Обеспечивающие программы Технологии разработки масштабируемых систем

1. LOGO
Обеспечивающие программы. Режимы работы
ЭВМ в масштабируемых системах.
Лектор: Иванова Ирина Владимировна, к.п.н., доцент
Технологии разработки масштабируемых системТехнологии разработки масштабируемых систем

2. LOGO
ПЛАН:
Обеспечивающие программы1
Динамическое планирование работы
ЭВМ и распределение памяти2
Мультипрограммирование и
распределение приоритетов3
Прерывания и дисциплины
обслуживания очередей4
Режимы работы ЭВМ в СРВ5

3. LOGO
ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ПРОГРАММЫ
Обеспечивающие программы –
программы, состоящие из набора команд,
управляющие работой компьютера или
других устройств, благодаря данным
программам осуществляется выполнение
различных задач на устройствах.

4. LOGO
ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ПРОГРАММЫ
СистемныеСистемные ПрикладныеПрикладные ИнструментальныеИнструментальные
ОСОС
утилитыутилиты
Программные
оболочки
Программные
оболочки
Операционные
оболочки
Операционные
оболочки
Системы
технического
обслуживания
Системы
технического
обслуживания
Прикладные
программы
Прикладные
программы
Пакеты
прикладных
программ
Пакеты
прикладных
программ
Традиционные
средства
проектирования
Традиционные
средства
проектирования
Визуальные
средства
проектирования
Визуальные
средства
проектирования

5. LOGO
Планирование работы
Планировщик - часть операционной
системы отвечающая за выбор между
процессами
Алгоритмом планирования – алгоритм
использующийся планировщиком

6. LOGO
Алгоритм планирования в современное время
Большую часть времени активен только один
процесс. Пользователь, работающий с документом в
текстовом редакторе, он не будет одновременно
считать что-либо в фоновом режиме. Когда
пользователь дает команду текстовому процессору,
планировщику не приходится долго выбирать, какой
процесс запустить, поскольку кандидатов нет.
Компьютеры стали настолько быстрее, что время
процесса практически перестало быть дефицитным
ресурсом. Большинство программ для персонального
компьютера ограничены скоростью, с которой
пользователь вводит входные данные, а не скоростью
процессора. На простых персональных компьютерах
планирование не играет существенной роли.

7. LOGO
Режимы работы ЭВМ
Системы пакетной обработки
данных;
Интерактивные системы;
Системы реального времени.

8. LOGO
Системы пакетной обработки данных
В системах пакетной обработки нет
пользователя, сидящего за терминалом и
ожидающих ответ. В таких системах
приемлемы алгоритмы без переключений
или с переключениями, но с большим
временем, отводимым каждому процессу.
Такой метод уменьшает количество
переключений между процессами и
улучшает эффективность.

9. LOGO
Интерактивные системы
В интерактивных системах необходимы
алгоритмы планирования с
переключениями, чтобы предотвратить
захват процессора одним процессом. Даже
если ни один процесс не захватывает
процессор на неопределенно долгий срок
намеренно, из-за ошибки в программе один
процесс может заблокировать остальные.
Для исключения подобных ситуаций
используется планирование с
переключениями.

10. LOGO
Системы реального времени
В системах с ограничениями реального
времени приоритетность, как это ни странно, не
всегда обязательна, поскольку процессы знают,
что их время ограничено, и быстро выполняют
работу, а затем блокируются. Отличие от
интерактивных систем в том, что в системах
реального времени работают только программы,
предназначенные для содействия конкретным
приложениям.
Интерактивные системы являются
универсальными системами. В них могут работать
произвольные программы, не сотрудничающие
друг с другом и даже враждебные по отношению
друг к другу.

11. LOGO
Задачи алгоритмов планирования
Все системы
Справедливость -
предоставление каждому
процессу справедливой
доли процессорного
времени.
Принудительное
применение политики -
контроль за выполнением
принятой политики.
Баланс - поддержка
занятости всех частей
системы.
Системы пакетной
обработки данных
Пропускная
способность -
максимальное количество
задач в час.
Оборотное время -
минимизация времени,
затраченного на ожидание
обслуживания и обработку
задачи.
Использование
процессора - поддержка
постоянной занятости
процессора.

12. LOGO
Задачи алгоритмов планирования
Интерактивные системы
Время отклика -
быстрая реакция на
запросы.
Соразмерность -
выполнение пожеланий
пользователя.
Системы реального
времени
Окончание работы к
сроку - предотвращение
потери данных.
Предсказуемость -
предотвращение
деградации качества в
мультимедийных
системах.

13. LOGOПланирование в системах пакетной обработки данных
«Первым пришел - первым
обслужен». Процессам предоставляется доступ к
процессору в том порядке, в котором они его
запрашивают.
«Кратчайшая задача – первая». Если в очереди
есть несколько одинаково важных задач, планировщик
выбирает первой самую короткую задачу.
«Наименьшее оставшееся время
выполнения». Это версия предыдущего алгоритма с
переключениями. В соответствии с этим алгоритмом
планировщик каждый раз выбирает процесс с
наименьшим оставшимся временем выполнения..

