Operacinės sistemos projektas

Reali mašina

Reali mašina – tai kompiuteris, kuriam kuriama operacinė sistema.

Realios mašinos schema

[pic]

Realios mašinos komponentės

Centrinis procesorius

Centrinio procesoriaus paskirtis – paeiliui skaityti komandas iš atminties
ir jas vykdyti. Procesorius gali dirbti dviem režimais: supervizoriaus ir
vartotojo. Supervizoriaus režime komandos betarpiškai interpretuojamos
aukšto lygio kalbos procesoriaus HLP, vartotojo režime HLP interpretuoja
„mikroprogramą“ supervizorinėje atmintyje tik skaitymui, kuri imituoja
virtualios mašinos procesorių ir prieina prie vartotojo atmintyje esančių
virtualios mašinos programų per puslapiavimo mechanizmą.

Centinio procesoriaus registrai:

• 1 baito loginis trigeris C,

• 2 baitų virtualios mašinos programos skaitiklis IC,

• 4 baitų bendrojo naudojimo registras R,

• 4 baitų puslapių lentelės registras PTR,

• Procesoriaus daarbo režimo požymis MODE,

• Programinių pertraukimų registras PI,

• Supervizorinių pertraukimų registras SI,

• Taimerio registras TI.

Atmintis

Atmintis skirstoma į supervizorinę ir vartotojo. Supervizorinė atmintis yra
skirta pačiai operacinei sistemai. Ten laikomi sisteminiai kintamieji,
sisteminiai procesai, resursai ir mikroprogramos. Supervizorinė atmintis
apibrėžiama tokio dydžio, kokio reikia MOS. Vartotojo atmintis yra skirta
vartotojo programų poreikiams, t.y. atmintyje laikomos virtualių mašinų
puslapių lentelės ir jų atmintis.

Vartotojo atmintis susideda iš 300 žodžių, kurių ilgis 4 baitai, nuosekliai
adresuojamų nuo 000 iki 299. Atmintis suskirstyta į 30 blokų po 10 žodžių
(40 baitų).

Įvedimo ir išvedimo įrenginiai

Realios mašinos įvedimo įrenginys yra klaviatūra, o išvedimo – monitorius.

Išorinė atmintis

Išorinė atmintis reealizuojama failu kietajame diske. Jame bus laikomos
vartotojo programos. Išorinę atmintį sudaro 1000 takelių, kiekviename
takelyje 10 blokų (0-9999) po 10 žodžių, kurių kiekvieno ilgis 4 baitai.

Kanalų įrenginys

Kanalų įrenginys skirtas darbui su atmintimis ir išvedimo, įvedimo
įrenginiais. Priklausomai nuo nustatytų registrų kanalų jis gali vykdyti
apsikeitimą duomenimis visomis kryptimis p

pavaizduotomis realios mašinos
modelio schemoje. Veiksmai su kanalų įrenginiu gali būti atliekami tik
supervizoriniame rėžime. Kanalų įrenginys turi komandą XCHG, tačiau neturi
procesoriaus kuris ją galėtu vykdyti. Todėl šis įrenginys nėra lygiagrečiai
su procesoriumi veikianti aparatūra.

Kanalų įrenginio registrai:

• SB – takelio, iš kurio kopijuosime numeris,

• DB – takelio, į kurį kopijuosime numeris,

• ST – objekto, iš kurio kopijuosime numeris,

1. Vartotojo atmintis

2. Supervizorinė atmintis

3. Išorinė atmintis

4. Įvedimo srautas

• DT – Objekto į kurį kopijuosime numeris

1. Vartotojo atmintis

2. Supervizorinė atmintis

3. Išorinė atmintis

4. Išvedimo srautas

Puslapiavimo mechanizmas

Virtualios mašinos atmintis yra 10 blokų. Šie blokai vartotojo atmintyje
gali būti išdėstyti bet kokia tvarka, tai reikiamu momentu būtu sunku
nustatyti kur realioje atmintyje rasti virtualios mašinos atmintį. Šiai
problemai spręsti naudojamas puslapiavimo mechanizmas. Pradėjus darbą
virtualiai mašinai yra padaroma puslapių lentelė, kurioje nurodama kuris
realios atminties blokas atitinka virtualios atminties bloką. Puslapių
lentelei yra skiriamas vienas realios atminties blokas. Taigi pirmame
puslapių lentelės elemente esantis skaičius roodo kur realioje atmintyje yra
pirmas virtualios atminties blokas. Taip puslapiavimo mechanizmas
naudodamasis PTR registro reikšme išsprendžia šią problemą (susieja
virtualią atmintį su realia).

