- graf przejśd stanów procesów w systemie Unix,

Transkrypt

1 Definicje podstawowe i _obowiązkowe_: - system operacyjny, System operacyjny to zbiór programów i procedur spełniających dwie podstawowe funkcje: - zarządzenia zasobami systemu komputerowego, - tworzenie maszyny wirtualnej. Zasobem systemu natomiast jest każdy jego element sprzętowy lub programowy, który może byd przydzielony danemu procesowi. System zarządza zasobami w czasie i przestrzeni. Zasoby sprzętowe: czas procesora, pamięd operacyjna, urządzenia zewnętrzne, inne komputery w sieci. Zasoby programowe: pliki, bufory, semafory, tablice systemowe. - proces, Procesem nazywamy wykonujący się program wraz z jego środowiskiem obliczeniowym. Proces stanowi podstawowy obiekt dynamiczny w systemie operacyjnym. Utworzenie procesu może byd rezultatem; inicjalizacji systemu, wywołania przez już uruchomiony proces funkcji systemowej do tworzenia procesu, zlecenia użytkownika utworzenia nowego procesu, uruchomienia zadania wsadowego. Zakooczenie natomiast może byd skutkiem; zakooczenia działania algorytmu procesu, celowego zakooczenia w wyniku wystąpienia błędu, wykonania niedozwolonej operacji (zakooczenie wymuszone), otrzymania sygnału od innego procesu (zakooczenie wymuszone). - powłoka, Powłoka, interpreter poleceo (ang. shell) jest programem uruchamianym standardowo po otwarciu sesji użytkownika przez proces login. Powłoka jest aktywna, aż do wystąpienia znaku <EOT>, który powoduje jej zatrzymanie i zgłoszenie tego fakty do jądra systemu. Każdy użytkownik otrzymuje własny i odrębny egzemplarz sh. Program sh wypisuje monit $ na ekranie, dając znad o swojej gotowości do przyjęcia polecenia. - sekcja krytyczna, Sekcja krytyczna fragment programu, w którym występują instrukcje dostępu do zasobów dzielonych. Instrukcje tworzące sekcje krytyczne muszą byd poprzedzone i zakooczone operacjami realizującymi wzajemne wykluczanie. Warunki konieczne implementacji SK: - wewnątrz SK może przebywad tylko 1 proces, - jakikolwiek proces znajdujący się poza SK, nie może zablokowad innego procesu pragnącego wejśd do SK, - każdy proces oczekujący na wejście do SK powinien otrzymad prawo dostępu w rozsądnym czasie. - semafor, Semafor zmienna, inicjowana nieujemną wartością całkowitą i zdefiniowana poprzez definicje niepodzielnych operacji P(s) i V(s): P(s): while (s <= 0) do { ; S:=S 1; -, V(s): S:=S+1. Holenderskie P i V od proberen (testowad) i verhogen (zwiększad), teraz dla semaforów wielowartościowych zazwyczaj down()/up(), wait()/signal(), a dla semaforów binarnych często lock()/unlock(). - pamięd wirtualna. System pamięci złożony z co najmniej dwóch rodzajów pamięci: małej i szybkiej (np. pamięci operacyjnej) oraz dużej, lecz wolnej (np. pamięci pomocniczej), a także z dodatkowego sprzętu i oprogramowania umożliwiającego automatyczne przenoszenie fragmentów pamięci z jednego rodzaju pamięci do drugiego. Tak naprawdę w pamięci wirtualnej chodzi o to, iż proces operuje na liniowej przestrzeni wirtualnej przestrzeni adresowej, która nie musi odpowiadad liniowej przestrzeni w pamięci fizycznej. Dodatkowo, jakieś obszary pamięci mogą byd niedostępne w pamięci fizycznej, a na dysku czy innym pomocniczym medium (słyszałem, że pod Linuksem udało się korzystad z pamięci karty graficznej jako swapu). Procesy i wątki: - pojęcia współbieżności/równoległości/rozproszoności, Współbieżnośd - procesy nie muszą wykonywad się jeden po drugim. Równoległośd - procesy wykonują się jednocześnie. Rozproszonośd - procesy wykonują się no różnych maszynach. - graf przejśd stanów procesów w systemie Unix,

2 - porównanie procesów i wątków, Procesy mają osobną przestrzeo adresową, wątki nie. Procesy są generalnie cięższe od wątków i przełączanie pomiędzy procesami trwa dłużej niż pomiędzy wątkami. - porównanie wątków poziomu jądra i wątków poziomu użytkownika, Jądro nie wie o istnieniu wątków poziomu użytkownika toteż, na maszynie 1024 procesorowej i tak będzie wykonywał się jeden wątek użytkownika, tymczasem wątki poziomu jądra mogą byd szeregowane przez jądro i wówczas wiele wątków tego samego procesu może wykonywad się jednocześnie na kilku procesorach. - architektura wielowątkowa w systemie Solaris, Solaris wykorzystuje 4 rozłączne koncepcje: Procesy standardowe procesy systemu Unix, Wątki poziomu użytkownika zaimplementowane bibliotecznie, nierozróżnialne