14. LOGO
Планирование в интерактивных системах
«Циклическое планирование». Каждому процессу
предоставляется некоторый интервал времени процессора -
квант. Если к концу кванта времени процесс все еще
работает, он прерывается, а управление передается
другому процессу. Первоначальный процесс переносится в
конец очереди. Значение кванта около 20-50 мс является
оптимальным.
«Приоритетное планирование». Основная идея:
каждому процессу присваивается приоритет, и управление
передается готовому к работе процессу с самым высоким
приоритетом. Чтобы предотвратить бесконечную работу
процессов с высоки приоритетом, планировщик может
уменьшит приоритет процесса с каждым тактом часов (то
есть при каждом прерывании по таймеру).

15. LOGO
Планирование в системах реального времени
В системах реального времени существенную роль
играет время. Чаще всего одно или несколько внешних
физических устройств генерирует входные сигналы, и
компьютер должен адекватно на них реагировать в течение
заданного промежутка времени.
Системы реального времени делятся на жесткие
системы реального времени, что означает наличие жестких
сроков для каждой задачи, и гибкие системы реального
времени, в которых нарушения временного графика
нежелательны, но допустимы.
Алгоритмы планирования для систем реального
времени могут быть как статическими, так и динамическими.
В первом случае все решения планирования принимаются
заранее, еще до запуска системы. Во втором случае
решения планирования принимаются по ходу дела.

16. LOGO
Организация распределения памяти в ЭВМ
Запоминающие устройства являются одной из
основных частей любого компьютера, работа которых
строится по иерархическому принципу.
Ключевую роль в этой иерархии
играет оперативная память. Именно в ней хранятся
программы во время их исполнения, именно отсюда
загружаются в регистры микропроцессора исходные
данные для обработки.
Распределение памяти предполагает
удовлетворение потребностей как пользователей, так и
системных средств. Эти требования в большей части
противоречивы. Вследствие этого распределение
памяти всегда носит компромиссный характер

17. LOGOСистема управления памятью выполняет следующие
основные функции
Учет состояния свободных и уже распределенных
областей памяти и модернизация этой информации
всякий раз, когда в распределении памяти
производятся изменения;
Распределение памяти для выполнения задач
(определение, какой задаче, когда и в каком количестве
выделить оперативную память);
Непосредственное выделение задаче оперативной
памяти; если свободные области оперативной памяти
отсутствуют, то предварительное их освобождение
путем сохранения информации во внешней памяти.

18. LOGO
Стратегии распределения оперативной памяти
Статическое распределение памяти (вся
необходимая оперативная память выделяется
процессу в момент его порождения)
Динамическое распределение памяти
(памяти каждой программе в начальный
момент выделяется лишь часть от всей
необходимой ей памяти, а остальная часть
выделяется по мере возникновения реальной
потребности в ней)

19. LOGO
Мультипрограммирование
Мультипрограммирование
(multiprogramming) или многозадачность
(multitasking) есть способ одновременного
исполнения нескольких процессов.
- процессы исполняются либо на одном,
либо на нескольких связанных между собой
процессорах

20. LOGO
Прерывания
Прерывания представляют собой
механизм, позволяющий координировать
параллельное функционирование отдельных
устройств вычислительной системы и
реагировать на особые состояния,
возникающие при работе процессора, то есть
прерывание – это принудительная передача
управления от выполняемой программы к
системе (а через нее – к соответствующей
программе обработки прерывания),
происходящая при возникновении
определенного события.

21. LOGO
Прерывания
Аппаратные –
события от
периферийных
устройств или
события в
микропроцессоре
Аппаратные –
события от
периферийных
устройств или
события в
микропроцессоре
Программные
прерывания
возникают
(синхронно) при
исполнении особой
команды
процессора,
которая имитирует
прерывание
Программные
прерывания
возникают
(синхронно) при
исполнении особой
команды
процессора,
которая имитирует
прерывание

22. LOGO
Шаги механизма обработки прерываний
Add Your TitleAdd Your Title
Шаг 7
Шаг 5
Шаг 3
Шаг 1
Шаг 2
Шаг 4
Шаг 6

23. LOGO

24. LOGO
Приоритет прерываний - элементом
обработки прерываний, с помощью которого
прерывания ранжируются по степени важности
и срочности
Прерывания имеющих одинаковое
значение приоритета относят к одному уровню
приоритета прерываний
Прерывания от схем контроля процессора
должны обладать наивысшим приоритетом,
программные прерывания – самым низким.

25. LOGO
Если приоритет запрашиваемого
прерывания ниже приоритета средства контроля
процессора, то в этом случае прерывания не
произойдет
Учет приоритета может быть встроен в
технические средства, а также определяться ОС
Кроме аппаратно реализованных
приоритетов прерывания большинство
вычислительных машин и комплексов допускают
программно-аппаратное управление порядком
обработки сигналов прерывания

26. LOGO
www.themegallery.com