяти накапливается информация о наиболее часто используемых страницах.

2. Подходы к построению ОС. Классификация ОС.

При описании операционной системы часто указываются особенности ее структурной организации и основные концепции, положенные в ее основу. К таким базовым концепциям относятся:

1. Способы построения ядра системы - микроядерный подход. Большинство ОС использует монолитное ядро, которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот. Альтернативой является построение ОС на базе микроядра, работающего также в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой.

2. Построение ОС на базе объектно-ориентированного подхода дает возможность использовать все его достоинства, хорошо зарекомендовавшие себя на уровне приложений, внутри операционной системы, а именно: возможность создания новых объектов на базе имеющихся с помощью механизма наследования, хорошую защиту данных за счет их инкапсуляции во внутренние структуры объекта, что делает данные недоступными для несанкционированного использования извне. Нескольких прикладных сред дает возможность в рамках одной ОС одновременно выполнять приложения, разработанные для нескольких ОС.

3. Распределенная организация операционной системы п озволяет упростить работу пользователей и программистов в сетевых средах. В распределенной ОС реализованы механизмы, которые дают возможность пользователю представлять и воспринимать сеть в виде традиционного однопроцессорного компьютера.

Классификация ОС. По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могут быть разделены на два класса: многозадачные (Unix, OS/2, Windows). однозадачные (например, MS-DOS)

Многозадачная ОС, решая проблемы распределения ресурсов и конкуренции, полностью реализует мультипрограммный режим.

По числу одновременно работающих пользователей ОС можно разделить на: однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x); многопользовательские (Windows NT, Unix).

Наиболее существенно отличие заключается в наличии у многопользовательских систем механизмов защиты персональных данных каждого пользователя.

Многопроцессорные системы состоят из двух или более центральных процессоров, осуществляющих параллельное выполнение команд. Многопроцессорная обработка реализована в таких ОС, как Linux, Solaris, Windows NT и в ряде других.

Многопроцессорные ОС разделяют на симметричные и асимметричные. В симметричных ОС на каждом процессоре функционирует одно и то же ядро и задача может быть выполнена на любом процессоре, то есть обработка полностью децентрализована. В асимметричных ОС процессоры неравноправны. Обычно существует главный процессор (master) и подчиненные (slave), загрузку и характер работы, которых определяет главный процессор.

1. Системы реального времени. Система должна обрабатывать поступающие данные быстрее, чем те могут поступать, причем от нескольких источников одновременно.

3.Пример идеальной ФС

Рассмотрим некоторые важные свойства и элементы файловых систем и способы их реализации с целью построения модели идеальной ФС.

Именование файлов. Файлы – абстрактный механизм. Они представляют возможность записывать и позже считывать информацию. От идеальной ФС требуется скрывать подробности работы аппаратного обеспечения. Для использования файлов важно знать правила именования файлов. В различных ФС эти правила различны. Для идеальной ФС я выбрал следующие правила именования файлов: поддержка имени файла до 255 символов (фактически, стандарт на сегодняшний день); имена файлов в кодировке Unicode, что таким образом должно решить проблему поддержки различных языков;

Структура файла. Представление файла в виде неструктурированной последовательности байт обеспечивает максимальную гибкость и производительность.

Устойчивость к сбоям системы в любой момент времени. Для устойчивости ФС используется механизм журналирования – дублирование всех изменений ФС в специальной области, называемой журналом.

При сбое системы есть возможность либо завершить незаконченную операцию, либо откатить ФС к состоянию до сбоя.

Использование механизма производного доступа к файлам. Использование механизма производного доступа к файлам означает то, что любые байты файла могут быть прочитаны вне зависимости от порядка следования

Атрибуты файла. Для получения служебной информации о файле и обеспечения безопасности в идеальной ФС должны быть использованы атрибуты файлов.

Операции с файлами: Create (создание пустого файла), Delete (удаление файла), Open (открытие файла), Close (закрытие файла), Read (чтение данных из файла), Write (запись данных в файл), Append (добавление данных в конец файла), Seek (установление позиции в файле), Get Attributes (чтение атрибутов файла), Set Attributes (установка атрибутов), Rename (переименование файла).