Operációs rendszerek elmélet tananyag

• Szerző: Sallai András
• Copyright © Sallai András, 2009, 2010, 2011, 2012, 2014
• Licenc: GNU Free Documentation License 1.3
• Web: http://szit.hu

Kevés jó könyv található a magyar irodalomban az operációs rendszerek témakörében. Galambos Gábor, Operációs rendszerek című könyve azon kevesek közzé tartozik, amely szakmailag megalapozott és kiváló. Ez a leírás az ő könyvének követi a tematikáját, nagyon nagy segítség volt az elkészítésben.

Egy számítógépes rendszer a következő elemekből épülhet fel

• hardver
• felhasználó
• folyamatok
• a hálózat gépei

Az operációs rendszerek határait nehéz meghatározni. Egy számítógép hardverből és szoftverből épül fel. Az operációs rendszer leginkább szoftver, de vannak a hardvernek olyan részei, amelyek közel állnak az operációs rendszerhez. Ilyenek lehet a BIOS.

Az operációs rendszer felfogható a hardver kiterjesztéseként is.

A számítógép egyes komponenseit erőforrásnak nevezzük, akár a hardver, akár a szoftver része.

• fordítók
• szerkesztők
• ellenőrzőprogramok

Három féle megközelítés ismert:

• teljes szoftveres környezet
  • fordítók, szerkesztők, segédeszközök
• kernel
  • ami a végig a memóriában van
• középút
  • egyfajta hardver és felhasználó interfész

A hardver és a szoftver közötti határvonalat nehéz meghúzni. A szorzás művelet például nem huzalozott, szoftveresen van megvalósítva. De szoftveres funkciókat is hardver szokott ellátni. Például memóriakiosztás vagy közvetlen művelet az adatstruktúrákon.

• kezdetben
  • nem volt rá szükség, a felhasználó maga írta, betöltötte, futtatta a programokat
• ma
  • kényelem, időmegtakarítás, munkánk megkönnyítése a feladatunk

• felület biztosítása
• memóriakezelés
• folyamatok szervezése
• perifériakezelés
• állománykezelés
• hibakezelés és védelem
• könyvelés

• parancs interfész
  • felület biztosítása a felhasználók számára
• program interfész
  • állomány hozzáférés
  • IO műveletek
  • eljáráshívások

Az operációs rendszer elfoglalja a memória egy részét, a többi a programé. Kezdetben az operációs rendszernek csak magát kell védenie. Ma egyszerre több program is fut az operációs rendszer mellett, így az operációs rendszernek nem csak önmagát kell megvédenie, hanem a futó programokat is.

A folyamat egy elindított, vagyis a memóriába töltött program. Néha futó programként hivatkozunk rá, bár a valóságban az elindított programok nem futnak folyamatosan. Angolosan processz. Egy processzoros rendszerben minden program kap egy időszeletet, majd a következő program jön. Ha minden program elég gyorsan kap egy-egy időszeletet a felhasználó észre sem veszi, hogy a program valójában nem folyamatosan fut.

Háttértárak, nyomtatók, szkennerek, stb. kezelése.

• létrehozás
• törlés
• olvasás
• írás
• hozzáférés

Kezelni kell a hardver és a szoftver problémákat.

Naplózzuk az igénybe vett erőforrásokat, az előforduló hibákat és a költségeket.

Kezdetben nem is volt operációs rendszer. A felhasználó egy vezérlőpulton keresztül órákon keresztül binárisan adta meg az adatokat. A beviteli felület kapcsolókból, a kiviteli felület felvillanó lámpákból állt. A sok futtatandó program, és nagy mennyiségű adat egy idő után maga után vonta egy operátor alkalmazását.

Később megjelennek a következő eszközök:

• I/O eszközök
• Assembly
• lyukszalag
• több program

Megjelenik a supervisor program, amely helyettesíti az operátor munkáját.

• Input/Output System
• SHARE Operating System (SOS)
• FORTRAN Monitor System (FMS)

Ezek még nem voltak valódi operációs rendszerek. Ezek az egyszerű szupervisor programok, ha egy hibához értek a számítógép megállt. Nem volt hibakezelés.

