Основы компьютеров — Функции ОС

Как известно, операционная система отвечает за функционирование компьютерной системы. Для этого он выполняет эти три широкие категории деятельности —

• Основные функции — обеспечивает оптимальное и эффективное использование ресурсов

• Функции мониторинга — контролирует и собирает информацию, связанную с производительностью системы

• Сервисные функции — Предоставляет услуги пользователям

Основные функции — обеспечивает оптимальное и эффективное использование ресурсов

Функции мониторинга — контролирует и собирает информацию, связанную с производительностью системы

Сервисные функции — Предоставляет услуги пользователям

Давайте посмотрим на некоторые из наиболее важных функций, связанных с этими видами деятельности.

Управление процессором

Управление процессором компьютера для обеспечения его оптимального использования называется управлением процессором . Управление процессором в основном включает выделение процессорного времени для задач, которые необходимо выполнить. Это называется планированием работы . Рабочие места должны быть запланированы таким образом, чтобы —

• Максимальное использование процессора
• Время выполнения, т. Е. Время, необходимое для выполнения каждой работы, минимально
• Время ожидания минимально
• Каждая работа получает максимально быстрое время отклика
• Максимальная пропускная способность достигается, где пропускная способность — это среднее время, необходимое для выполнения каждой задачи.

Существует два метода планирования заданий, выполняемых операционными системами.

• Упреждающее планирование
• Неприоритетное планирование

Упреждающее планирование

В этом типе планирования следующее задание, выполняемое процессором, может быть запланировано до завершения текущего задания. Если появляется задание с более высоким приоритетом, процессор может быть вынужден отменить текущее задание и перейти к следующему заданию. Есть два метода планирования, которые используют упреждающее планирование —

• Планирование циклического перебора — определяется небольшая единица времени, называемая интервалом времени, и каждая программа получает только один интервал времени за раз. Если он не завершен в течение этого времени, он должен в конце присоединиться к очереди заданий и подождать, пока все программы не получат один временной интервал. Преимущество здесь в том, что все программы получают равные возможности. Недостатком является то, что если программа завершает выполнение до того, как отрезок времени закончится, ЦП не используется в течение остальной части продолжительности.

• Планирование соотношения ответов — Коэффициент отклика определяется как

   fracИстекшеевремявремяВыполнениевремяполучено $$\ frac {Истекшее время \: время} {Выполнение \: время \: получено}$$

  Работа с более коротким временем отклика получает более высокий приоритет. Таким образом, большая программа может ждать, даже если она была запрошена раньше, чем более короткая программа. Это улучшает пропускную способность процессора.

Планирование циклического перебора — определяется небольшая единица времени, называемая интервалом времени, и каждая программа получает только один интервал времени за раз. Если он не завершен в течение этого времени, он должен в конце присоединиться к очереди заданий и подождать, пока все программы не получат один временной интервал. Преимущество здесь в том, что все программы получают равные возможности. Недостатком является то, что если программа завершает выполнение до того, как отрезок времени закончится, ЦП не используется в течение остальной части продолжительности.

Планирование соотношения ответов — Коэффициент отклика определяется как

 fracИстекшеевремявремяВыполнениевремяполучено $$\ frac {Истекшее время \: время} {Выполнение \: время \: получено}$$

Работа с более коротким временем отклика получает более высокий приоритет. Таким образом, большая программа может ждать, даже если она была запрошена раньше, чем более короткая программа. Это улучшает пропускную способность процессора.

Непрерывное планирование

В этом типе планирования решения о планировании работы принимаются только после завершения текущей работы. Работа никогда не прерывается, чтобы дать приоритет более приоритетным работам. Методы планирования, которые используют неперегрузочное планирование:

• Планирование обслуживания по принципу «первым пришел — первым обслужен» — это самый простой метод, когда первая программа, выдавшая запрос, завершается первой.

• Кратчайшее расписание следующего планирования — здесь запланировано задание, для выполнения которого требуется наименьшее количество времени.

• Планирование крайнего срока — Задание с самым ранним крайним сроком запланировано для выполнения следующим.

Планирование обслуживания по принципу «первым пришел — первым обслужен» — это самый простой метод, когда первая программа, выдавшая запрос, завершается первой.

Кратчайшее расписание следующего планирования — здесь запланировано задание, для выполнения которого требуется наименьшее количество времени.