z punktu widzenia jądra, stanowią interfejs do współbieżności, Procesy lekkie (ang. Lightweight processes, LWP) - stanowią formę odwzorowania między wątkami poziomu użytkownika, a wątkami jądra. Każdy LWP obsługuje 1 lub więcej wątków poziomu użytkownika odwzorowując w jeden wątek jądra. LWP rozróżniane i szeregowane przez jądro. LWP mogą byd uruchomione równolegle w architekturze wieloprocesorowej. Wątki jądra podstawowe elementy szeregowane i rozmieszczane na procesorach. - metody realizacji serwerów usług. - serwery wielowątkowe - współbieżnośd, blokujące wywołania systemowe, - procesy jednowątkowe - brak współbieżności, blokujące wywołania systemowe, - automaty skooczone współbieżnośd, nieblokujące wywołania systemowe, przerwania. Wzajemne wykluczanie i synchronizacja: - wyścig i warunki wyścigu, Warunkami wyścigu nazywamy sytuację, w której 2 lub więcej procesów wykonuje operację na zasobach dzielonych, a ostateczny wynik tej operacji jest zależny od momentu jej realizacji. - warunki konieczne implementacji sekcji krytycznej, Warunki konieczne implementacji SK:

3 - wewnątrz SK może przebywad tylko 1 proces, - jakikolwiek proces znajdujący się poza SK, nie może zablokowad innego procesu pragnącego wejśd do SK, - każdy proces oczekujący na wejście do SK powinien otrzymad prawo dostępu w rozsądnym czasie. - mechanizmy realizacji wzajemnego wykluczania z aktywnym oczekiwaniem - porównanie, (wady: strata czasu procesora, możliwośd blokady systemu przy wielopriorytetowym sposobnie szeregowanie procesów, tzw. zjawisko inwersji procesów): 1. Blokowanie przerwao: każdy proces wchodząc do SK blokuje przerwania, a wychodząc odblokowuje, zaleta: proces znajdujący się w SK może uaktualnid zawartośd zasobów dzielonych bez obawy, że inny proces będzie interweniował, wada: jeśli proces na wyjściu z KSK nie odblokuje przerwao to nastąpi upadek systemu; ponadto, w przypadku systemów wieloprocesorowych technika nieskuteczna, technika blokowania przerwao może byd stosowana w jądrze SO przy uaktualnianiu niektórych systemowych struktur danych, lecz nie może byd wykorzystywana do realizacji wzajemnego wykluczania w przestrzeni użytkownika. 2. Zmienne blokujące rozwiązanie programowe. Niech będzie dana zmienna dzielona o nazwie lock. Niech początkowo lock ma wartośd 0. Kiedy proces P chce wejśd do SK to sprawdza wartośd lock: jeżeli lock 0, to ustawia lock na 1 i wchodzi do SK, jeżeli nie, to proces czeka, aż lock == 0. Więc, lock = 0 oznacza, że nie ma procesu w SK, lock = 1 oznacza, że jest w SK. Rozwiązanie niepoprawne, bo występuje problem wyścigu. 3. Ścisłe następstwo: [Proces 0: {while(turn!= 0 /*wait */ critical_section(); turn =1; noncritical_section(); Proces 1: {while(turn!= 1 /*wait */ critical_section(); turn =0; noncritical_section(); Początkowo turn=0, został naruszony warunek 2. P0 może zostad zablokowany przez P1 znajdujący się poza SK. Stan taki nazywamy stanem zagłodzenia. Rozwiązanie wymaga ścisłego następstwa (przełączenia), nie można wydrukowad dwóch kolejnych plików przez ten sam proces. Rozwiązanie niepoprawne, wyeliminowany problem wyścigu, zastąpiony problemem zagłodzenia. 4. Algorytm Petersona Łącząc idee ścisłego następstwa ze zmiennymi blokującymi T.Dekker pierwszy znalazł rozwiązanie wzajemnego wykluczania, Peterson kilka lat później znalazł prostsze rozwiązanie tego problemu. Każdy proces przed wejściem do SK wywołuje enter_region z własnym numerem jako parametrem, zaś po wyjściu leave_region. 5. Instrukcja TSL. Wspomaganie sprzętowe, niektóre komputery zostały wyposażone w instrukcję TEST AND SET LOCK. Instrukcja TSL wykonuje się niepodzielnie w następujący sposób: czyta zawartośd słowa pamięci do rejestru, zapamiętuje wartośd rejestru w pamięci. Operacje czytania i pisania są niepodzielne: inny proces nie ma dostępu do miejsca pamięci, aż nie nastąpi zakooczenie instrukcji TSL. W celu użycia TSL posłużymy się zmienna dzielona o nazwie flag, przy pomocy której będziemy koordynowad dostęp do zasobów dzielonych. Kiedy flag = 0, to każdy proces może ja ustawid na 1 stosując TSL, a następnie wejśd do SK, wychodząc z SK ustawia wartośd flag na 0 stosując zwykłą instrukcję move. - mechanizmy realizacji wzajemnego wykluczania z zawieszaniem - porównania, 1. Sleep and Wakeup najprostszym rozwiązaniem jest utworzenie dwóch wywołao systemowych sleep() (proces wywołujący zostaje zawieszony do momentu, gdy inny proces nie obudzi danego poprzez wywołanie wakeup) i wakeup(). (wywoływana z jednym argumentem, numerem procesu który ma byd obudzony). 