Pertraukimu mechanizmas

Pertraukimas – tai signalas apie įvykusį įvykį. Sistema turi jį aptikti ir
atitinkamai sureaguoti. Kiekvienas pertraukimas turi savo identifikaciją
(sistema turi turėti galimybę atskirti pertraukimų tipus). Galima sakyti,
kad pertraukimas, tai pakeista kompiuterio būsena. Pertraukimus aptinka
procesoriaus komanda test, kuri apklausia reikalingus registrus. Ir tik
sistemai aptikus pertraukimą, yra nutraukiamas vartotojo programos
vykdymas. Tai atliekama pasinaudojant pertraukimų vektorių lentele (kur yra
nuorodos į pertraukimus apdorojančias programas). Valdymas yra p

perduodamas
pertraukimą apdorosiančiai programai, kuri dažniausiai yra atmintyje su
požymiu “tik skaitymui”. Įvykdžiusi savo darbą, pertraukimo apdorojimo
programa valdymą gražina operacinei sistemai pertraukimo vietoje. Ką daryti
toliau, sprendžia OS.
OPERACINĖS SISTEMOS PROJEKTAS

Bendrosios sąvokos

Skiriami du procesų prioritetai – vartotojiški ir sisteminiai. Aptarnaujant
pirmenybė skiriama sisteminiams procesams.

Užduotys į sistemą patenka „iš išorės“, t.y. vartotojo aplinkai tiesiogiai
sukuriant resursą „Užduotis supervizorinėje atmintyje“.

Įvedimas/išvedimas atliekamas taip pat tiesiogiai per vartotojo aplinką,
neimituojant klaviatūros/monitorių portų, buferių ir kt. aparatūrinių
dalykų. Išorinė atmintis realizuojama failu išorėje. Laikoma, jog išorinės
atminties dydis yra fiksuotas ir iš anksto žinomas.

Virtualios mašinos instrukcijos

• LRxy. Atminties ląstelės kurios adresas yra 10 * [10*(10 * a2 + a3 )+ x

] + y kopijavimas į registrą R.

• SRxy. Registro R reikšmė įrašoma į atminties ląstelę kurios adresas yra

10 * [10*(10 * a2 + a3 )+ x ] + y

• ADxy. Prie registro R reikšmės pridedama reikšmė esanti atminties

ląstelėje kurios adresas 10 * [10*(10 * a2 + a3 )+ x ] + y

• CRxy. Jei registro R reikšmė lygi atminties ląstelės kurios adresas 10 *

[10*(10 * a2 + a3 )+ x ] + y tada registrui C priskiriama reikšmė „True“,

kitu atveju priskiriama reikšmė „False“

• BTxy. Jei registro C reikšmė yra „True“ tai registrui IC priskiriama

reikšmė 10 * [10*(10 * a2 + a3 )+ x ] + y

• GDxy. Iš išvedimo lauko nuskaito 10 žodžių ir įrašo į atminties bloką

kurio adresas yra [(10 * a2 + a3 ) + x]..

• PDxy. Išvedimui išsiunčia informaciją (10 žodžių) esančią atminties

bloke, kurio adresas yra [(10 * a2 + a3 ) + x].

• PFxy. Išorinėje atmintyje išsaugoma informacija (10 žodžių) esanti

atminties bloke, kurio ad

dresas yra [(10 * a2 + a3 ) + x]. Informacija

atmintyje yra išsaugojama bloke, kurio adresas yra nurodomas registre R

• GFxy. Nuskaitoma informacija (10 žodžių) iš išorinės atminties ir

patalpinama į atminties bloką kurio adresas yra [(10 * a2 + a3 ) + x].

