Функции ОС

Мы можем выделить шесть основных функций, которые выполняли классические операционные системы в процессе эволюции:

• Планирование заданий и использования процессора.

• Обеспечение программ средствами коммуникации и синхронизации.

• Управление памятью.

• Управление файловой системой.

• Управление вводом-выводом.

• Обеспечение безопасности

Каждая из приведенных функций обычно реализована в виде подсистемы, являющейся структурнымкомпонентом ОС. В каждой операционной системе эти функции, конечно, реализовывались по-своему, вразличном объеме. Они не были изначально придуманы как составные части операционных систем, апоявились в процессе развития, по мере того как вычислительные системы становились все более удобными, эффективными и безопасными.

Планирование работы процессора

Краткосрочный планировщик выбирает процессы из очереди готовых процессов и передает их на выполнение в СРU). Существуют различные алгоритмы или стратегии решения этой задачи, отличающиеся отношением к критериям планирования. Известны следующие критерии, позволяющие сравнивать алгоритмы краткосрочных планировщиков:

· утилизация СPU (использование процессора). Утилизация СPU теоретически может находиться пределах от 0 до 100 %. В реальных системах утилизация CPU колеблется в пределах 40 % для легко загруженного CPU, 90 % для тяжело загруженного CPU;

· пропускная способность CPU. Пропускная способность CPU может измеряться количеством процессов, которые выполняются в единицу времени;

· время оборота — для некоторых процессов важным критерием является полное время выполнения, то есть интервал от момента появления процесса во входной очереди до момента его завершения. Это время названо временем оборота и включает время ожидания во входной очереди, время ожидания в очереди готовых процессов, время ожидания в очередях к оборудованию, время выполнения в процессоре и время ввода-вывода;

· время ожидания — под этим понимается суммарное время нахождения процесса в очереди готовых процессов;

· время отклика — для интерактивных программ важным показателем является время отклика или время, прошедшее от момента попадания процесса во входную очередь до момента первого обращения к терминалу.

Очевидно, что простейшая стратегия краткосрочного планировщика должна быть направлена на максимизацию средних значений загруженности и пропускной способности, времени ожидания и времени отклика.

В ряде случаев используются сложные критерии, например так называемый минимаксный критерий, то есть вместо простого критерия минимум среднего времени отклика используется минимум максимального времени отклика.

Стратегии планирования процессора

1. Первый пришел — первый обслуживаетсяFCFS (firstcome - firstserved) является наиболее простой стратегией планирования процессов и заключается в том, что процессор передается тому процессу, который раньше всех других его запросил.

2. Стратегия «наиболее короткая работа выполняется первой»

SJB (shortestjobfirst). Одним из методов борьбы с «эффектом конвоя» является стратегия, позволяющая процессу из очереди выполняться первым. Стратегия SJB снижает время ожидания очереди. Наибольшая трудность в практической реализации 8ЛР заключается в невозможности заранее определить величину времени последующего обслуживания.

3. Приоритетное планирование. Описанные ранее стратегии могут рассматриваться как частные случаи стратегии приоритетного планирования. Эта стратегия предполагает, что каждому процессу приписывается приоритет, определяющий очередность предоставления ему CPU. Например, стратегия FCFS предполагает, что все процессы имеют одинаковые приоритеты, а стратегия SJF предполагает, что приоритет есть величина, обратная времени последующего обслуживания.

4. «Карусельная» стратегия планирования RRRoundRobin — применяется в системах разделения времени. Определяется небольшой отрезок времени названный квантом времени (10...100 мс).Очередь готовых процессов рассматривается как кольцевая. Процессы циклически перемещаются по очереди, получая CPU на время, равное одному кванту. Новый процесс добавляется в хвост очереди. Если процесс не завершился в пределах выделенного ему кванта времени, его работа принудительно прерывается, и он перемещается в хвост, очереди.