Занятие 3.1. Циклическая буферизация

Цель занятия: освоить основы буферизации ввода/вывода, оценить эффективность применения буферизации

Краткое изложение теоретического материала

Буферизация является стандартным средством современных ОС для согласования скоростей работы устройств ВС. Буфер представляет собой участок памяти для промежуточного хранения данных. Различают буферы постоянной и переменной длины. Отдельные буферы объединяются в связные списки. Наиболее распространённой является циклическая буферизация:

Согласование скоростей обеспечивается, например, при выводе на магнитный диск, за счёт того, что после быстрого копирования ОС выводимых данных в буфер процесс считает операцию завершённой и продолжает своё выполнение. Таким образом, фактический вывод данных на устройство выполняется параллельно с работой процесса:

Достаточно большой размер буфера позволяет значительно ускорить выполнение процесса. В том случае, если записанные в буфер данные считываются до их фактической записи на диск, ОС обеспечивает их быстрое извлечение из буфера. Следует отметить, что интенсивный ввод-вывод может привести к заполнению буферов и неизбежному ожиданию их освобождения, но в среднем буферизация существенно повышает эффективность работы ВС. Для оценки эффективности можно использовать сравнение времён работы процесса без буферизации и с использованием буферизации.

К недостаткам буферизации можно отнести возможность потери данных при крахах ОС; в современных надёжных ОС при использовании бесперебойного питания ВС вероятность такой ситуации сведена к минимуму. Тем не менее, большинство современных ОС предусматривают опе­рацию принудительной записи содержимого буферов.

Для согласования скоростей и ускорения работы внешних устройств ВС используют также кэширование. В этом случае блоки данных размещаются в промежуточном высокоскоростном хранилище (кэше) несвязно; обеспечивается быстрый ассоциативный поиск по ключевой информации, например, номерам логических (физических) блоков внешних устройств.

Задание

Выполнить ручную трассировку работы средств управления внешними устройствами. Заполнить трассировочную таблицу.

Характеристики ОС: циклическая буферизация, мультипрограммирование

Порядок выполнения

1. Выполнить ручную трассировку работы средств буферизации.

2. Заполнить трассировочные таблицы.

3. Выполнить анализ эффективности буферизации.

4. Сформулировать преимущества и недостатки буферизации.

Пример выполнения Размер буфера - 3 блока

Время вывода одного блока на устройство - 10 Последовательность записи блоков процессом (имя блока - задержка)

A-5-B-5-C-5-D-5-E-30-F-5-G

Пример заполнения трассировочной таблицы

Варианты заданий - Приложение 1.7.

Контрольные вопросы

1. Для чего применяют буферизацию?

2. В чём состоит циклическая буферизация?

3. За счёт чего обеспечивается согласование скоростей работы устройств при буферизации?

4. В чём состоят различия буферизации и кэширования?

Занятие 3.2. Планирование дисковых операций

Цель занятия: освоить основы планирования дисковых операций, оценить эффективность применения планирования дисковых операций

Краткое изложение теоретического материала

Планирование является наиболее сложной операцией ОС. Большинство ОС ограничиваются реализацией лишь операций выделения, освобождения и отслеживания своих ресурсов. Однако использование операций планирования может существенно повысить производительность ВС. Изучим средства планирования ОС на примере плани­рования дисковых операций.

Магнитный диск представляет собой сложное электронно-механическое устройство. На общей оси собраны несколько дисков с магнитными поверхностями; как правило, внешние поверхности нижнего и верхнего дисков не используются. Поверхности дисков разбиты на дорожки в форме концентрических окружностей. Доступ к данным дорожек обеспечивает блок магнитных головок, переме­щаемый между дорожками шаговым двигателем. Каждая дорожка разбита на секторы равной длины; сектор является минимальной адресуемой единицей магнитного диска и содержит блок данных. Множество равноудалённых от оси дорожек всех поверхностей именуют цилиндром. Таким образом, физический адрес сектора (блока данных) состоит из номера цилиндра, номера поверхности и номера сектора.

Быстрое вращение диска (1000 об/с) обеспечивает сравнительно высокую скорость чтения-записи для всех секторов текущего цилиндра. Операция перемещения блока головок к другому цилиндру требует включения шагового двигателя и занимает сравнительно большее (10 - 20 раз) время.

Запросы чтения-записи магнитного диска разме­щаются ОС в очередь. При отсутствии планирования они выполняются в порядке поступления. Заметим, что такой способ реализации запросов в большинстве случаев является неэффективным, так как приводит к частым перемещениям блока головок. Переупорядочение очереди запросов по критерию минимизации суммарного пути перемещения головок позволяет минимизировать общее время выполнения всех запросов. Учитывая разницу времён чтения-записи и перемещения головок, можно прийти к выводу, что повышение производительности является существенным:

Заметим, что возможно также дополнительное пла­нирование номеров секторов текущего цилиндра, но оно редко используется ввиду сравнительно высокой скорости вращения диска.

Недостатком описанного простого подхода к плани­рованию является возможное увеличение времени ввода/вывода отдельных процессов. Такое увеличение неже­лательно для процессов реального времени. Таким образом, при использовании приоритетных дисциплин требуется применение более сложных критериев планирования.

Задание

Выполнить ручную трассировку работы планировщика очереди запросов к магнитному диску. Заполнить трас­сировочную таблицу.

Характеристики ОС: планирование дисковых операций, мультипрограммирование

Порядок выполнения

]. Выполнить ручную трассировку работы средств плани­рования дисковых операций.

2. Заполнить трассировочные таблицы.

3. Выполнить анализ эффективности планирования дисковых операций.

4. Сформулировать преимущества и недостатки планиро­вания дисковых операций.

Пример выполнения

Время перемещения головки на 1 цилиндр - 1. Время записи - 10.

Последовательность операций ввода/вывода

Варианты заданий - Приложение 1.8. Контрольные вопросы

1. Для чего необходимо планирование операций МД?

2. Из чего состоит физический адрес данных на МД?

3. Каким образом выполняется переупорядочение очереди к МД?

4. Как влияет планирование операций МД на производительность ВС?

Date: 2016-07-05; view: 390; Нарушение авторских прав