Informacija nuskaitoma iš išorinės atminties bloko, kurio adresas

nurodomas registre R

• HALT. Vartotojo programos vykdymo pabaiga.
Operacinės sistemos procesai

[pic]

Procesas „StartStop“

Procesas „ReadFromInterface“

[pic]
Procesas „JCL“

[pic]
Procesas „JobToSwap“

[pic]
Procesas „MainProc“

[pic]
Procesas „Loader“

Procesas „VM“

Procesas „Interrupt“
[pic]

PRIMITYVAI

Procesų primityvų paskirtis – pateikti vienodą ir paprastą vartotojo sąsają
darbui su procesais. Branduolio primityvai įvykdomi iššaukiančio proceso
aplinkoje nesukuriant naujo proceso. Kiekvieno primityvo programos gale yra
kviečiamas planuotojas.

Primityvas kurti procesą. Šiam primityvui perduodama nuoroda į jo tėą, jo
pradinė būseną, prioritetas, perduodamų elementų sąrašas ir išorinins
vardas. Pačio primityvo viduje vyksta proceso kuriamasis darbas. Jis yra
registruojamas bendrame procesų sąraše, tėvo – sūnų sąraše, skaičiuojamas
vidinis identifikacijos numeris, sukuriamas jo vaikų procesų sąrašas
(tuščias), sukurtų resursų sąrašas ir t.t.

Primityvas naikinti procesą. Pradedama naikinti proceso sukurtus resursus
ir vaikus. Vėliau jis išmetamas iš tėvo sukurtų procesų sąrašo. Toliau
išmetamas iš bendro procesų sąrašo ir, jei reikia, iš pasiruošusių procesų
sąrašo. Galiausiai naikinami visi jam perduoti resursai ir proceso
deskriptorius yra sunaikinamas.

Primityvas stabdyti procesą. Keičiama proceso būsena iš blokuotos į
blokuotą sustabdytą arba iš pasiruošusios į pasiruošusią sustabdytą.
Einamasis procesas stabdomas tamap pasiruošusiu sustabdytu.

Primityvas aktyvuoti procesą. Keičiama proceso būsena iš blokuotos
sustabdytos į blokuotą, ar pasiruošusios sustabdytos į pasiruošusios.

Primityvas keisti proceso prioritetą. Pakeičiamas proceso prioritetas
(sumažinamas arba padidinamas).

Primityvas kurti re

esursą. Resursus kuria tik procesas. Resurso kūrimo metu
perduodami kaip parametrai: nuoroda į proceso kūrėją, resurso išorinis
vardas. Resursas kūrimo metu yra: pridedamas prie bendro resursų sąrašo,
pridedamas prie tėvo sukurtų resursų sąrašo, jam priskirimas unikalus
vidinis vardas, sukuriamas resurso elementų sąrašas ir sukuriamas
laukiančių procesų sąrašas.

Primityvas naikinti resursą. Resurso deskriptorius išmetamas iš jo tėvo
sukurtų resursų sąrašo, naikinamas jo elementų sąrašas, atblokuojami
procesai, laukiantys šio resurso, išmetamas iš bendro resursų sąrašo, ir ,
galiausisai naikinamas pats deskriptorius.

Primityvas prašyti resurso. Šį primityvą kartu su primityvu atlaisvinti
resursą procesai naudoja labai dažnai. Procesas, iškvietęs šį primityvą,
yra užblokuojamas ir įtraukiamas į to resurso laukiančių procesų sąrašą.
Sekantis šio primityvo žingsnis yra kviesti resurso paskirstytoją.

Primityvas atlaisvinti resursą. Šį primityvą kviečia procesas, kuris nori
atlaisvinti jam nereikalnigą resursą arba tiesiog perduoti pranešimą ar
informaciją kitam procesui. Resurso elementas, primityvui perduotas kaip
funkcijos parametras, yra pridedamas prie resurso elementų sąrašo. Šio
primityvo pabaigoje yra kviečiamas resursų paskirstytojas.