2. Semafory zmienna, inicjowana nieujemną wartością całkowita i zdefiniowana poprzez definicję niepodzielnych operacji P(s) ({while S<= 0 do; S:=S-1, proberen testowad) i V(s) (,S:=S+1- verhogen zwiększad). Dla sematorów wielowartościowych zazwyczaj down()/up(), wait() signal(), a dla semaforów binarnych lock()/unlock(). 3. Monitory w celu łatwiejszego pisania programów realizujących wzajemne wykluczanie Hoare i Hansen zaproponowali mechanizm synchronizacji wysokiego poziomu zwany monitorem. Monitor stanowi zbiór procedur, zmiennych i struktur danych, które są zgrupowane w specjalnym module. W każdej chwili, tylko jeden proces aktywny może przebywad w danym monitorze. Monitory są konstrukcją języka wysokiego poziomu. Za właściwą implementację wzajemnego wykluczania jest odpowiedzialny kompilator. Zaproponowano wprowadzenie zmiennych warunkowych z dwoma operacjami wait (zmienna) oraz signal (zmienna). Kiedy procedura monitora wykrywa sytuację, że nie może kontynuowad obliczeo wykonuje operacje wait na pewnej zmiennej warunkowej. Proces wykonujący jest zawieszany. Inny proces może teraz wejśd do SK. Przy wyjściu wykonuje signal w celu obudzenia zawieszonego procesu na zmiennej warunkowej. Po wywołaniu signal: Hoare: proces obudzony kontynuuje działanie, a wywołujący jest zawieszany. Hansen: proces wywołujący musi natychmiast opuścid monitor. 4. Komunikaty oparte na 2 wywołaniach systemowych: send (destination, &meassage), recive (source, &message). Można adresowad bezpośrednio wiadomości (każdy proces posiada unikatory adres), oraz pośrednio (poprzez skrzynkę pośredniczącą, pełniącą funkcje bufora pośredniczącego. Argumentem wywołao send i recive jest adres skrzynki a nie adres konkretnego procesu). - idea wykorzystania instrukcji Test&SetLock (TSL) do realizacji semafora binarnego, Idea wykorzystania instrukcji Test&SetLock (TSL) do realizacji semafora binarnego: register r = 1; do { TSL(r, emaphore) while (r); lub mov reg, 1 loop_here: tsl reg, [semaphore] jne reg, 0, loop_here - algorytm i opis idei poprawnego rozwiązania problemu pięciu filozofów,

4 Idea jest taka, że filozof może byd w jednym z trzech stanów: Myślący, Głodny lub Jedzący. I teraz w momencie, gdy filozof staje się głodny to zmienia swój stan na odpowiedni i sprawdza, czy jego sąsiedzi nie jedzą (jeżeli nie to znaczy, że oba widelce ma wolne) i wówczas zmienia swój stan na Jedzący i podnosi sam dla siebie semafor. Semafor ten następnie opuszcza co powoduje albo natychmiastowe przejście dalej (bo sam sobie go podniósł) albo czekanie, aż obaj sąsiedzi nie będą jeśd. Teraz, gdy filozof przestaje jeśd to zmienia swój stan na Myślący i sprawdza czy przez przypadek jeden z jego sąsiadów nie może zacząd jeśd i jeżeli może to zmienia jego stan na Jedzący i podnosi dla niego semafor (na którym zapewne ten filozof sobie smacznie śpi). #define N 5 enum State { THINKING, HUNGRY, EATING states[n] = { THINKING /*... * ; semaphore sem[n] = { 0 /*... * ; semaphore mutex = 1; #define LEFT(n) (((n) + N - 1) % N) #define RIGHT(n) (((n) + 1) % N) void philosopher(int n); void take_forks(int n); void put_forks(int n); void test(int n); void philosopher(int n) { for(;;){ think(); take_forks(n); eat(); put_forks(n); void take_forks(int n) { down(mutex); state[n] = HUNGRY; /* MUST BE BEFORE TEST BELOW */ test(n); up(mutex); down(sem[n]); void put_forks(int n) { down(mutex); state[n] = THINKING; /* MUST BE BEFORE TESTS BELOW */ test(left(n)); test(right(n)); up(mutex); void test(int n) { if (state[n] == HUNGRY && state[left(n)]!= EATING && state[right(n)]!= EATING) { state[n] = EATING; up(sem[n]); - algorytm i opis idei poprawnego rozwiązania problemu czytelników i pisarzy, monitor { unsigned rc = 0, wc = 0; bool occupied_by_writer = false; cond rc_zero, wc_zero, available; reader_enter() { while (wc) wait(wc_zero); ++rc; reader_exit() { if (!--rc) notify(rc_zero); writer_enter() { ++wc; while (rc) wait(rc_zero); while (occupied_by_writer) wait(available); occupied_by_writer = true; writer_exit() { occupied_by_writer = false; if (!--wc) notify(wc_zero); notify(available); ; Implementacja monitora oraz funkcji wait i notify jest oczywista, konkretnie dla monitora dajemy jeden semafor mutex inicjowany jedynką i przy wejściu do funkcji robimy na nim down, a przy wyjściu up. Zmienne warunkowe natomiast to struktura składająca się z licznika count zainicjowanego zerem i semafora semaphore, wówczas funkcje wait i notify wyglądają następująco:

5 wait(cond condition) { ++condition.count; up(mutex); down(condition.semapore); down(mutex); notify(cond condition) { if (condition.count) { --condition.count; up(condition.semaphore); - algorytm i opis idei poprawnego rozwiązania problemu śpiącego fryzjera, #define CHAIRS 5 semaphore customers = 0; semaphore barbers = 0; semaphore mutex = 1; int waiting = 0; void barber( void ) { while( TRUE ) { down( &customers ); down( &mutex ); waiting = waiting - 1; up( &barbers ); up( &mutex ); cut_hair(); /* ilu siedzi na krzesłach */ /* ilu śpi nie pracując */ void customer( void ) { down( &mutex ); if( waiting < CHAIRS ) { waiting = waiting + 1; up( &customers ); up( &mutex ); down( &barbers ); get_haircut(); else { up( &mutex ); Fotel w salonie fryzjerskim jest stanowiskiem, obsługiwanym przez fryzjera. Zakłada się, że fryzjerów jest nie mniej niż foteli. W przypadku braku klienta fryzjer śpi. Jeśli jednak kolejka klientów nie jest pusta, fryzjerzy obsługują kolejnych klientów w miarę dostępnych foteli. Sama obsługa oznacza jednoczesną aktywnośd zarówno klienta, jak i fryzjera. Problem można rozważad w kilku wariantach: - grupa jednorodnych fryzjerów, - kilka grup fryzjerów specjalistów klient (klientka) zgłasza się do specjalisty od danego rodzaju usługi (np. modelowanie, farbowanie, pasemka itp.), - fryzjerzy indywidualni klient zgłasza się do konkretnego fryzjera. Rozwiązanie opiera się na jednym semaforze binarnym i trzech ogólnych. Poza tym, w zmiennej l_czek pamiętana jest liczba klientów oczekujących na obsługę i zajmujących miejsca w poczekalni. Semafor binarny mutex służy głównie do synchronizacji dostępu do zmiennej l_czek. Klient zamyka semafor mutex w celu ochrony operacji na zmiennej l_czek, po czym sprawdza, czy jest wolne miejsce w poczekalni. Jeśli nie ma miejsca, otwiera semafor mutex i kooczy niepowodzeniem próbę skorzystania z usługi. Jeśli natomiast jest wolne miejsce w poczekalni, to będąc cały czas w sekcji krytycznej, chronionej przez mutex, zmniejsza o 1 zmienną l_czek (zajmuje miejsce w poczekalni), podnosi semafor klient, dając w ten sposób sygnał fryzjerowi i opuszcza sekcję krytyczną. Po opuszczeniu sekcji krytycznej czeka na wolnego fryzjera na semaforze fryzjer czeka na sygnał na tym semaforze, czyli na jego podniesienie. Kiedy pojawi się wolny fryzjer, podniesie on ten semafor i klient przejdzie do fazy strzyżenia. Fryzjer czeka na klienta na semaforze klient, który jest podnoszony przez klienta po uzyskaniu miejsca w poczekalni. Po zakooczeniu tej operacji fryzjer wie, że ma klienta więc czeka na wolny fotel opuszczając semafor fotel. Jeśli operacja się zakooczy to jest fotel dla klienta i można przejśd do obsługi. Najpierw zmniejszana jest zmienna l_czek, bo zwalnia się miejsce w poczekalni. Następnie poprzez podniesienie semafora fryzjer, przekazywany jest klientowi sygnał, że może wyjśd ze stanu czekania i przejśd do właściwej obsługi. Po zwolnieniu semafora mutex fryzjer też przechodzi do obsługi, po zakooczeniu której zwalnia fotel (podnosi semafor fotel). Zarządzanie pamięcią: - idea hierarchicznej organizacji pamięci, Idea hierarchicznej organizacji pamięci polega na wydzieleniu kolejnych jej poziomów w miarę zwiększania odległości od procesora. Zaczynając od najwyższego poziomu położonego najbliżej procesora wydziela się następujące poziomy pamięci: a) rejestry procesora, b) pamięd podręczna (ang. cache) pierwszego poziomu, c) pamięd podręczna (ang. cache) n-poziomu, d) pamięd główna, e) pamięci zewnętrzne (np.: dyski magnetyczne, SSD). Rozpatrując w/w hierarchie pamięci w kierunku zstępującym można zaobserwowad m.in. (1) malejący koszt ekonomiczny w przeliczeniu na bit pojemności, (2) rosnącą pojemnośd oraz (3) rosnący czas dostępu *10+. Z punktu widzenia wydajności, sytuacja idealna to taka, gdy wszystkie dane potrzebne procesorowi znajdują się w pamięci położonej możliwie najwyżej w hierarchii pamięci. Ponieważ rejestry procesora maja bardzo niewielka pojemnośd, dlatego istotny wpływ na wydajnośd ma efektywne wykorzystanie kolejnych poziomów szybkiej pamięci podręcznej.

