Моделирование сегментной схемы структуризации

Создание модели, позволяющей пользователю наблюдать за созданием процессов, требующих структуризации операционных систем. Организация доступа к ресурсу оперативной памяти. Использование методов имитационного моделирования для решения поставленной задачи.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Содержание

1. Общесистемная часть

1.1 Понятие операционной системы

1.2 Организация доступа к ресурсу оперативной памяти

1.3 Стратегии размещения информации в памяти

1.4 Понятие «процесс» в рамках операционной системы

1.5 Свойства и классификация процессов

1.6 Различные виды структуризации памяти

2. Специальная часть

2.1 Постановка задачи

2.2 Использование методов имитационного моделирования для решения поставленной задачи

2.3 Разработка имитационной модели

2.4 Описание программной реализации имитационной модели

2.5 Разработка приложения

2.6 Описание функционирования имитационной модели

Заключение

Список литературы

Приложение (листинг программы)

1. Общесистемная часть

моделирование операционная система структуризация

1.1 Понятие операционной системы

Операционная система - это комплекс системных обрабатывающих и управляющих программ, предназначенных для наиболее эффективного использования всех вычислительных ресурсов и удобства работы с ЭВМ.

При этом хорошая операционная система (ОС) должна обладать следующими свойствами:

Развиваемость - загрузка и запуск программ.

Посредничество - между аппаратурой и приложениями.

Настраиваемость - распознавание дополнительной новой аппаратуры.

Дружественность - простота, удобство, надежность, возможность получения дополнительных и вспомогательных сведений.

«Прозрачность» - наличие минимума необходимой информации о работе системы.

Поддерживаемость программными приложениями.

Многозадачность - одновременная работа с несколькими программами.

Надежность - страховка от непоправимых ошибок, возможность безболезненного выхода из аварийных ситуаций.

Безопасность - наличие средств защиты информации от повреждения.

Все перечисленные свойства ОС, как и само наличие системы, невозможно осуществить без устройств, в которых бы находилась вся необходимая информация. Ведь ПК не может функционировать без наличия указаний, алгоритмов, представляющих собой последовательность действий, реализующих тот или иной запрос программы или пользователя. Поэтому любой ЭВМ необходимы запоминающие устройства, в которых бы и содержалась вся необходимая информация, как касающаяся настроек ОС, так и временно работающих программ и приложений.

1.2 Организация доступа к ресурсу оперативной памяти

Ресурсом называется средство вычислительной системы, которое может быть выделено процессу на определенный интервал времени. Все ресурсы вычислительной системы (ВС) можно разделить на физические и виртуальные. Физические ресурсы - реально существующие ресурсы, обладающие всеми физическими свойствами при распределении между процессами. Виртуальный ресурс является некоторой моделью физического и не существует реально в том виде, в котором предоставляется процессу. Примерами виртуальных ресурсов могут служить виртуальная память, виртуальные регистры, виртуальные CD-ROM приводы и пр.

Размер оперативной памяти (как правило, значительно уступающий размерам виртуальной памяти, выделяемой процессам в системе) может накладывать существенные ограничения на количество одновременно находящихся в системе процессов и скорость их исполнения, что связано с невозможностью предоставления каждому процессу участка соответствующего размера в ОП и, неизбежным в связи с этим, перемещения процессов с ВЗУ в ОП и наоборот. Поэтому схема функционирования оперативной и виртуальной памяти во многом определяет работу операционной системы в целом и ее отдельных приложений в частности.

Основная (оперативная) память всегда была и остается до сих пор наиболее критическим ресурсом компьютеров. Если учесть, что большинство современных компьютеров обеспечивает 32-разрядную адресацию в пользовательских программах, и все большую силу набирает новое поколение 64-разрядных компьютеров, то становится понятным, что практически безнадежно рассчитывать, что когда-нибудь удастся оснастить компьютеры основной памятью такого объема, чтобы ее хватило для выполнения произвольной пользовательской программы, не говоря уже об обеспечении мультипрограммного режима, когда в основной памяти, вообще говоря, могут одновременно содержаться несколько пользовательских программ.