Планирование крайнего срока — Задание с самым ранним крайним сроком запланировано для выполнения следующим.

Управление памятью

Процесс регулирования памяти компьютера и использования методов оптимизации для повышения общей производительности системы называется управлением памятью . Пространство памяти очень важно в современной вычислительной среде, поэтому управление памятью играет важную роль в операционных системах.

Как известно, компьютеры имеют два типа памяти — основной и дополнительный . Первичная память быстрая, но дорогая, а вторичная память дешевая, но медленнее . ОС должна соблюдать баланс между этими двумя показателями, чтобы гарантировать, что производительность системы не пострадает из-за очень меньшего количества первичной памяти, или системные затраты не возрастут из-за слишком большого количества первичной памяти.

Входные и выходные данные, пользовательские инструкции и данные, промежуточные для выполнения программы, должны быть сохранены, доступны и эффективно извлечены для обеспечения высокой производительности системы. Как только программный запрос принят, ОС распределяет его первичные и вторичные области хранения согласно требованию. По завершении выполнения выделенное ему пространство памяти освобождается. ОС использует множество методов управления хранилищем, чтобы отслеживать все выделенные или свободные места хранения.

Непрерывное распределение памяти

Это самый простой метод выделения дискового пространства, при котором смежные области памяти назначаются каждой программе. ОС должна оценить объем памяти, необходимый для полного процесса перед выделением.

Несмежное распределение памяти

Как следует из названия, программы и связанные данные не должны храниться в смежных местах. Программа разделена на более мелкие компоненты, и каждый компонент хранится в отдельном месте. В таблице хранится запись о том, где хранится каждый компонент программы. Когда процессору требуется доступ к любому компоненту, ОС предоставляет доступ с использованием этой таблицы распределения.

В реальном сценарии первичной памяти может быть недостаточно для хранения всей программы. В этом случае ОС использует метод виртуального хранилища , где программа физически хранится во вторичной памяти, но, похоже, хранится в первичной памяти. Это приводит к минимальной временной задержке при доступе к программным компонентам. Есть два подхода к виртуальным хранилищам —

• Пейджинг программы — программа разбивается на страницу фиксированного размера и сохраняется во вторичной памяти. Страницам присваивается логический адрес или виртуальный адрес от 0 до n. Таблица страниц отображает логические адреса на физические адреса, которые используются для извлечения страниц при необходимости.

• Сегментация программы — Программа разбивается на логические единицы, называемые сегментами , с присвоенным логическим адресом от 0 до n и хранится во вторичной памяти. Таблица сегментов используется для загрузки сегментов из вторичной памяти в первичную память.

Пейджинг программы — программа разбивается на страницу фиксированного размера и сохраняется во вторичной памяти. Страницам присваивается логический адрес или виртуальный адрес от 0 до n. Таблица страниц отображает логические адреса на физические адреса, которые используются для извлечения страниц при необходимости.

Сегментация программы — Программа разбивается на логические единицы, называемые сегментами , с присвоенным логическим адресом от 0 до n и хранится во вторичной памяти. Таблица сегментов используется для загрузки сегментов из вторичной памяти в первичную память.

Операционные системы обычно используют комбинацию сегментации страниц и программ для оптимизации использования памяти. Большой программный сегмент может быть разбит на страницы, или более чем один маленький сегмент может быть сохранен как одна страница.

Управление файлами

Данные и информация хранятся на компьютерах в виде файлов. Управление файловой системой, позволяющее пользователям безопасно и правильно хранить свои данные, является важной функцией операционных систем. Управление файловыми системами с помощью ОС называется управлением файлами . Управление файлами требуется для предоставления инструментов для этих действий, связанных с файлами —

• Создание новых файлов для хранения данных
• обновление
• разделение
• Защита данных с помощью паролей и шифрования
• Восстановление в случае сбоя системы

Управление устройством

Процесс внедрения, эксплуатации и обслуживания устройства операционной системой называется управлением устройством . Операционная система использует служебное программное обеспечение, называемое драйвером устройства, в качестве интерфейса к устройству.

Когда многие процессы обращаются к устройствам или запрашивают доступ к устройствам, ОС управляет устройствами таким образом, чтобы эффективно распределять устройства между всеми процессами. Обрабатывает устройства доступа через интерфейс системных вызовов, интерфейс программирования, предоставляемый ОС.