6 - metody przydziału pamięci, brak podziału wolna przestrzeo adresowa w danej chwili przydzielana jednemu procesowi użytkowemu. Wieloprogramowanie można realizowad przez wymiatanie (ang. swapping), podział pamięci wolna przestrzeo adresowa podzielona na części przydzielane pojedynczym procesom użytkowym, wykorzystanie pamięci wirtualnej istnieje jedna lub wiele wirtualnych przestrzeni adresowych przydzielanych procesom użytkowym, a mających w niewielkim stopniu pokrycie w pamięci operacyjnej. - analiza wydajności wieloprogramowania, - rodzaje fragmentacji, występowanie, metody przeciwdziałania, wewnętrzna zjawisko tworzenia niewykorzystywalnych, chod przydzielonych w ramach pewnej struktury (partycja, ramka), obszarów pamięci, zewnętrzna zjawisko tworzenia niewykorzystywalnych, nieprzydzielonych obszarów pamięci, zazwyczaj spowodowane niedoskonałością działania organizacji alokacji pamięci procesom użytkowym. Zapobiegad można poprzez: zwalnianie i scalanie, zagęszczanie i relokację oraz mechanizm stronicowania. - algorytmy alokacji pamięci, Zadaniem algorytmu jest wybranie wolnego bloku w celu przydzielenia procesowi pamięci. Wyróżniamy: - algorytm pierwszej zgodności (ang. First Fit), wybór pierwszego pasującego ze zbioru/listy, - algorytm najlepszego zgodności (ang. Best Fit), wybór najmniejszego wystarczającego bloku ze zbioru/listy, - algorytm najgorszej zgodności (ang. Worst Fit), wybór największego ze zbioru/listy, - algorytm bliźniaków (ang. Buddies), podział pamięci (o długości 2 k ) na dwa równe bliźniacze bloki; połowienie jednego aż do uzyskania bloku o minimalnej długości spełniającego zapotrzebowanie. - stronicowanie - opis i porównanie z segmentacją, Stronicowanie polega na podzieleniu pamięci wirtualnej procesu na strony o zadanej wielkości i przechowywanie fizycznych adresów początków tych stron w tablicy, w ten sposób, że jeżeli proces odwołuje się do entego bajtu Ktej strony w pamięci wirtualnej to na podstawie tablicy translacji adresów tworzony jest adres fizyczny begin_page*k+ + N. - segmentacja - opis i porównanie ze stronicowaniem, Segmentacja polega na tym, iż tworzonych jest wiele przestrzeni adresowych, z których każda zaczyna się pod innym adresem w pamięci fizycznej (jeżeli stronicowanie nie występuje) lub wirtualnej (jeżeli stronicowanie występuje). Zasadniczo, jeżeli proces odwołuje się do entego bajtu Ktego segmentu to na podstawie deskryptora tego segmentu tworzony jest adres fizyczny/logiczny begin_segment[k] + N. Zasadniczo strony na siebie nie mogą nachodzid (chod różne strony różnych procesów mogą byd odwzorowane na tą samą stronę w pamięci fizycznej), mają stały rozmiar oraz ich kolejnośd w pamięci wirtualnej w żaden sposób nie determinuje kolejności w pamięci fizycznej, gdy tymczasem segmenty mogą na siebie nachodzid, mają zmienne rozmiary oraz muszą byd przechowywane w postaci ciągłej w pamięci fizycznej/logicznej. - budowa i przeznaczenie buforów TLB, (ang. Translation Lookaside Buffer) jest buforem pamięci w mikroprocesorze typu asocjacyjnej pamięci podręcznej (cache), który zawiera fragmenty tablicy stron pamięci głównej komputera (pamięci operacyjnej). Bufor TLB posiada stałą liczbę wpisów i służy do szybkiego odwzorowywania adresów logicznych pamięci wirtualnej na adresy pamięci fizycznej w komputerach stosujących stronicowanie pamięci. Zadaniem jest usprawnianie procesu przywracania po wystąpieniu chybieo w pamięci Cache. Bufor TLB jest tabelą znajdującą się w procesorze, przechowującą informacje na temat lokalizacji ostatnio używanych adresów I pamięci. Bufor TLB przyspiesza translację adresów wirtualnych na fizyczne adresy pamięci. Aby zwiększyd wydajnośd bufora, w kilku nowszych procesorach zwiększono liczbę jego wpisów. Postąpiła tak firma AMD przy przechodzeniu w przypadku procesora Athlon z rdzenia Thunderbird na rdzeo Palomino. Układy Pentium 4 wyposażone w technologię hiperwątkowości dla każdego watka wirtualnego procesora posiadają oddzielną instrukcję TLB (itlb). - odwrócone tablice stron, W normalnym podejściu tablic translacji adresów, tablice te rosną w zależności od rozmiaru wirtualnej przestrzeni adresowej, co może