Материал: Ответы к экзамену (Операционные системы)

1) Низкоуровневое управление памятью    -Отображение страниц на физическую память

— Все остальные механизмы предоставляются сервисами, работающими в режиме пользователя

• Защита адресного пространства

• Механизмы замещения страниц

• Управление виртуальной памятью

2) Межпроцессорное взаимодействие

3)Ввод/вывод и обработка прерываний.

4. Операционные системы реального времени.

Определение

Операционная система реального времени — тип операционной системы, основное назначение которой — предоставление необходимого и достаточного набора функций для работы систем реального времени на конкретном аппаратном оборудовании.

Классификация

Операционные системы реального времени делятся на:

• ОС жёсткого времени (бортовые системы управления на самолёте, космическом аппарате, корабле, и пр., системы аварийной защиты, регистраторы аварийных событий);

• ОС мягкого времени (может обеспечить требуемое время выполнения задачи реального времени в среднем).

ОС жёсткого реального времени не допускают задержек реакции системы, так как это может привести к потере актуальности результатов, большим финансовым потерям или даже авариям и катастрофам. Ситуация, в которой обработка событий происходит за время, большее предусмотренного, в системе жёсткого реального времени считается фатальной ошибкой.

В системе мягкого реального времени задержка реакции считается восстановимой ошибкой, которая может привести к увеличению стоимости результатов и снижению производительности, но не является фатальной. Примером может служить работа компьютерной сети. Если система не успела обработать очередной принятый пакет, это приведёт к остановке на передающей стороне и повторной посылке (в зависимости от протокола). Данные при этом не теряются, но производительность сети снижается.

Архитектура ядра

Архитектура ОС реального времени стоится на основе следующих архитектур:

• М онолитная архитектура. ОС определяется как набор модулей, взаимодействующих между собой внутри ядра системы и предоставляющих прикладному ПО входные интерфейсы для обращений к аппаратуре. Основной недостаток этого принципа построения ОС заключается в плохой предсказуемости её поведения, вызванной сложным взаимодействием модулей между собой.

• Уровневая (слоевая) архитектура. Прикладное ПО имеет возможность получить доступ к аппаратуре не только через ядро системы и её сервисы, но и напрямую. По сравнению с монолитной такая архитектура обеспечивает значительно большую степень предсказуемости реакций системы, а также позволяет осуществлять быстрый доступ прикладных приложений к аппаратуре. Главным недостатком таких систем является отсутствие многозадачности.

• А рхитектура «клиент-сервер». Основной её принцип заключается в вынесении сервисов ОС в виде серверов на уровень пользователя и выполнении микроядром функций диспетчера сообщений между клиентскими пользовательскими программами и серверами — системными сервисами. Преимущества такой архитектуры:

  • Повышенная надёжность, так как каждый сервис является, по сути, самостоятельным приложением и его легче отладить и отследить ошибки;

  • Улучшенная масштабируемость, поскольку ненужные сервисы могут быть исключены из системы без ущерба к её работоспособности;

  • Повышенная отказоустойчивость, так как «зависший» сервис может быть перезапущен без перезагрузки системы.

5. Многозадачность: определения; механизмы переключения задач.

Определение

Многозадачность - свойство операционной системы или среды выполнения обеспечивать возможность параллельной (или псевдопараллельной) обработки нескольких задач. Истинная многозадачность операционной системы возможна только в распределённых вычислительных системах.

Виды многозадачности:

• Процессная многозадачность (основанная на процессах — одновременно выполняющихся программах). Здесь программа — наименьший элемент управляемого кода, которым может управлять планировщик операционной системы. Более известна большинству пользователей (работа в текстовом редакторе и прослушивание музыки).

• Поточная многозадачность (основанная на потоках). Наименьший элемент управляемого кода — поток (одна программа может выполнять 2 и более задачи одновременно).

Многопоточность — специализированная форма многозадачности.

Особенности

Отличия ОС реального времени от ОС общего назначения:

• Детерминированность (строгий контроль времени). Для выполнения одного сервиса операционной системы требуется временной интервал заведомо известной продолжительности.

Планирование задач

• Каждая задача имеет значение приоритета;

• Планировщик может остановить выполнение задачи с меньшим приоритетом для запуска другой, имеющей более высокий приоритет.

Каждый раз, когда планировщик задач получает сигнал о наступлении некоторого внешнего события (триггер), причина которого может быть как аппаратная, так и программная, он действует по следующему алгоритму:

1. Определяет, должна ли текущая выполняемая задача продолжать работать.

2. Устанавливает, какая задача должна запускаться следующей.

3. Сохраняет контекст остановленной задачи (чтобы она потом возобновила работу с места остановки).

4. Устанавливает контекст для следующей задачи.

5. Запускает эту задачу.

В обычных ОСРВ задача может находиться в трёх возможных состояниях:

• задача выполняется;

• задача готова к выполнению;

• задача заблокирована.

Разделение ресурсов

Многозадачным системам необходимо распределять доступ к ресурсам. Одновременный доступ двух и более процессов к какой-либо области памяти или другим ресурсам представляет определённую угрозу. Существует три способа решения этой проблемы:

• временное блокирование прерываний,

• двоичные семафоры,

• посылка сигналов.