Классификация ресурсов

Упорядоченность ресурсов по некоторым классификационным признакам нужна в ОС для определения возможных действий и способов их выполнения в отношении ресурсов каждого класса (действий по учету и распределению ресурсов, устранению конфликтов их использования).

Классифицировать ресурсы можно по отдельным признакам или по их совокупности. Основными критериями классификации в соответствии со свойствами важными с точки зрения реализации функции ОС управления ресурсами ВС являются следующие:

– по “реальности существования”;

– по возможности расширения свойств (возможности виртуализации);

– по структурному признаку;

– по характеру использования (возможности повторного использования);

– по допустимой схеме использования;

– по “степени активности”;

– по времени существования;

– по “степени важности”;

– по форме реализации.

“ Реальность существования ” отражает факт разделения ресурсов на физические (реальные) и виртуальные.

Под физическим понимается ресурс, который реально существует и обладает в действительности всеми присущими ему физическими характеристиками при распределении его между процессами.

Виртуальный ресурс по сути представляет собой модель некоторого ресурса, построенного на основе реального физического ресурса с помощью программных средств. Реально виртуальный ресурс не существует в том виде, каким он представляется пользователю. Программное обеспечение расширяет или изменяет свойства базового ресурса, меняет его характеристики.

Работая с моделью ресурса, процесс получает в свое распоряжение объект, с требуемыми параметрами, если характеристики предоставляемого процессу ресурса его устраивают, то процессу безразлично, работает ли он с реальным ресурсом или его аппаратно-программной моделью.

На базе одного и того же реального ресурса можно построить несколько виртуальных ресурсов. Это дает возможность более эффективно использовать реальные ресурсы, расширять возможности ВС.

Наиболее часто пользователи имеют дело с виртуальной памятью, которая строится на базе реальной оперативной памяти и внешних запоминающих устройств с помощью программ ОС. Объем виртуальной памяти обычно значительно превосходит имеющуюся в распоряжении ВС реальную память и ограничивается либо возможностями адресации, либо используемым для расширения оперативной памяти объемом дисковой памяти.

Свойство виртуализации ресурсов - одно из важнейших при построении систем управления ресурсами, а концепция виртуализации - одна из основных при разработке современных ОС, однако не все ресурсы могут быть смоделированы.

Возможность расширения свойств характеризует ресурс с точки зрения возможности построения на его основе какого-либо виртуального ресурса. Физический ресурс, который допускает виртуализацию, то есть воспроизведение и/или расширение своих свойств, называют эластичным. Жестким называется ресурс, который по своим внутренним свойствам не поддается виртуализации.

Структурный признак устанавливает наличие или отсутствие у ресурса некой структуры, определенной внутренней организации.

Ресурс является простым (или единичным), если не содержит составных элементов и рассматривается при распределении как единое целое, то есть он неделим.

Составной ресурс характеризуется определенной структурой, содержит в своем составе ряд однотипных элементов, обладающих, с точки зрения пользователя, одинаковыми характеристиками. Количество этих элементов - емкость ресурса или его объем. При каждом разовом распределении составного ресурса процесс может получить в свое распоряжение один или более составляющих элементов.

Простой и составной ресурсы отличаются числом состояний. Простой ресурс может быть в двух состояниях: “занят”, если он выделен для использования какому-либо процессу, или “свободен” (ресурс не распределен никакому процессу). Состояние составного ресурса определяется наличием свободных и занятых единиц этого ресурса.

В однопроцессорной ВС простым (единичным) ресурсом является центральный процессор, он неделим и распределяется в каждый момент времени только одному процессу, а оперативная память является ресурсом составным, в оперативную память может быть одновременно загружено для выполнения несколько программ, каждая из которых может дополнительно запрашивать память во время выполнения и освобождать ее после использования.

В каждой ОС для каждого типа ресурсов имеются (в зависимости от его структурной организации) механизмы учета состояний этого ресурса и перевода его из одного состояния в другое.

При реализации механизма распределения ресурсов на основе той или иной дисциплины особенно важно учитывать допустимый характер использования ресурсов.