niepraktyczne. Przykładowo, mając 64-bitową przestrzeo adresową (nie wiem czy takie architektury istnieją, ale nieważne) trzeba by wprowadzid z pięd poziomów w tablicy translacji co okazuje się dośd niepraktyczne. Z tego powodu, zamiast trzymad tablicę strona logiczna -> strona fizyczna trzyma się tablicę strona fizyczna -> strona logiczna, której rozmiar jest proporcjonalny do rozmiaru pamięci fizycznej. Wyszukiwanie w czymś takim powiązania strony logicznej do strony fizycznej wymaga przeszukania całej tablicy i dlatego stosuje się różne struktury pomocnicze takie jak tablice mieszające i duże bufory. - opis translacji adresu w architekturze Pentium, Procesy adresują pamięd za pomocą 16-bitowego numeru segmentu oraz 32-bitowego przesunięcia. Pierwsze trzy bity w numerze segmentu są jakieś magiczne. Pierwsze dwa bity oznaczają poziom ochrony, czy coś takiego, a trzeci czy opisu segmentu należy

7 szukad w GDT (Global Descriptor Table takiej samej dla wszystkich procesów) czy LDT (Local Descriptor Table różnej dla każdego procesu). W pierwszym kroku procesor wyciąga informacje o segmencie, z których najistotniejszą jest początek tego segmentu. Gdy ma już 32-bitowy początek segmentu sumuje go z 32-bitowym przemieszczeniem w segmencie co daje adres logiczny. Teraz rozpoczyna się stronicowanie, czyli bardziej znaczące 20 bity adresu logicznego oznaczają numer strony i z (dwupoziomowej o ile dobrze pamiętam) tablicy translacji adresów wyciągany jest adres danej strony w przestrzeni fizycznej, a dokładnie bardziej znaczące 20 bity; pozostałe 12 bity są kopiowane bezpośrednio z adresu logicznego. Można to wszystko zapisad tak (uwaga! to tylko przykład, wcale nie mówię, że to wygląda dokładnie tak, tzn. że trzeci bit w numerze segmentu ma takie znaczenie, a nie odwrotne, czy że właśnie w taki sposób szukany jest wpis w GDT/LDT; uint32_t translate(uint16_t segment, uint32_t offset) { /* segmentation */ bool global = segment & 4; uint32_t *dt = global? GDT : LDT; uint32_t seg_start = dt[segment >> 3]; uint32_t logical = seg_start + offset; /* paging */ uint32_t index1 = logical >> 22; uint32_t index2 = (logical >> 12) & ((1 << 10) - 1); uint32_t page_start = TAB[index1][index2]; return (page_start & ~((1 << 12) - 1)) (logical & ((1 << 12) - 1)); - poziomy ochrony w architekturze Pentium, Są cztery poziomy. Proces działający w danym poziomie nie może odczytywad danych ani (bezpośrednio) wywoływad funkcji znajdujących się w poziomach bardziej uprzywilejowanych. Aby przejśd do poziomu bardziej uprzywilejowanego proces musi albo wykorzystad bramę (ang. call gate) albo wywoład przerwanie. Wejście/wyjście: - DMA - opis i przeznaczenie, Jest to mechanizm mający na celu umożliwienie transmisji danych pomiędzy dwoma urządzeniami (np. dyskiem i pamięcią) bez angażowania w to procesora. W trakcie, gdy DMA działa procesor działa odrobinę wolniej (gdyż są jakieś czary mary, dodatkowe cykle czy coś), ale w rezultacie wszystko działa o wiele szybciej, gdyż procesor nie musi obsługiwad przerwao związanych z transmisją danych, a wszakże samo przełączanie kontekstu, gdy nastąpi przerwanie może byd długotrwałe. - metody oprogramowywania urządzeo zewnętrznych, 1. programowalne we/wy (ang. polling, busy waiting), copy_from_user(buffer, p, count); /* p is the kernel bufer */ for (i = 0; i < count; i++) { /* loop on every character */ while (*printer_status_reg!= READY) ; /* loop until ready */ *printer_data_register = p[i]; /* output one character */ return_to_user( ); Przykład: pisanie łaocucha znaków na drukarkę 2. programowanie z wykorzystaniem przerwao (ang. interrupt-driven), copy_from_user(buffer, p, count); enable_interrupts( ); while (*printer_status_reg!= READY) ; *printer_data_register = p[0]; scheduler( ); Przykład: pisanie łaocucha znaków na drukarkę a. kod obsługi funkcji systemowej, b. właściwa obsługa przerwania. 3. z wykorzystaniem DMA. copy_from_user(buffer, p, count); set_up_dma_controller( ); scheduler( ); if (count == 0) { unblock_user( ); else { *printer_data_register = p[i]; count = count - 1; i = i + 1; acknowledge_interrupt( ); return_from_interrupt( ); acknowledge_interrupt( ); unblock_user( ); return_from_interrupt( ); Przykład: pisanie łaocucha znaków na drukarkę a. kod obsługi funkcji systemowej, b. właściwa obsługa przerwania. - redukcja liczby przerwa«z jednego na drukowany znak do jednego na wydruk bufora, - nie zawsze najlepsza metoda { kwestie rozmiaru zakresu i względnej szybkości procesora i kontrolera DMA. - algorytmy szeregowania dostępu do dysku, Ze względu na zlecającego:

