1. Definice os, typy os, služby a vrstvy, systémová volání, virtuální počítač Typy OS: Vrstvy: Služby: Systémová volání:

Transkript

1 1. Definice s, typy s, služby a vrstvy, systémvá vlání, virtuální pčítač Definice: -sftwarvá nadstavba HW -splečně s hw představuje virtuální pčítač -je rzhraním mezi živitelem a systémem (laik, efektivní využití, prgramátrům vývj a ladění) -prstředí pr prvádění prgramů (efektivně předává a debírá řízení prgramům,chrání a izluje prgramy a data) -zbecněné rzhraní pr přístup k systémvým prstředkům (pskytuje služby virtuálníh pčítače, řeší rzdíly jedntlivéh hardware, prgramátrům zpřístupňuje paměť,subry a VV zažízení) Typy OS: Mainframe s (mnh IO),serverve (unix,windws 2000),viceprcesrve(clustery,paralelní),sbní pčítače,real-time s (VxWrks),vestavěné- PalmOS(Pda, TV),smartcard OS Vrstvy: Kncvý uživatel (aplikace, nástrje), prgramátr,systémvé rzhraní(virtuální pčítač),perační systém,návrhář s, hardware Služby: tvrba prgramů (editry, kmpilátry), prvádění prgramů (zavedení, spuštění,inicializace periférií,plánvání přadí),přístup k IO a subrům (prvádění IO perací, knverze frmátů dat),přístup k systému (správa a přidělvání prstředků,chrana přístupu k privátním prstředkům a datům),detekce chyb (hw,sw,neschpnst s splnit-nelze najít subr),reakce na chyby(hlášení,pakvání perace,násilné uknčení prgramu),sledvání činnsti systému(statistiky pužití prstředků,mnitrvání výknnsti) Systémvá vlání: Vlání jádra OS, většinu přes knihvnu (parametry na stack,vlání fce v knihvně,nastavení registru na typ vlání,trap-skk d jádra OS, jádr:dispatch,vlání vladače, návrat) Typy-prcesy(vznik,nahrazení,čekání na uknčení, uknčení),subry(tevření,zavření,čtení,zápis,stat),adresáře a subrvé systémy(vytvření,zrušení,dkazy),statní(změna práv,signál,zjištění času) Win32 API-vrstva mezi funkcemi a aplikacemi, zalžen na událstech,extrémně veliké 2.Pžadavky OS na hw pr jeh implementaci, prcesr,správa, adresvání paměti CPU-prvádí instrukce prgramu,hw pr prvádění prgramu(bsahuje prgramvý čítač PC,instrukční registr IR(pslední načtená instrukce),dekdér instrukce a řídíčí bvdy,registry s infrmacemi stavu prcesru PSW),HW pr zpracvání dat(registry pr krátkdbé ulžení adres a dat, perační jedntku alu)+další pmcné registry a bvdy -dva režimy user/kernel (instrukce TRAP systémvá vlání) *registry s-prgram cunter(adresa další instrukce),stack pinter,prgram status wrd(stav prcesru-pracvní režim,atd.) *registry user-datvé (přechdné ulžení dat),adresní(paměťvé adresy dat a instrukcí) Paměť-ulžení dat,registy-cache-ram-diskva cache-pevné disky-výměnná média *virtuální/fyzická adresa,memry management unit,kntext switch

2 IO-zařízení->řadič, OS práci s nim zjedndušuje,vladače začleněny d jádra,spuštěny při startu/za běhu,přerušení (dkud pžadavek nevyřízen je zaměstnán prcesr jinu prací),registry zařízení, IO prty, direct memry acces 3. Prvádění instrukce, prušitelnst prgramu a instrukce, událsti, signály, přerušvací systém -prvádění instrukce:cpu věřuje pžadavky na přerušení vždy před načtením nvé instrukce-.pkud přerušení není pvlen neb pžadván CPU načte následující instrukci, pkud je pžadván/pvlen-ulží se bsah PC a PSW např. d zásbníku a d PC a PSW se nahraje přerušvací vektr, tím se změní adresa příští instrukce a nastavení přerušvacíh systému -přerušitelnst- IO prgram předá IO mdulu pvel a pvlí přerušení, prgram může pkračvat dál dkud není třeba prvést další IO peraci, v OS takvý prgram pzastaven dkud IO perace není dknčena a prcesr je zaměstnán jinu prací -start s, první prces (init), čeká se na událst (event) je signalizvána přerušením -pkud neběží žádné uživatelské prcesy, nejsu žádné IO perace,není žádný uživatel kterému by byl nutn dpvídat je OS nečinný, když nastane událst->generuje se přerušení(signalizují různé událsti), genervány HW neb SW Priritní přerušvací systém-pžadavek s vyšší priritu může přerušit prvádění bslužné rutiny přerušení s nižší priritu, bsluha přerušení s nižší priritu se dknčí