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 atmintiesir jas vykdyti. Procesorius gali dirbti dviem režimais: supervizoriaus irvartotojo. Supervizoriaus režime komandos betarpiškai interpretuojamosaukšto lygio kalbos procesoriaus HLP, vartotojo režime HLP interpretuoja„mikroprogramą“ supervizorinėje atmintyje tik skaitymui, kuri imituojavirtualios mašinos procesorių ir prieina prie vartotojo atmintyje esančiųvirtualios 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 darbo režimo požymis MODE, • Programinių pertraukimų registras PI, • Supervizorinių pertraukimų registras SI, • Taimerio registras TI.

Atmintis

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

Vartotojo atmintis susideda iš 300 žodžių, kurių ilgis 4 baitai, nuosekliaiadresuojamų 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 realizuojama failu kietajame diske. Jame bus laikomosvartotojo programos. Išorinę atmintį sudaro 1000 takelių, kiekvienametakelyje 10 blokų (0-9999) po 10 žodžių, kurių kiekvieno ilgis 4 baitai.

Kanalų įrenginys

Kanalų įrenginys skirtas darbui su atmintimis ir išvedimo, įvedimoįrenginiais. Priklausomai nuo nustatytų registrų kanalų jis gali vykdytiapsikeitimą duomenimis visomis kryptimis pavaizduotomis realios mašinosmodelio schemoje. Veiksmai su kanalų įrenginiu gali būti atliekami tiksupervizoriniame rėžime. Kanalų įrenginys turi komandą XCHG, tačiau neturi

procesoriaus kuris ją galėtu vykdyti. Todėl šis įrenginys nėra lygiagrečiaisu 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 atmintyjegali būti išdėstyti bet kokia tvarka, tai reikiamu momentu būtu sunkunustatyti kur realioje atmintyje rasti virtualios mašinos atmintį. Šiaiproblemai spręsti naudojamas puslapiavimo mechanizmas. Pradėjus darbąvirtualiai mašinai yra padaroma puslapių lentelė, kurioje nurodama kurisrealios atminties blokas atitinka virtualios atminties bloką. Puslapiųlentelei yra skiriamas vienas realios atminties blokas. Taigi pirmamepuslapių lentelės elemente esantis skaičius rodo kur realioje atmintyje yrapirmas virtualios atminties blokas. Taip puslapiavimo mechanizmasnaudodamasis PTR registro reikšme išsprendžia šią problemą (susiejavirtualią atmintį su realia).

Pertraukimu mechanizmas

Pertraukimas – tai signalas apie įvykusį įvykį. Sistema turi jį aptikti iratitinkamai sureaguoti. Kiekvienas pertraukimas turi savo identifikaciją(sistema turi turėti galimybę atskirti pertraukimų tipus). Galima sakyti,kad pertraukimas, tai pakeista kompiuterio būsena. Pertraukimus aptinkaprocesoriaus komanda test, kuri apklausia reikalingus registrus. Ir tiksistemai aptikus pertraukimą, yra nutraukiamas vartotojo programosvykdymas. Tai atliekama pasinaudojant pertraukimų vektorių lentele (kur yranuorodos į pertraukimus apdorojančias programas). Valdymas yra perduodamaspertraukimą apdorosiančiai programai, kuri dažniausiai yra atmintyje supožymiu “tik skaitymui”. Įvykdžiusi savo darbą, pertraukimo apdorojimoprograma valdymą gražina operacinei sistemai pertraukimo vietoje. Ką darytitoliau, sprendžia OS.OPERACINĖS SISTEMOS PROJEKTAS

Bendrosios sąvokos

Skiriami du procesų prioritetai – vartotojiški ir sisteminiai. Aptarnaujantpirmenybė 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. aparatūriniųdalykų. Išorinė atmintis realizuojama failu išorėje. Laikoma, jog išorinėsatminties 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 adresas 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 sąsajądarbui su procesais. Branduolio primityvai įvykdomi iššaukiančio proceso

aplinkoje nesukuriant naujo proceso. Kiekvieno primityvo programos gale yrakviečiamas planuotojas.