8 RSS (ang. Random scheduling) - losowy, FIFO najbardziej sprawiedliwy, PRI piorytetowy, z szeregowaniem realizowanym zewnętrznie, LIFO (ang. Last In First Out) maksymalizacja lokalności i wykorzystania zasobów. Ze względu na zlecenie: SSTF (ang. Shortest service time first) z najmniejszym ruchem ramienia, SCAN algorytm windy, ramię przesuwa się w dół i w górę obsługując zlecenia, C-SCAN cykliczny SCAN, ramię przesuwa się w jednym kierunku szybkim nawrotem. - opis poziomów RAID, RAID 0 Wiele dysków tworzy jeden dysk logicznych, brak redundancji. Dane mogą byd trzymane albo w paskach, gdzie poszczególne paski są trzymane na kolejnych dyskach (np. jeżeli są dwa dyski to jeden ma paski o numerach parzystych, a drugi nieparzystych) przy czym, wymaga to, aby dyski były takie same (a dokładniej, jeżeli nie są to marnuje się przestrzeo przynajmniej jednego z nich); albo w ten sposób, że konkatenuje się wszystkie dyski w ten sposób, że na każdym jest jakiś ciągły fragment dysku logicznego. RAID 1 Na wszystkich dyskach są dokładnie te same dane. RAID 2 Jakieś coś dzikiego stosowane w dawnych czasach przez IBM korzystające z kodów korekcyjnych. RAID 3 Jeden z dysków jest dyskiem z danymi parzystości i parzystośd jest liczona na poziomie bajtów (?). RAID 4 Tak jak RAID 3, tylko parzystośd jest liczona na poziomie pasków (w sumie nie wiem czym to się różni). RAID 5 Tak jak 4, tyle że nie ma jednego dysku z parzystością tylko dla każdego poziomu jest to cyklicznie kolejny dysk. RAID 6 Tak jak RAID 5 tylko są dwa dyski parzystości dzięki czemu jak jeden dysk nam padnie można przejśd na RAID5 i ciągle mied zabezpieczenie. RAID 0+1 Na dole RAID 0, na górze RAID 1. RAID 1+0 Na dole RAID 1, na górze RAID 0. RAID 10 Po prostu RAID 1+0. System plików: - operacje na plikach, - można tworzyd i modyfikowad pliki, - można mied kontrolowany dostęp do plików innych użytkowników, - można kontrolowad dostęp do własnych plików, - można zmieniad strukturę własnych plików na potrzeby aplikacji, - można przemieszczad dane między plikami, - można przechowywad i odtwarza dane w przepadku uszkodzenia, - można odwoływad się do plików poprzez nazwy symboliczne. - idea plików odwzorowywanych w pamięci, Spoko akcja ziom, polegająca na tym, iż jakiś obszar pamięci to tak naprawdę zawartośd pliku. Jeżeli OS wspiera ten mechanizm i go odpowiednio poinstruujemy, to wie np. że w momencie zwalniania takiej strony, zamiast wyrzucad ja do swapu może zapisad ją na dysk (tzn. no może albo i nie, zależy jak to tam jest z współbieżnym dostępem do pliku, ale pomiomy ten aspekt) i tak samo wie, że należy odczytad go z tego pliku, a nie ze swapu. Tak samo, jeżeli proces zakooczy działanie czy wyrejestruje takie odwzorowanie to OS zapisuje zmiany dokonane w pamięci do pliku. - metody orgranizacji plików w katalogi, - katalogi zawieraj informacje o plikach: atrybuty, lokalizacje, id właściciela, - katalog sam w sobie może by plikiem (np. w systemie Unix), - głównym przeznaczeniem katalogów jest udostępnianie odwzorowania między nazwami plików a samymi plikami. Struktury organizacji katalogów: - struktura prosta, - struktura dwupoziomowa, katalog główny + po katalogu dla każdego użytkownika, - struktura hierarchiczna, -- pliki identyfikowane przez ścieżkę, -- możliwych wiele nazw dla tego samego pliku, -- pojęcie katalogu bieżącego i odwołania relatywne wobec katalogu bieżącego. - metody alokacji plików - opis i porównanie własności, Alokacja ciągła - pozycja FAT = nazwa, blok startowy, rozmiar, Alokacja łaocuchowa, - pozycja FAT = nazwa, blok startowy, rozmiar, - w każdym bloku pole z numerem kolejnego bloku. Alokacja indeksowa, - pozycja FAT = nazwa, nr bloku z indeksami, - blok z indeksami zawiera indeksy bloków z danymi.