až p bslužení všech pžadavků s vyšší priritu (přerušení z LAN má přednst před přerušením z tiskárny, prtže vyrvnávací paměť je nutné rychle uvlnit pr další data) 4. Časvač, sdílení času, víceúlhvý a víceuživatelský OS. Časvač: časvač = timer = Časvač je čítač, který je zvyšván (resp. snižván) jedničku vnitřním hdinvým signálem mikrpčítače. Jeh účelem je tedy dměřvat čas. Sdílení času: generuje přerušení v pravidelných intervalech, sdílení času, návrat prcesů z delta listubslužná rutina hlídá, klik času prcesu zbývá d naplnění přidělenéh kvanta, zajistí přeplánvání, pakvané vlání zajišťuje plnhdntný multitasking z delta listu jsu prcesy s nulvu deltu zařazvány d ready frnty bslužná rutina přerušení časvače, efektivní, assembler, pkud v jejím průběhu djde k přeplánvání, bude trvat nezanedbatelnu dbu multitasking nebli sučasný běh více úlh je mechanismus. Může být realizván různými způsby (přepínáním kntextů, přidělváním časvých kvant, jak kperativní multitasking) a může služit různým účelům - tmu, aby více uživatelů sdílel jeden pčítač (pak jde tzv. sdílení času), neb tmu, aby si jeden uživatel mhl na svém pčítači prvzvat více úlh sučasně, případně běma účelům sučasně. Víceúlhvý (multitasking, multiprgramming, timesharing) Víceuživatelský (multi-user) OS umžňuje správu více prcesů na jednprcesrvém systému běh více úlh (prcesů) ve sdílení času chrana paměti, plánvání prcesů mžnst sučasné práce více uživatelů identifikace a vzájemná chrana uživatelů OS uživateli vytváří virtuální prstředí tvářící se, jak by měl pčítač sám pr sebe: nikd

3 nebude bez jeh pvlení číst jeh subry, nikd nebude zasahvat d běhu jeh prgramů, bude mci pužívat periferní jedntky pčítače (tiskárny, vstupní jedntky,..) atd. 5. Vstupně výstupní zařízení, techniky prgramvání vstupu a výstupu, dma IO mduly(řadiče, kanály, kprcesry..) -hw pr vládání periferií, disky, klávesnice, display,tiskárna, kmunikařní zařízení (lan mdem) IO lgika -zajišťuje interakci mdulu s CPU přes řídící část sběrnice, je zde implementván prtkl systémvé sběrnice (PCI,AGP) IO perace IO prgram připraví IO mdul pr pžadvanu akci tím, že dešle ptřebné příkazy a data, pté i prgram čeká na dknčení,testváním stavu IO mdulu CPU prvádí neprduktivní činnst,p dknčení perace předává IO prgram řízení zpět prgramu uživatele Techniky IO kmunikace -prgramvaný i přens-nepužívá se,bez přerušení, cpu čeká I přens s přerušením-činnst CPU přerušena p dknčení IO perace,pr přens se sptřebuje část času CPU -IO přens s přímým přístupem d paměti (DMA)-data se přenášejí p blcích pří mezi IO mdulem a pamětí (bez účasti CPU), prgram puze iniciuje DMA (dkud, kam, klik),cpu předá pžadavek DMA mdulu-> DMA prvede přens, CPU vlné, dknčení je CPU infrmván přerušením, mezuje přístup k perační paměti Sběrnice-kmunikace částí pčítače mezi sebu, CPU, AGP, PCI,IDE,USB; spravuje je s *plug n play, bis 6. Prces a prgram, kntext, stav prcesu, třístavvý a sedmistavvý mdel Prces-knkrétní prvedení určitéh prgramu, prgram lze prvádět pakvaně s různými daty, v daném kamžiku lze jeden prgram prvádět vícekrát -značujeme také jak úkl Dávka->úlha+úlha->úkl+úkl -průběh prcesu lze trasvat (analyzvat p prvedení jedntlivých instrukcí) *dispečer-převádí prcesr z jednh prcesu d druhéh, brání kupaci CPU prcesem,rzhdje který prces bude prváděn jak další, při přepnutí z A na B se v CPU vždy prvádí dispečer *tabulka prcesů, prcess kntrl blck *signály (alarm, IO perace)? sekvenční prvádění/multiprgramming Vznik prcesu-v dávce,uživatelem,spuštěním služby pr bsluhu pžadavků (tiskvý server), vytvřením ptmka existujícíh prcesu (sparing) Uknčení prcesu-úlha v dávce vydá halt, dhlášením uživatele, prces předá systému pžadavek na uknčení, djde k chybě

