постоянно опрашивать переменную на предмет ее состояния.
В ОС Windows NT взаимное исключение реализовано похожим образом, но от этого недостатка избавились: при переводе второго жаждущего потока в ожидание делается отметка, что его нужно освободить после освобождения критической секции.

Понятие семафора и его использование для целей синхронизации.

Семафор – обобщение блокирующих переменных.

Это переменная, которая может принимать целые неотрицательные значения, предложена Дейкстра.
Если семафор может принимать значения только 0 и 1 – он превращается в блокирующую переменную.
Его удобно использовать для синхронизации набора идентичных ресурсов – например, отдельных буферов, с каждым из которых может работать отдельный поток. Они идеальны для решения задачи доступа к ресурсным пулам: информационным структурам, наборам одинаковых областей памяти, наборам внешних устройств.



Здесь у нас 2 семафора, один для количества пустых, второй – для количества занятых буферов.
Синхронизация и проблема тупиков.

При синхронизации процессов может возникнуть проблема взаимной блокировки (дедлок, клинч) или тупика.
Поток-писатель пытается записать данные в заполненный набор буферов – он считывает значение переменной и блокируется в ожидании освобождения хоть одного буфера.

Помочь ему может только поток-читатель, который освободит один буфер.

Но поток-читатель не может войти в критическую секцию, так как она занята потоком – писателем.
Также тупик может возникнуть, когда потоку нужны 2 и более последовательных ресурса, например, принтер и порт.

Поток А запрашивает сначала принтер, потом порт

Поток Б запрашивает сначала порт, затем принтер.

Если поток А получил принтер, был прерван, затем поток Б получил порт и был прерван, потоки не смогут разминуться, так как заняли нужные друг другу ресурсы.
То есть потоки могут образовать очереди к разделяемым ресурсам, но могут и взаимно заблокировать друг друга в зависимости от соотношения их скоростей.
Тупики можно пытаться предотвратить:

- при написании программ задавать одинаковую последовательность запрашивания нескольких ресурсов

---

- на уровне ОС при запуске задач анализировать возможность возникновения тупика и откладывать запуск опасной задачи.

- выделять ресурсы ОС в определенной, общей для всех потоков последовательности.
Кроме того ОС должна быть снабжена возможностью распознавания уже возникших тупиков (чтобы своевременно снять их)

- ведение и анализ таблиц распределения ресурсов и таблиц запросов к ресурсам
И наконец ОС нужны средства для снятия взаимных блокировок:

- можно снять часть потоков

- можно совершить откат до определенной контрольной точки.


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

---

Смотрите также файлы

• Это было много лет назад. Два школьных товарища, Вова и Саша, в конце апреля пошли в лес за берёзовым соком.docx

• Трбие саатыны таырыбы Алдымен сй, ардата атаанады! Трбие саатыны масаты.docx

• И. А. Лубинцов задание к теме 10.docx

• Как вы думаете, в чем заключается актуальность гуманистических качеств в профессиональной деятельности семейного психолога Необходимо ли проводить целенаправленную работу по их формированию.docx

• Нефёдова Мирона Александровича Руководитель проекта учитель физики Большакова Елена Васильевна Вязники 2021. I. Введение II. Теоретическое исследование.doc