9 - możliwe rozszerzenie o wprowadzenie obszarów z lokalną ciągłością, pozycja bloku z indeksami = nr bloku danych, liczba bloków, - system plików w Unix V7 wraz z przykładem rozwiązania nazwy /home/user/soi.txt Wszystko jest plikiem. Każdy plik ma iwęzeł. W iwęźle zapisane są takie informacje jak rozmiar, atrybuty, czasy utworzenia, modyfikacji itp. oraz wskaźniki na bloki danych. Katalog to plik, w którym zapisane są pozycje katalogowe czyli lista nazw plików, które się w nim znajdują, a dokładniej odwzorowanie nazwa pliku<->numer iwęzła. W Unix V7 pozycja taka to był 16-bitowy numer iwęzła oraz 14-znakowa nazwa pliku. Rozwinięcie nazwy /home/nowak/soi.txt: Blok np. 1 Iwęzeł 67 Blok 24 iwęzeł 33 Blok rozmiar 24. rozmiar atrybutu 1.. atrybuty dev bla bla bla 32 zenon bla bla bla [ 66 soi.txt ] 23 etc 24 [ 33 nowak ] foo [ 67 home ]. 12 kruk. 2 bar I już wiemy, że w iwęźle 66 są atrybuty, rozmiar, etc interesującego nas pliku oraz wskazania na bloki danych zajmowane przez ten plik. Oczywiście katalog może zajmowad kilka bloków i dany plik może znajdowad się na którymś bloku z kolei. - idea dzienników transakcyjnych w systemach plików (journaling), Idea jest taka, aby niezależnie od jakichkolwiek awarii (np. nagłe wyłączenie prądu) system plików (a w różnych wersjach dziennikowania również dane plików) pozostawały w jednolitym stanie. Realizuje się to w ten sposób, że zamiast zapisywad zmiany bezpośrednio w miejsce, którego one dotyczą zapisuje się je gdzieś na boku i gdy to się powiedzie zmienia się odpowiednie wskaźniki w systemie plików. - idea migawek w systemach plików (snapshot), Jest to zapisanie stanu urządzenia takiego jaki jest w danej chwili bez blokowania zapisu na to urządzenie (tzn. zapewne zablokowad trzeba, ale tylko na krótką chwilę, gdy tworzona jest migawka, a to trwa raczej krótko). W momencie tworzenia migawki dane nie są kopiowane i zamiast tego, jeżeli na danym dysku jakiś proces próbuje dokonad zmian to dany sektor/blok/jak-zwał-tak-zwał jest zapisywany w jakiejś przestrzeni tymczasowej lub na odwrót, tzn. w momencie modyfikacji dane z migawki kopiowane są na obszar tymczasowy (a może nawet docelowy migawki), a dane zmodyfikowane bezpośrednio na dysk. Programowanie w języku powłoki: - skrypt podobny do omawianych w trakcie zajęd 'grepf' oraz 'typ' (z kolokwium). - opisz rezultat wykonania poleceo i grup poleceo: x >/dev/null 2>&1 - stdout i stderr przekierowane do tego samego /dev/null, tzn. jest jeden zduplikowany deskryptor pliku. x 2>&1 1>/dev/null - stderr przekierowane do stdout, a potem stdout przekierowane do /dev/null. x 2>/dev/nul 1>/dev/null - stderr przekierowane do pliku nul w katalogu dev, a stdout do /dev/null. x < y > z - stdin czytane z pliku y, stdout pisane do pliku z. x & y ; z - x zostanie odpalone w tle i zaraz po tym y. z zostanie uruchomione, gdy działanie zakooczy y. x y - y wykonane jeżeli x zwróci status różny od 0. find / foo.x 2>&1 1>/dev/null - przeszuka cały dysk, a następnie jeszcze katalog/plik foo.x w bieżącym katalogu. Komunikaty błędów wypisane do stdout a wszystko inne wyrzucone do /dev/null. find / foo.x >/dev/null 2>&1 - przeszuka cały dysk, a następnie jeszcze katalog/plik foo.x w bieżącym katalogu. Standardowe wyjście oraz komunikaty błędów rzucone do /dev/null. - opisz precyzyjnie działanie poniższych komend: x > y - tworzony bądź zeruje jest plik y do którego przekierowane jest standardowe wyjście polecenia x. x y - tworzony jest potok, do którego pisze polecenie x, a czyta polecenie y. Tzn. standardowe wyjście x jest przekierowane do potoku, który jest przekierowany jako standardowe wejście polecenia y. x < y - otwierany jest plik y i jego zawartośd jest wczytywana jako standardowe wejście polecenia x. cat y x - efekt taki sam jak powyżej, tyle że zrealizowane to jest przez potok opisany dwa punkty wyżej. x & y - x uruchamiany jest w tle i zaraz po uruchomieniu nim (nie musi się on kooczyd) uruchamiany jest y. x && y - uruchamiany jest x i jeżeli zwraca status 0 to uruchamiany jest y.

10 x y - jak wyżej, tylko y uruchamiany jest, gdy x zwraca status różny od 0. x ; y & - uruchamiany jest x, a gdy się skooczy uruchamiany jest y w tle. cat x > y < - błąd składni? Bez tego < na koocu to polecenie cat wczytuje zawartośd pliku x i wypisuje je na standardowe wyjście, które przekierowane jest do utworzonego lub zerowanego pliku y.