4 Stav prcesu-běžící (v CPU), připravený (pzastaven, frnta), blkvaný (čeká na vnější událst) 7-vvý(nemá ještě všechny prstředky), připravený, bežící, blkvaný, uknčený (držíme v paměti jeh infrmace), blkvaný dlžený(prces přesunut z RAM na swap disku), připravený dlžený (událst nastala, ale prces stále ve swap) Přepínač kntextu-plánvač PCB (prcess table)-status,prgram cunter,stack pinter,alkace paměti,tevřené subry,údaje plánvače Při přerušení ulžení stavu, bsluha vladačem v jádru, plánvač rzhdne c dál Prces-prstředky jak celek (adresní prstr,tevřené subry,alarmy,bsluha signálů), vlákn-(samstatné: prgram cunter, registry, stack,stav; statní sdílí s statními vlákny prcesuu) Multithreading-mžnst běhu více vláken (prblém glbálních prměnných) *thread_create,thread_exit,thread_wait (čeká na uknčení jinéh vlákna),thread_yield(vzdá se cpu) 7. Implementace prcesů v OS, c je prces pr OS Správa prcesů: typická funkce jádra OS (Prcess management), vytváření a uknčvání,plánvání a spuštění,přepínání prcesů,synchrnizace prcesů,pdpra kmunikace prcesů,udržvání řídících blků prcesů Tabulky Os udržuje tabulky-vládání paměti, vládání IO, vládání subrů, vládání prcesů Tabulka vládání prcesů-prcess image tvří tyt kmpnenty:prgram,data,zásbník,atributy prcesu(jedinečný numerický identifikátr,stav prcesu(kntext),řídící infrmace prcesu) Pstup při vytvření prcesu-přídělení identifikátru, alkvání místa v paměti,inicializace řídícíh blku PCB,nastavení dkazů,ulžení záznamu aktivaci prcesu Přepínání-při přerušení-prces vyčerpal kvótu, IO perace byla dknčena Pr OS-knkrétní prvedení určitéh prgramu -prkládat časvě prvádění mnha prcesů s cílem maximalizvat využití CPU,přidělení pžadvaných systémvých prstředků,pdpra kmunikace prcesů a vytváření nvých prcesů uživatelem 8.Sutěžení prcesů ( prstředky), vzájemné vylučvání, kritická sekce prcesy si knkurují ve: - sdílení prstředků - alkaci času CPU - kmunikaci - synchrnizaci více prcesů

5 prblémy s knkurencí - pkud přístup ke sdíleným prstředkům není řízen, může djít k prušení knzistence dat ( výsledek akcí prváděných prcesy může být závislý na přadí, v jakém prcesy dstanu přidělen prcesr ) - přístup ke sdíleným prstředkům je nutn řídit! sutěžení prcesů prstředky - prvádění jednh prcesu může vlivnit chvání supeřících prcesů - pkud přístup k jednmu prstředku pžaduje více prcesů sučasně, lze prstředek přidělit jen jednmu z nich (statní prcesy čekají) - nelze vždy zaručit, že blkvaný prces získá přístup k prstředku v buducnsti (takvý prces nikdy nesknčí, bude bez mezení čekat! ) prblémy s řízením přístupu - vzájemné vylučvání (v každém kamžiku smí mít přístup k prstředku puze jeden prces) - smrtící bětí (Deadlck) (prcesy vzájemně čekají na uvlnění prstředků, přidělených jiným prcesům) - vyhladvění ( prces nemůže získat přístup k pžadvanému prstředku v důsledku bsazení prstředku jinými prcesy) kperace prcesů sdílením - prcesy pužívají a mění sdílená data (sdílené prměnné, subry, databáze, atd.) - v daném čase může data měnit puze jeden prces (např. textvý subr nesmí být tevřen pr zápis více editry sučasně) - k zajištění integrity(neprušenst) dat se pužívají kritické sekce kritická sekce - prces je ve (své) kritické sekci (pr daný sdílený prstředek), jestliže prvádí část prgramu, manipulující s (tímt) sdíleným prstředkem - prvádění kritické sekce musí být vzájemně výlučné (mutually exclusive) (v každém kamžiku smí být v kritické sekci(pr daný prstředek) puze jeden prces) - každý prces musí žádat pvlení ke vstupu d kritické sekce! 9.Techniky řízení přístpu k prstředkům (hw sw), ppsat hw techniky, zákaz přerušení, setand-test Sw řešení pmcí aktivníh čekání petersnův algritmus - vstupující prcesy Pi a Pj, puze jeden prces se nastaví na přístup d kritické sekce CS (splňuje vzájemné vylučvání, plnění pžadavků na pkrk a mezenst čekání(např. Pi nemůže vstupit d cs pkud nevstupí alespň jednu Pj) tt řešení je dlné prti chybám ve zbytkvé sekci (RS), prtže chyba v RS je vlastně ttéž, c nemezeně dluhá sekce RS. Řešení není dlné prti chybám v CS (pkud chyba nastala v CS, pr statní prcesy Pi zůstává v kritické sekci) bakerův algritmus - před vstupem d kritické sekce dstane každý prces čísl. Držitel nejmenšíh čísla může vstupit d CS, ve výstupní sekci nastaví prces Pi přidělené čísl na 0 nedstatky - Prcesy pžadující přístup d kritické sekce jsu v aktivním čekání (busy

