Синхронизирующие объекты в операционных системах.

Рассмотренные выше средства синхронизации всем хороши, только не подходят для синхронизации работы разных потоков (не процессов).

Для этой цели применяются специальные синхронизирующие объекты:

- системные семафоры

- мьютексы

- события таймера и тд

Работа с синхронизирующими объектами похожа на работу с файлами: их можно открывать, закрывать, создавать, уничтожать.

Кроме спецобъектов, для синхронизации могут быть использованы обычные объекты ОС – файлы, процессы, потоки.

Объект синхронизации может находиться в двух состояниях:

· Сигнальное

· Несигнальное

Смысл слова «сигнальное» разный для разных объектов (для потока – завершение, для процесса – завершение всех потоков, для файла – завершение всякого ввода-вывода).

С помощью специального системного вызова потоки сообщают ОС, что они хотят синхронизировать свое состояние с определенным ОБЪЕКТОМ СИНХРОНИЗАЦИИ:

Wait(X), где Х – объект синхронизации. Поток, который сделал такой вызов переводится осью в ожидающее состояние, пока объект Х не перейдет в сигнальное состояние.

Чтобы перевести Объект синхронизации в сигнальное состояние, используется другой системный вызов: Set(X);

Поток может ждать сигнального состояния не одного объекта, а нескольких, причем либо всех из них, либо любого из них. Также можно задать Оси время, через которое она должна активизировать поток в любом случае, вне зависимости от состояния объекта синхронизации.

Примеры:

· Основной поток создает множество серверных потоков и должен дождаться их завершения – надо сделать wait(x1, x2 и тд).

· Один поток активизируется после завершения другого: надо каждый раз делать wait(предыдущий поток);

Такие неспецифические объекты синхронизации при переходе в сигнальное состояние активизируют ВСЕ ожидающие потоки, что может быть нужно не всегда.

Иногда надо другое поведение: тогда используются специальные объекты синхронизации: события, мютексы, системные семафоры.

Мютекс и семафор используются для управления доступом к данным.

Мютекс освобождает из очереди только ОДИН поток. Когда поток начинает работу он как бы захватывает мютекс, а по завершении работы – отдает мютекс.

Объект-событие используется для оповещения других потоков о том, что какие-то действия завершены (например, потоки ждут, пока один поток читает данные в буфер памяти.) В начале работы поток-читатель устанавливает объект-событие в несигнальное состояние. Все ждущие потоки поставили wait(поток-событие). После завершения работы поток-читатель переводит объект-событие в сигнальное состояние, и ОС освобождает все ждущие именно этих данных потоки.

18. Подсистема управления памятью. Функции ОС по управлению памятью. Методы распределения памяти (фиксированные разделы, динамические разделы, сегментная, страничная, сегментно-страничная структуризация адресного пространства, свопинг, виртуальная память). Организация виртуальной памяти, преобразование адреса. Обмен данными между процессами на основе виртуальной памяти.

Функции ОС по управлению памятью в мультипрограммной среде:

· Отслеживание свободной и занятой памяти

· Выделение памяти процессам и освобождение по их завершении

· Вытеснение кодов и данных с памяти на диск (полное или частичное) когда памяти не хватает и возвращение их обратно, когда ее достаточно

· Настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.

· Динамическое распределение памяти между процессами (выполнение запросов приложений на выделение им дополнительной памяти)

· Дефрагментация памяти

· Защита памяти

Методы распределения памяти

Разные ОС по-разному распределяют память между процессами

Методы распределения памяти можно разделить на:

- без использования внешней памяти

- фиксированными разделами

- динамическими разделами

- перемещаемыми разделами

- с использованием внешней памяти

- страничное распределение

- сегментное распределение

- сегментно-страничное распределение

Фиксированные разделы

Наиболее простой и примитивный способ распределения памяти. Во время старта или загрузки системы память разбивается на разделы фиксированной величины, после чего границы разделов не сдвигаются.

Новый процесс поступает либо в общую очередь, либо в очередь конкретного раздела.

Система:

- сравнивает требуемый объем памяти с памятью раздела

- загружает программу в один из разделов и настраивает адреса

Недостаток системы:

- жесткость

- уровень мультипрограммирования заранее ограничен числом разделов

- невозможно выполнить прогу, которая больше самого большого раздела

Все же используется в системах реального времени, т.к. там детерминированность компенсирует недостаточную гибкость.

Динамические разделы

· Память изначально свободна и не разбита на разделы

· При поступлении процесса на исполнение ей выдается столько памяти, сколько нужно, если памяти не хватает, то процесс не исполняется

· После завершения процесса память освобождается

ОС должна:

- вести таблицы свободных и занятых областей

- анализировать требования к памяти при создании нового процесса, подыскивать ему незанятую область

- загружать процесс в выделенный ему раздел, корректировать таблицы

- корректировать таблицы после завершения процесса

Плюсы:

- гибче

Минусы – фрагментация памяти.

Так организована память в ОС/360

Перемещаемые разделы

Выделение памяти перемещаемыми разделами призвано решить проблему фрагментации. Суть его – сжатие, то есть перемещение всех занятых участков в сторону старших или младших адресов, чтобы вся свободная память собралась в одном месте.

Ко всем функциям, исполняемым ОС в динамических разделах, добавляется сжатие, которое должно производиться:

- либо при каждом завершении процесса

- либо когда для нового процесса не хватает места.

Физические адреса здесь постоянно меняются, поэтому перемещающий загрузчик для их настройки использовать нельзя, нужно динамическое преобразование адресов.

Минусы:

- затраты времени