По возможности повторного использования ресурса (или возможности его восстанавливаемости в системе) ресурсы делятся на повторно используемые (воспроизводимые) и потребляемые. Потребляемые ресурсы после распределения и использования их процессами не возвращаются в систему, уничтожаются и не могут быть повторно использованы другими процессами. Повторно используемые ресурсы после их распределения какому-либо процессу по его запросу используются этим процессом, а затем освобождаются им и возвращаются в систему, то есть восстанавливаются и могут быть повторно распределены другим процессам.

Если считать, что процесс по отношению к ресурсу может выполнять три действия: запрос, использование и освобождение, то для повторно используемых (воспроизводимых) ресурсов эти действия могут выполняться в следующей последовательности: “запрос-использование-освобождение” (если запрашиваемый ресурс доступен (свободен) и ОС может распределить его процессу в ответ на его запрос). Для этого типа ресурсов данная последовательность действий может повторяться многократно. В отношении потребляемых ресурсов порядок действий изменяется: “освобождение-запрос-использование”. Операция освобождения ресурса данного типа соответствует его созданию процессом-производителем этого ресурса. Запрос на ресурс может вырабатываться другим процессом - его потребителем. Если в момент запроса ресурса нет, процесс, запросивший его, переходит в состояние ожидания. Запрос удовлетворяется, когда ресурс произведен. Использованный ресурс изымается из потребления. Таким образом, время существования потребляемого ресурса ограничивается временим между выполнением операции освобождения процессом, производящим этот ресурс, и использованием этого ресурса его потребителем.

Таким образом, по времени существования ресурсы также можно классифицировать: существуют временные и постоянные ресурсы.

Примерами повторно используемых ресурсов являются оперативная память и процессор (и все аппаратные ресурсы), файлы, из которых считывается информация и т.п.

Потребляемым ресурсом является, например, сообщение, передаваемое одним процессом другому.

Различие ресурсов по признаку времени их существования обусловлено динамикой ресурсов в отношении процессов. Ресурс является постоянным для данного процесса, если он доступен на протяжении всего времени существования данного процесса. Временный ресурс может появляться и/или уничтожаться в системе динамически в течение времени существования рассматриваемого процесса. Создание и уничтожение ресурса может выполняться как самим процессом, так и другими процессами (системными или пользовательскими).

Ресурсы различаются также схемами использования. Параллельная схема предполагает параллельное (то есть одновременное) использование одного ресурса или одних и тех же единиц ресурса несколькими процессами. Параллельное использование ресурса не должно вносить каких-либо ошибок в логику развития каждого из процессов. Ресурс может быть параллельно используемым благодаря своей природе или специальной организации действий при работе с ним. Последовательная схема использования ресурса предполагает, что в отношении ресурса допустимо строго последовательное во времени выполнение цепочек действий “запрос-использование-освобождение” каждым процессом, потребляющим этот ресурс, то есть распределение ресурса процессу возможно только после его освобождения процессом, которому этот ресурс был выделен раньше.

Последовательно используемые ресурсы, разделяемые несколькими процессами, являются критическими, работа с ними требует организации взаимного исключения.

Примером параллельно используемого ресурса является база данных, которая используется только для чтения информации, но та же база данных может оказаться используемой строго последовательно, если процессы не только читают информацию, но и модифицируют ее. Распараллелить доступ к базе данных можно, используя специальные механизмы взаимного исключения.

По степени активности различают активные и пассивные ресурсы. Активные ресурсы при использовании способны сами выполнять действия по отношению к другим ресурсам или процессам, вызывая их изменение. При использовании пассивных ресурсов операции выполняются над ними, допустимые для этих объектов операции приводят к изменению их состояния (то есть внутренних или внешних характеристик).

Активным ресурсом является, например, центральный процессор, а пассивным - оперативная память.

По степени важности различают главные и второстепенные ресурсы. Ресурс является главным по отношению к конкретному процессу, если без его выделения процесс принципиально не может развиваться. Ресурсы, которые допускают альтернативное развитие процесса, если они не будут выделены, называются второстепенными. Если второстепенные ресурсы недоступны, процесс может работать только с главными ресурсами, возможно, не достигая при этом всех запланированных целей.

Центральный процессор и оперативная память всегда являются главными ресурсами.

По форме реализации различают “твердые” ресурсы (hardware - аппаратные компоненты ВС), а также “мягкие” (программные и информационные) ресурсы (software).