6 waiting) a prt zbytečně sptřebvávají čas prcesru - Pkud jsu kritické sekce dluhé, může být efektivnější čekající prcesy blkvat HW řešení pmcí zákazu přerušení a metdy TEST and SET prces běží v prcesru kntinuálně, dkud nevyvlá službu OS neb není přerušen. K přerušení prcesu může djít puze na hranicích instrukcí (mezi dknčením jedné a zahájením další instrukce ). Přístup k paměťvému místu bvykle vylučuje sučasný přístup statních prcesů k tmut místu zákaz přerušení - becně prces běží, dkud nevyvlá pžadvanu službu OS neb není přerušen - princip spčívá v tm, je zakázán přerušení před vstupem prcesu d CS p výstupu z kritické sekce je přerušení pět pvlen - u jednprcesrvéh systému zákaz přerušení zaručuje vzájemné vylučvání. U víceprcesrvých systémů nezaručuje - nedstatky: jsu mezeny mžnsti prcesru prkládat prgramy (vyknávání jedntlivých prcesů s cílem maximálníh využití prcesru) - zákaz přerušení může významně snížit efektivnst prvádění prgramů(v dbě, kdy je některý prces v kritické sekci, nelze prcesr přidělit jinému prcesu) - becně nevhdné řešení (prdlužuje se dba latence (dba mezi kamžikem příchdu pžadavku na přerušení a kamžiku kdy se začne prvádět příslušný bslužný systém)) instrukce test-and-set - instrukce prcesru přečte příznak a sučasně h nastaví, pkud byl příznak už nastaven, tak se příznak nezmění => kritická sekce je bsazena prces musí čekat, pkud ale příznak nastaven nebyl instrukce h nastaví a prces může vstupit d kritické sekce. P výstupu z kritické sekce je příznak inicializván. - nedstatky: jedná se aktivní čekání zabírající čas prcesru - může djít k vyhladvění (když prces uvlní kriticku sekci, jak další získá pvlení prces, který první prvede instrukci testvání) - v systému může vzniknut deadlck ( nastává tat situace: prces s nízku priritu má kriticku sekci, prces s vysku priritu žádá pvlení. Prcesr je přidělen prcesu s vysku priritu, kde pak čeká na uvlnění, ale k tmu nemůže djít, prtže prces s nízku priritu nemůže získat prcesr ) 10.Synchrnizace prcesů pmcí semafrů a pmcí předávání zpráv semafry nevyžaduje aktivní čekání ( pkud přístup d kritické sekce usiluje některý prces v dbě, kdy je v ní jiný prces, případně přístup usiluje v jednm kamžiku více prcesů, je nutné některé z nich pzdržet. Tt pzdržení je mžné realizvat smyčku. Tt tzv. aktivní čekání (busy waiting) však zbytečně sptřebvává čas CPU ), celčíselná prměnná dstupná pmcí dvu atmických(nedělitelných) perací (wait/signal) semafr celčíselný je datvá struktura recrd, která bsahuje frntu prcesů a čítač prcesů ve frntě. princip: když prces čeká je blkván a zařezen d frnty, signal dstraní prces z frnty a přesune h d seznam prcesů připravených ke spuštění, funguje pr více prcesrů

7 semafr binární prměnná cunt je blean, nárčnější než pužití čítacích semafrů synchrnizace pmcí semafrů: máme dva prcesy: P1 a P2 příkaz S1 v P1 musí být prveden dříve než příkaz S2 v P2, kde synch je definván jak semafr up1: S1; signal(synch); up2: wait(synch); S2; Ukázka pužití dvu semafrů S1 a S2: P1: P2: init(s2, ) S1=0 signal(s1) wait(s2) signal(s2) wait(s1) prblémy wait(s) a signal(s) jsu rzděleny d více prcesů a prt je btížné przumět jejich půsbení, pužití musí být krektní ve všech prcesech, jediný chybný prces může způsbit prblémy s celým subrem prcesů Synchrnizace pmcí předávání zpráv předávání zpráv-nutné vzájemné vylučvání,dchází k výměně infrmací synchrnizace-vysílač neb přijímač může(nemusí) být blkván, neblkující send i recive, neblkující send-blkující recive (vysílač p deslání zprávy pkračuje,aby c nejrychleji připravval zprávy. Přijímač je blkván dkud zpráva není dručena aby mhl kamžitě reagvat na dručení), blkující send i recive (na dručení čeká přijímač i vysílač ranvedzvus) adresace-send zahrnuje identifikátr cílvéh prcesu recive může určit d kteréh prcesu je zpráva čekávána (statní buď ignrvány, speciální adresa,0, určuje, že zpráva může přijít d khkli), recive může dstat parametrem hdntu kteru předá(umžňuje zjistit, že zpráva drazila) - nepřímá - zprávy se zasílají d sdílené datvé struktury z frnt (mailbxes)