DESKRIPTORIAI

Proceso deskriptorius. Proceso valdymo blokas, dar vadinamas
deskriptoriumi, yra fiksuoto formato duomenų struktūra, sauganti
informaciją apie proceso einamąjį stovį. Remiantis informacija proceso
deskriptoriuje, korektiškai pratęsiamas blokuoto proceso vykdymas,
procesams skirstomas centrinio procesoriaus laikas ir kiti resursai.
Proceso sukūrimas – atitinkamos deskriptorinės struktūros užpildymas.
Kiekvienas procesas turi unikalų vardą (vidinis vardas). Proc.
deskriptoriai laikomi masyve, kuriame vidinis vardas (i)– indeksas. Proceso
deskriptorius: 1. Proceso išorinis vardas ID[i]. 2. Mašina (proceso
disponuojąmų resursų sąrašas): 2.1. Procesoriaus būsena ir teisės PBA[i];
2.2. Proceso turimas procesorius P[i]; 2.3. Operatyvi atmintis OAR[i]
(nuoroda į sąrašo pradžią); 2.4. Kiti resursai R[i]; 2.5. Sukurtų resursų
sąrašas SR[i]; 3. Informacija apie proceso būseną: 3.1. i – tojo proceso
statusas; 3.2. nuoroda į sąrašą, kuriame yra procesas; 4. Proceso sąryšis
su kitais procesais: 4.1. T[i] – tėvinis procesas; 4.2. S[i] – sūnų
sąrašas; 5. Proceso prioritetas PR[i].

Resurso deskriptorius. Resurso valdymo blokas, dar vadinamas
deskriptoriumi, yra fiksuoto formato duomenų struktūra, sauganti
informaciją apie resurso einamąjį stovį. Resurso deskriptoriuje nurodomas
jo užimtumo laipsnis, laisvas kiekis ir kt. – šia informacija naudojasi
duotojo resurso paskirstytojas. Resurso sukūrimas – atitinkamos
deskriptorinės struktūros užpildymas. Kiekvienas resursas turi unikalų
vardą (vidinis vardas). Proc. deskriptoriai laikomi masyve, kuriame vidinis
vardas (r)– indeksas. Resurso deskriptorius: 1. Identifikacija: 1.1.
Resurso išorinis vardas RID[r]; 1.2. Požymis ar resursas yra pakartotinio
naudojimo resursas PNR[r]; 1.3. Resursą sukurusio proceso vidinis vardas
K[r]; 2. Resurso prieinamumo aprašymas PA[r]; 3. Resurso laukiančiųjų
procesų sąrašas LPS[r]; 4. Resurso paskirstytojo adresas PLAN[r].
PLAN[r,sk,l), kur sk – aptarnautų procesų sk., l – aptarnautų proc. vidinių
vardų masyvas. Procesoriaus resurso deskriptorius (vienintelis): 1. np –
procesorių skaičius; 2. PROC[k], k=1,..,np, – procesoriaus vykdomas
procesas.

PLANUOTOJAS

Procesų planuotojas. Tai algoritmas, kuris skirsto procesams procesorių.
Procesai patys negali pasiimti procesoriaus, nes toks modelis būtų labai
neefektyvus. Planuotojo naudojamas siekiant tokių tikslų: 1. Užtikrinti,
kad kiekvienas procesas pagrįstą laiko tarpą (nei daug, nei per mažai)
turėtų procesorių. 2. Laikyti procesorių užimtą netoli 100%. 3. Sumažinti
iki minimumo atsakymo laiką vartotojams; 4. Maksimizuoti darbų skaičių
nuveiktą per valandą. Procesoriaus skirstymas remiasi prioritetais – kuo
proceso prioritetas didesnis, tuo greičiau jis gaus procesorių. Sisteminių
procesų prioritetas yra didesnis už vartotojiškų tam, kad sistema dirbtų
efektyviai. Nelogiškai paskirsčius prioritetus, sistemos darbas gali tapti
nestabilus, ar net neįmanomas.