Primityvas kurti procesą. Šiam primityvui perduodama nuoroda į jo tėą, jopradinė būseną, prioritetas, perduodamų elementų sąrašas ir išorininsvardas. Pačio primityvo viduje vyksta proceso kuriamasis darbas. Jis yraregistruojamas bendrame procesų sąraše, tėvo – sūnų sąraše, skaičiuojamasvidinis identifikacijos numeris, sukuriamas jo vaikų procesų sąrašas(tuščias), sukurtų resursų sąrašas ir t.t.

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

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

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

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

Primityvas kurti resursą. Resursus kuria tik procesas. Resurso kūrimo metuperduodami kaip parametrai: nuoroda į proceso kūrėją, resurso išorinisvardas. Resursas kūrimo metu yra: pridedamas prie bendro resursų sąrašo,pridedamas prie tėvo sukurtų resursų sąrašo, jam priskirimas unikalusvidinis vardas, sukuriamas resurso elementų sąrašas ir sukuriamaslaukiančių procesų sąrašas.

Primityvas naikinti resursą. Resurso deskriptorius išmetamas iš jo tėvosukurtų resursų sąrašo, naikinamas jo elementų sąrašas, atblokuojamiprocesai, 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 noriatlaisvinti jam nereikalnigą resursą arba tiesiog perduoti pranešimą arinformaciją kitam procesui. Resurso elementas, primityvui perduotas kaipfunkcijos parametras, yra pridedamas prie resurso elementų sąrašo. Šioprimityvo pabaigoje yra kviečiamas resursų paskirstytojas.

DESKRIPTORIAI

Proceso deskriptorius. Proceso valdymo blokas, dar vadinamasdeskriptoriumi, yra fiksuoto formato duomenų struktūra, saugantiinformaciją apie proceso einamąjį stovį. Remiantis informacija procesodeskriptoriuje, 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. Procesodeskriptorius: 1. Proceso išorinis vardas ID[i]. 2. Mašina (procesodisponuojąmų 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 resursųsąrašas SR[i]; 3. Informacija apie proceso būseną: 3.1. i – tojo procesostatusas; 3.2. nuoroda į sąrašą, kuriame yra procesas; 4. Proceso sąryšissu kitais procesais: 4.1. T[i] – tėvinis procesas; 4.2. S[i] – sūnųsąrašas; 5. Proceso prioritetas PR[i].

Resurso deskriptorius. Resurso valdymo blokas, dar vadinamasdeskriptoriumi, yra fiksuoto formato duomenų struktūra, saugantiinformaciją apie resurso einamąjį stovį. Resurso deskriptoriuje nurodomasjo užimtumo laipsnis, laisvas kiekis ir kt. – šia informacija naudojasiduotojo resurso paskirstytojas. Resurso sukūrimas – atitinkamosdeskriptorinės struktūros užpildymas. Kiekvienas resursas turi unikalųvardą (vidinis vardas). Proc. deskriptoriai laikomi masyve, kuriame vidinisvardas (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 vardasK[r]; 2. Resurso prieinamumo aprašymas PA[r]; 3. Resurso laukiančiųjųprocesų sąrašas LPS[r]; 4. Resurso paskirstytojo adresas PLAN[r].PLAN[r,sk,l), kur sk – aptarnautų procesų sk., l – aptarnautų proc. vidiniųvardų masyvas. Procesoriaus resurso deskriptorius (vienintelis): 1. np –procesorių skaičius; 2. PROC[k], k=1,..,np, – procesoriaus vykdomasprocesas.

PLANUOTOJAS

Procesų planuotojas. Tai algoritmas, kuris skirsto procesams procesorių.Procesai patys negali pasiimti procesoriaus, nes toks modelis būtų labaineefektyvus. 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. Sumažintiiki minimumo atsakymo laiką vartotojams; 4. Maksimizuoti darbų skaičiųnuveiktą per valandą. Procesoriaus skirstymas remiasi prioritetais – kuoproceso prioritetas didesnis, tuo greičiau jis gaus procesorių. Sisteminiųprocesų prioritetas yra didesnis už vartotojiškų tam, kad sistema dirbtųefektyviai. Nelogiškai paskirsčius prioritetus, sistemos darbas gali taptinestabilus, ar net neįmanomas.

———————–Aukšto lygio kalbos procesoriusHLP

MODE

PI

SI

TI

PTR

R

IC

C

Centrinis procesorius

Puslapiavimo mechanizmas

Kanalų įrenginys

Įvedimo įrenginys

Išvedimo įrenginys

Išorinė atmintis

000

001

002

298

299

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