8 11. Obrana před vzájemným blkváním deadlck a vyhladvěním, prblém bjedvajících filzfů, algritmus bankéře, prblém pisatelů a čtenářů Deadlck-prcesy vzájemně čekají na uvlnění prstředků, přidělených jiným prcesům, vzniká knfliktem pžadavků na prstředky d dvu neb více prcesů Pdmínky vzniku-vzájemné vylučvání(puze jeden prces na prstředek),hld-andwait(prces může držet prstředek zatímc čeká na jiný), systém bez preempce(přidělený prstředek nemůže být prcesu násilně debrán),kruhvé čekání(uzavřený řetězec prcesů v němž každý drží prstředek který ptřebuje následující prces v řetězci) *pakvaně pužitelné prstředky-mhu být pužývány puze jedním prcesem,deadlck nastává jestliže prces již nějaký prstředek drží a žádá přidělení dalšíh *sptřebitelné prstředky-prstředky vytvářené a ručené prcesy(přerušení,signály,zprávy), deadlck může nastat když je příjem zprávy blkující,kmbinace veducí k vzájemnéh zablkvání může být velmi vzácná Prevence-vzájemnému vylučvání se nelze vyhnut, hld-and-wait-lze prces blkvat dkud nemhu být všechny jeh pžadavky na prstředky zajištěny sučasně, prces může čekat dluh,kruhvé čekání-pr prstředky definvat lineární uspřádání,jakmile je nějaký prstředek přidělen, mhu být jak další přiděleny již jen prstředky s vyšším přadvým číslem, může bezdůvdně dmítnut přidělení prstředků Detekce-s může testvat(při příjmu pžadavku na prstředky), sptřebvává CPU Vylučení deadlck-nestartvat prcesy, jejichž pžadavky mhu způsbit deadlck,nepvlit inkrementální pžadavky na prstředky prcesům pkud můžu způsbit deadlck,není nutná preempce a rllback prcesů Odstranění-násilné uknčení blkujících prcesů,bnvit zablkvané prcesy z bdu před dreadlckem a restartvat (může se pakvat),pstupně uknčvat jedntlivé prcesy, dkud deadlck nedblkuji,násilně debírat prstředky dkud nezmizí deadlck Kritéria uknčvání-nejmenší dsud sptřebvaný čas,nejmenší bjem vygenervaných dat,nejdelší dhadnutý čas d dknčení,nejmenší pčet dsud přidělených prstředků,nejnižší pririta

9 Starvatin-při čekání na přidělení prstředků (kvůli bsazení jinými prcesy),při kmunikaci prcesů(dva prcesy kmunikují, třetí čeká),typický důsledek nízké pririty Prblém filsfů-5 filsfů,2vidličky ptřeba,5vidliček, filsf prces,vidlička prstředek Všichni uchpí(deadlck) -> semafr pr každu vidličku Začínají jíst 4 (1 jí, 3 čekají) -> semafr umžňující mezit pčet filzfů Bankéř-exitstuje bezpečná sekvence (safe sequence), může ale nastat deadlck Pevný pčet prstředků,pevný pčet prcesů,prcesy předem deklarují pžadavky,pžadavky jsu akceptvány puze pkud jeh maximální pžadavky nepřekrčí celkvý pčet prstředků,prcesy mhu získat v daném kamžiku puze jeden prstředek ->prstředek je alkván puze pkud výsledkem alkace je pět bezpečný stavpředchází cyklickému čekání, má slabiny(nelze vždy garantvat pevný pčet prstředků,v multiprgramvém prstředí nelze vždy zajistit pevný pčet prcesů, prcesy nemhu vždy předem znát maximální pžadavky na prstředky) Prblém pisatelů -jakýkli pčet čtenářů může suběžně číst bsah subr,může zapisvat jen jeden,pkud zapisujeme nelze ze subru číst -dsažení vzájemnéh vylučvání přensem zpráv, vytvření mailbx (mutex) sdílenéh n prcesy, send neblkující, Recife blkující když je mailbx mutex prázdný, inicializace send(mutex, g );, první prce Pi který prvede recese může vstupit d cs, statní prcesy budu blkvány dkud Pi nedešle zprávu 12. Plánvání-cíle,typy,kriteria Rzhduje který prces má CPU Cíle:spravedlnst,ddržvání plitik,využití všech částí systému Interaktivní systémy: minimalizvat dezvu,prprcinalita(vyhvěť čekávání uživatelů) Typy: nepreemptivní (prces se musí sám vzdát cpu), preemptivní(rzhduje plánvač,efektivní puze pkud k dispzici přerušení) First cme first served-nvé úlhy d frnty,p uknčení aktuálníh přidělen nejdéle čekající,krátké prcesy čekají dluh, zvýhdňuje