———————–
Aukšto lygio kalbos procesorius
HLP

MODE

PI

SI

TI

PTR

R

IC

C

Centrinis procesorius

Puslapiavimo mechanizmas

Kanalų įrenginys

Įvedimo įrenginys

Išvedimo įrenginys

Išorinė atmintis

Vartotojo atmintis

Supervizorinė atmintis

StartStop

ReadFromInterface

JCL

JobToSwap

MainProc

Loader

Interrupt

JobGovernor

VM

JobGovernor

JobGovernor

VM

VM

Stop

Start

Sisteminių resursų naikinimas

Sisteminių procesų naikinimas

Blokavimasis laukiant „MOS pabaiga“ resurso

Sisteminių procesų inicializacija

Sisteminių resursų inicializacija

Atlaisvinamas resursas „Užduotis supervizorinėje atmintyje“.Skirtas

procesui JCL

Blokų kopijavimas į supervizorinę atmintį

Blokavimasis laukiant supervizoriaus atminties resurso

Failo nuskaitymas ir suskaidymas blokais

Blokavimasis laukiant „Iš vartotojo sąsajos“ resurso

Blokavimasis laukiant resurso “Užduotis supervizorinėje atmintyje“

Programos sąrašo inicijavimas

Imamas blokas iš supervizorinės atminties

Ar tai $AMJ blokas?

Atlaisvinti “Eilutė atmintyje“ resursą su pranešimu apie $AMJ bloko trūkumą

VM programoje ir atminties tipu “Supervizorinė”

Ne

Ar $AMJ blokas korektiškas?

Taip

Atlaisvinti „Eilutė atmintyje“ resursą su pranešimu apie $AMJ bloko

nekorektiškumą VM programoje ir atminties tipu “Supervizorinė”

Ne

Atlaisvinamas resursas „Užduoties vykdymo parametrai supervizorinėje

atmintyje“

Imamas blokas iš supervizorinės atminties

Ar $END blokas arba nėra blokų?

Prijungiamas blokas prie programos sąrašo

Taip

Taip

Ne

Ar tai $END blokas

?

Atlaisvinti „Užduoties programa supervizorinėje atmintyje“ resursas

Ne

Taip

Ar programos sąrašas tuščias?

?

Ne

Taip

Atlaisvinti „Eilutė atmintyje“ resursą su pranešimu apie programos nebuvimą

VM programoje ir atminties tipu „Supervizorinė“

Atlaisvinti „Eilutė atmintyje“ resursą su pranešimu apie $END bloko

nebuvimą VM programoje ir atminties tipu “Supervizorinė

Blokavimasis laukiant “Užduoties vykdymo parametrai supervizorinėje

atmintyje” resurso

Blokavimas laukiant „Užduoties vykdymo parametrai supervizorinėje

atmintyje” resurso

Blokavimas laukiant „Išorinė atmintis“ resurso

Blokavimasis laukiant „Kanalų įrenginio“ resurso

Nustatinėjami kanalų įrenginio registrai ir įvykdoma XCHG

Atlaisvinamas „Kanalo įrenginys“ resursas

Atlaisvinamas „Užduotis būgne“ resursas

Blokavimasis laukiant „Užduoties būgne“ resurso

Vykdymo laikas

0?

Ne

Taip

Kuriamas procesas JobGovernor, suteikiant jam „Užduotis būgne“ kaip pradinį

resursą

Naikinamas procesas JobGovernor, sukūręs gautajį resursą

Atlaisvinamas „Iš loader“ resursas, skirtas JobGovernor procesui,

sukūrusiam gautąjį „Pakrovimo paketo“ resursą

Atlaisvinamas „Kanalo įrenginys“ resursas

Nustatinėjami kanalų įrenginio registrai ir įvykdoma komanda XCHG

Blokavimasis laukiant “Kanalų įrenginio“ resurso

Blokavimasis laukiant „Pakrovimo paketo“ resurso

JobGovernor, atsakingo už pertrauktosios VM darbą, nustatymas

Atlaisvinamas „Iš Interrupt“ resursas skirtas konkrečiam JobGovernor

Atlaisvinamas „Pertaukimas“ resursas

Vykdoma vartotojo programa

Procesorius perjungiamas į vartotojo režimą

Pertraukimo tipo indentifikavimas

Blokavimasis laukiant „Pertraukimas“ resurso

Leave a Comment