Поэтому всегда первичной функцией всех операционных систем (более точно, операционных систем, обеспечивающих режим мультипрограммирования) было обеспечение разделения основной памяти между конкурирующими пользовательскими процессами. Мы не будем здесь слишком сильно вдаваться в историю этого вопроса. Заметим лишь, что применявшаяся техника распространяется от статического распределения памяти (каждый процесс пользователя должен полностью поместиться в основной памяти, и система принимает к обслуживанию дополнительные пользовательские процессы до тех пор, пока все они одновременно помещаются в основной памяти), с промежуточным решением в виде "простого своппинга" (система по-прежнему располагает каждый процесс в основной памяти целиком, но иногда на основании некоторого критерия целиком сбрасывает образ некоторого процесса из основной памяти во внешнюю память и заменяет его в основной памяти образом некоторого другого процесса), до смешанных стратегий, основанных на использовании "страничной подкачки по требованию" и развитых механизмов своппинга.

1.3 Стратегии размещения информации в памяти

Стратегии размещения ставят своей целью определить, в какое место основной памяти следует помещать поступающую программу. Известно три стратегии размещения:

«первый подходящий»;

«наиболее подходящий»;

«наименее подходящий».

Выбор первого подходящего свободного участка предусматривает помещение программы в первый найденный свободный участок, который достаточно велик для ее размещения.

Выбор наиболее подходящего свободного участка предусматривает помещение программы в «самый тесный» подходящий участок, т. е. в минимальный из имеющихся свободных участков памяти, где программа может уместиться.

Выбор наименее подходящего свободного участка предусматривает помещение блока программы или данных в имеющийся свободный участок максимального размера.

Выбор первого подходящего участка характеризуется малыми издержками. Выбор наиболее подходящего участка большинству людей интуитивно кажется наиболее выгодным. Выбор наименее подходящего участка имеет то преимущество, что он не оставляет в памяти маленьких дыр. Выбор окончательной стратегии размещения зависит от программиста и требований предъявляемых к памяти.

1.4 Понятие «процесс» в рамках операционной системы

Процесс - это некоторая деятельность ОС, связанная с исполнением программы на одном или нескольких процессорах, т.е. это система действий, реализующих определенную функцию вычислительных систем.

Процесс--это система действий, реализующая определенную функцию в вычислительной системе и оформленная так, что управляющая программа вычислительной системы может перераспределять ресурсы этой системы в целях обеспечения мультипрограммирования.

При исполнении любой программы необходимо различать несколько состояний процесса:

Порождение процесса - подготовка условий для первого исполнения на ЦП;

Активное состояние - программа непосредственно исполняется на ЦП;

Ожидание процессора - программа не выполняется по причине занятости какого-либо ресурса;

Готовность - программа не выполняется, но для ее выполнения предоставлены все необходимые ресурсы, кроме ЦП;

Завершение процесса - нормальное/аварийное завершение процесса. После этого ресурсы этому процессу не предоставляются.

Граф процесса выглядит следующим образом:

В течение жизненного цикла процесс многократно меняет состояние активности. При смене состояния активности его показатели текущего состояния должны быть сохранены, а затем восстановлены, если процесс вновь активизирован. Для этого для каждого процесса заводится специальный блок информации (Process Status Block). Структура этого блока зависит от типа ОС. Но в этом блоке всегда сохраняется следующая информация: текущее состояние процесса; область сохранения регистров; возможная дополнительная информация, включающая системные ресурсы.

Для ОС процесс в такой трактовке рассматривается как объект, в отношении которого требуется обеспечить реализацию каждого из допустимых состояний, а также допустимые переходы из состояния в состояние в ответ на события, которые могут явиться причиной таких переходов. Такие события могут инициироваться и самими процессами, которые способны затребовать процессор или какой-либо другой ресурс, необходимый для исполнения программы.

1.5 Свойства и классификация процессов

Для построения средств и механизмов...