výpčtvé prcesy (prcesy s IO čekají při každém dknčení) Shrtest jb first-nepreemptivní, spustí se prces s nejkratší čekávanu dbu prvedení, závislé na dbrém dhadu délky běhu Shrtest remaining time next-shrtest remaining time next, vyžaduje dhad dby prvádění, preemptivní varianta SJF Rund-rbin-preempce zalžená na časvači,prcesu je přiřazen časvé kvantum cpu,přepnutí při vypršení kvanta neb při vlání blkvací systémvé fce, je třeba ptimalizvat délku kvanta Priritní plánvání-přednst prces s vyšší priritu,nízká pririta může mít za následek vyhladvění (starvatin), nutn priritu přizpůsbvat v závislsti na dbě čekání neb

10 histrii běhu prcesu Plánvání se záruku-např. časvé kvantum dle 1/pčet uživatelů Lttery scheduling-peridicky se lsuje čas CPU, kperativní prcesy si mhu čas předávat Fairshare-bere v ptaz i uživatele Real-time systémy: hard RT-deadline musí být splněna; sft RT-bčasný výpadek Událsti-peridické, aperidické (nedají se předpvědět) -systém je plánvatelný pkud suma časů ptřebných na bslužení událstí dělená jeh peridu pr všechny událsti je <1 14. Plánvací algritmy First cme first served-nvé úlhy d frnty,p uknčení aktuálníh přidělen nejdéle čekající,krátké prcesy čekají dluh, zvýhdňuje výpčtvé prcesy (prcesy s IO čekají při každém dknčení) Shrtest jb first-nepreemptivní, spustí se prces s nejkratší čekávanu dbu prvedení, závislé na dbrém dhadu délky běhu Shrtest remaining time next-shrtest remaining time next, vyžaduje dhad dby prvádění, preemptivní varianta SJF Rund-rbin-preempce zalžená na časvači,prcesu je přiřazen časvé kvantum cpu,přepnutí při vypršení kvanta neb při vlání blkvací systémvé fce, je třeba ptimalizvat délku kvanta Priritní plánvání-přednst prces s vyšší priritu,nízká pririta může mít za následek vyhladvění (starvatin), nutn priritu přizpůsbvat v závislsti na dbě čekání neb histrii běhu prcesu Plánvání se záruku-např. časvé kvantum dle 1/pčet uživatelů Lttery scheduling-peridicky se lsuje čas CPU, kperativní prcesy si mhu čas předávat Fairshare-bere v ptaz i uživatele Real-time systémy: hard RT-deadline musí být splněna; sft RT-bčasný výpadek Událsti-peridické, aperidické (nedají se předpvědět) -systém je plánvatelný pkud suma časů ptřebných na bslužení událstí dělená jeh peridu pr všechny událsti je <1 14. Relkace prgramů, alkace paměti, relativní adresvání, pevné a prměnné dělení paměti, fragmentace paměti, typy fragmentace. Přidělvání pevných blků paměti OS MFT (Multitasking with Fixed nuber f Tasks) - IBM 360 v 60. letech. paměť má velikst desítky KB až MB a při startu systému je pevně rzdělena na blky (1MB se např. rzdělí na 1*256kB, 2*128kB, 2*64kB, 3*32kB, 2*16kB a 256kB pr OS) každém prgramu jsu známy jeh paměťvé nárky -> OS mu přidělí blk, jehž délka je větší neb rvna nárkům prgramu Strategie ukládání d pevných blků

11 Výhdy: Nevýhdy: First fit prcházejí se blky paměti a přidělí se první blk délka je větší neb rvna pžadvané paměti. Last fit vybere se pslední vyhvující Wrst fit vybere se největší vyhvující u přidělvaných blků prměnné veliksti (pužívá se u strategie přidělvání blků paměti prměnné veliksti pr mezení fragmentace - viz dále) Best fit vybere se nejmenší vyhvující (pr přidělvání blků pevné veliksti se zpravidla pužívá tat strategie) ve vnitřní paměti může být něklik prcesů sučasně jednduchst špatné využití paměti (fragmentace) je nutné předem znát paměťvé nárky, prces jehž paměťvé nárky jsu větší než velikst největšíh blku má smůlu (nelze h dstartvat - jednmu prgramu není mžn přidělit dva susední blky) Adresvání Není mžné předem stanvit na jaké adrese bude prgram ulžen -> prgram musí být relkatibilní. Máme dvě mžnsti: relkační tabulka v prgramu = tabulka s infrmacemi, kde jsu v prgramu adresní knstanty. Při zavádění prgram se všechny adresní knstanty upraví pdle skutečné adresy na které je prgram. prgram, ve kterém jsu puze relativní adresy. U skků t jsu autrelativní adresy (skčit + neb - klik bytů). U prměnných se pužívá bázvání - určitý registr se naplní skutečnu adresu např. začátku prgramu a pr dkazy na prměnné se pužívá míst pevné adresy hdnta bázvéh registru + psunutí (ffset). Je velmi žáducí, aby prcesr pdprval bázvání a musí mít relativní skky. Ochrana paměti Nejčastěji se pužívá jedna z těcht metd: mezní registry mechanismus zámků a klíčů (viz dále) Pr pužití každé z těcht metd je nutná pdpra hardware -> pužívá se ta, která je dstupná na daném prcesru. Ochrana paměti pmcí mezních registrů Dva mezní registry udávají nejnižší a nejvyšší dstupnu adresu. Nastavuje je OS, když předává řízení prcesu. Odkaz na paměť mim způsbí vnitřní přerušení "prušení chrany paměti". Nastavení mezních registrů musí být privilegvaná instrukce, jinak může prgram napsaný se špatným úmyslem číst neb měnit paměťvé blasti jiných prcesů.

12 Ochrana paměti pmcí mechanismu zámků a klíčů Paměť je rzdělena na stránky pevné veliksti (např. 4 KB). Každé stránce paměti je přiřazen zámek (= celé čísl). Prcesr má speciální registr, který služí jak klíč. Prces může pužívat puze ty stránky paměti, které mají zámek nastavený na stejnu hdntu, jak je klíč. OS může pužívat univerzální klíč čísl 0, který umžňuje přístup k libvlné stránce paměti. Blku lgické paměti Nejjedndušší je alkace úseku lgické paměti. Obvykle pužíváme funkci kmallc(), která je pdbná známé funkci mallc(), ale má jeden argument navíc. Pdívejme se na příklad: vid* ptr = kmallc(100, GFP_KERNEL); Alkujeme 100 bajtů, a t způsbem implicitním pr jádr. Ve skutečnsti se alkuje víc - až dvjnásbek pžadvanéh mnžství, v tmt případě knkrétně 128 B. Nepužívá se ttiž klasická hrmada (heap), míst th si jádr předem připravuje zásbu blků paměti různé veliksti (d 32 B d 128 KB), a z nich pak pdle pžadavků přiděluje. Druhu věcí, která nás zajímá, je zbývající parametr. V tmt případě jsme alkvali tím nejbvyklejším způsbem, ale mžnstí je mnhem víc. Např. GFP_ATOMIC se pužívá v případech, kdy je nutná atmická alkace - za nrmálních klnstí ttiž kmallc() může blkvat, cž třeba při bsluze přerušení nesmíme připustit. Zajímat nás může také třeba GFP_DMA pr mezení lgických adres na rzsah pužitelný pr DMA na sběrnici ISA. Další knstanty najdete v dkumentaci (s nvými verzemi jádra bčas přibývají). Prč kmallc() může blkvat? Jednduše prt, že paměť nemusí být k dispzici. Pak je nutné pžadvané mnžství uvlnit (např. dlžením na disk), cž zabere nějaku dbu. Atmicky vlaná funkce se nic takvéh nepkuší - buď se t pvede hned, neb vůbec. Maximální alkvatelný blk je 128 KB, cž se někmu může zdát mál, ale není tmu tak. Obvykle ttiž tak velký kus lgické paměti neptřebujeme. Paměť musíme p pužití bezpdmínečně uvlnit zavláním kfree(). Pkud by se tak nestal, byla by ztracena až d restartu systému. Alkace blku virtuální paměti Při větších pžadavcích na mnžství paměti můžeme alkvat jak virtuální paměť jádra. Získáme stránkvanu paměť (nemusí být fyzicky suvislá) prakticky libvlné veliksti. Vzhledem k alkaci p stránkách bude samzřejmě přidělený úsek zarvnán na celé stránky, navíc se pr každu stránku vytváří režijní datvá struktura (plžka v tabulce stránek) - prt nemá smysl pužívat tent pstup pr alkaci maléh mnžství paměti (lépe se hdí kmallc()). Dalším mezením (zcela lgickým) je pužití takt získané blasti paměti - nelze ji pužít mim jádr, zejména ne v žádném zařízení připjeném přes sběrnici. Týká se t jak phledu ze zařízení d paměti (DMA apd.), tak bráceně (paměťvá blast ležící v zařízení). Pkud bychm přest ptřebvali, aby se pdbným způsbem pracval s pamětí v zařízení, pužili bychm funkci iremap() - ale tím se teď zabývat nebudeme. Připmenu ještě, že alkace virtuální paměti není atmická a může blkvat. T ale není na závadu, správně napsaný mdul by nikdy neměl vyžadvat alkaci většíh mnžství paměti v kritických místech. Pr alkaci pužijeme funci vmallc(), pr uvlnění vfree(). Pracuje se s nimi stejně jak s funkcemi mallc() a free(): vid* ptr = vmallc(10000);if (ptr == NULL) return -NOMEM;...vfree(ptr); Opět připmínám nutnst paměť p pužití uvlnit.

13 Alkace celých stránek Předchzí způsby alkace se hdí hlavně tam, kde předem neznáme ptřebné mnžství paměti. Někdy h všem známe již při v dbě implementace, čehž můžeme s výhdu využít ke snížení režie jádra při alkaci a uvlňvání - zejména tehdy, jedná-li se větší mnžství paměti. Máme dvě skupiny funkcí - první vrací adresu, druhé ukazatel na stránkvu strukturu. Pdívejme se nejprve na ty první. Můžeme alkvat třeba jen jedinu stránku. K tmu služí funkce get_free_page() a get_zered_page(). Jejich jediným parametrem jsu příznaky v pdbě známé d kmallc(). Funkce se liší tím, že první vrací stránku "tak, jak je", kdežt druhá ji předem vynuluje. P pužití paměť uvlníme funkcí free_page(). Pzr - nepracuje se zde s ukazateli, nýbrž s čísly typu unsigned lng! Přidělvání blků paměti prměnné veliksti Vlná paměť není pevně rzdělena, ale při startu prgramu se přidělí paměť pdle nárků prgramu (resp. přidělí se celý vlný blk a prgram vrátí, c neptřebuje). Najdeme u MS-DOS, OS-MVT (Multitasking with Variable nuber f Tasks). Operační paměť na pčítačích PC kmpatibilních v reálném režimu: Výhdy: Nevýhdy: na začátku OS, buffery, prměnné pak vln až d 640kB (d tht prstru se zavádějí prgramy) VRAM (128kB) Vide RAM VROM (32kB) Vide ROM (u adaptérů EGA, MCGA, VGA, SuperVGA, jinak vlné) vlné míst (tt míst mhu využívat přídavné adaptéry pr své paměti RAM neb ROM) ROM BIOS (64 kb) jak u předchzí strategie lepší využití paměti sučet paměťvých nárků, které jsu sučasně v paměti musí být menší neb rven veliksti paměti fragmentace paměti - prcesy vyžadují suvislé úseky paměti. Může se stát, že není mžné spustit další prces, prtže má větší nárky na paměť než je velikst největšíh vlnéh blku i přest, že sučet velikstí vlných blků je větší než paměťvé nárky prcesu Pr dstranění fragmentace pužívají další strategie správy paměti následující metdy: setřásání blků; prblémy s adresními knstantami lze dstranit pužitím segmentace stránkvání = prgramu se jeví adresní prstr jak suvislý, přestže ve skutečnsti není Odstranění fragmentace Prcesy ptřebují suvislý kus paměti -> setřásání segmentů. Prvádí se zpravidla v kamžiku, kdy při startu nvéh prcesu není žádný vlný blk paměti dstatečné veliksti, ale sučet vlných blků stačí (některé systémy v případě, že není dstatek vlnéh místa, dkládají adresní prstry některých prcesů na disk -> swapping, viz plánvání prcesů). Setřásání segmentů: překpírvání adresnéh prstru některých prcesů + změna prměnné PCB, která služí pr naplnění segment registru. Existují různé algritmy, které se snaží minimalizvat velikst kpírvané paměti. některé prcesry umcňují, aby každý prces mhl pužívat více segmentů segmentace umžňuje, aby běžícímu prcesu byla na žádst přidělena další paměť 15. Prblém nedstatku perační paměti, dkládání bsahu paměti na disk, virtuální paměť.