Megjelennek az szalagos rendszerek.

• Tape Operating System (TOS)
  • TOS/360 OS
  • IBM-360

A szalagos egységek eredményeként nagyon sok program vár a végrehajtásra, így válogatni kell a fontos és nem fontos programok között.

Egy hengeren egy mágneses palást van. Az író-olvasó fej ezen a paláston mozog. Egy körülfordulással az összes információ elérhető. A mágnesdobozok csak rövid ideig vannak jelen a számítógépeken, mivel nagyon hamar megjelennek a lemezes adattárolók.

• DISK Operation System (DOS)

A jóval nagyobb gyorsaság egész más kezelési technikát igényel. Megjelennek a LOADER-ek, amelyek folyamatosan (rezidensek) a memóriában várják a betöltendő újabb programot.

A hatékonyabb használathoz egy új vezérlő nyelvet találnak ki, ez a JCL (Job Control Language).

Az egyre növekvő igények miatt javítják az I/O eszközöket kezelő részeket: Input Output Control System (IOCS)

Megjelenek a rezidens és a tranziens részei az operációs rendszernek. Az operációs rendszer egy része állandóan a tárban marad, a másik része csak akkor ha arra szükség van.

• rezidens
  • folyamatosan a memóriában van
• tranziens
  • csak akkor töltődik be, ha arra szükség van rá

Ebben az időben senki nem gondol az operációs rendszerek hordozhatóságára. A hardvergyártók maguk készítik az operációs rendszert. A cél a hardver hatékony kihasználása.

• A futtatandó programok egy csomagban vannak összegyűjtve
• Egy időben egy ilyen csomag van a memóriában
• Ez az ún. soros kötegelt feldolgozási rendszer
• Serial Batch Processing System

• Gyorsabb CPU → I/O lassú
• A CPU gyakran vár
• Ötlet
  • egyidejűleg legyen több program a tárban ha egy program vár az I/O műveletre, akkor a másik program fut

Batch Multiprogramming System

Az első ilyen OS

• Master Control Program (MCP)
• Burroughs 5000-ben

• Virtuális memória
• Prioritások alkalmazása

• Kihasználjuk a CPU által nyújtott memória címzési lehetőséget.
• Amikor egy program betöltődik nem biztos, hogy van elég memória számára amit megcímezhetünk.
• A program, így olyan címet tartalmaz amely fizikailag nem létezik.
• Az OS úgy viselkedik mintha lenne elég hely.

A programhoz hozzárendelünk egy prioritást a sürgősség alapján

• pozitív egész szám

• A legismertebb többprogramos batch
• IBM 360 gépén futott
• A hardver moduláris
• A szoftver visszafele kompatibilis

• OS/MFT
• OS/MVT

• Multiprogramming with Fix Tasks
• A memória szegmentált (partíciók)
• ahány partíció annyi program tud futni
• I/O készülék lassúak
  • spool (átmeneti tároló)

• Multiprogramming with Variable Tasks
• Akkor osztott a memória ha szükséges
• A kiosztott terület a Task

• A programozó nem látja mit csinál a program, mert az operátortól sok függ
• Az operátornak leadni a csomagot → holt idő
• Gyors mágneslemezek miatt
  • Spool technika elterjed
  • a rendszerprogram a mágneslemezen
• Terminál ill. interaktív I/O eszköz a javításhoz

• egy időben több program is van a memóriában
• de vezérlés átadás csak akkor történik, ha egy program megállási ponthoz ér
• Egy program percekig, vagy akár órákig is futhat
• Ezen változtat az interaktív technika

• time slice, time sharing
• óra (timer)
  • méri az utolsó vezérlésátadás óta eltelt időt
• Ezen rendszerek fénykora '60-'70-es évek

• Compatible Timesharing System (CTSS)
  • DEC PDP-1 gépen
  • Kemény és Kurtz készíti Darthmondthban a General Electric számára
• Darthmonth Timesharing System (DTSS)
• IBM TSS/360

• Nagy sikere van
• Gyengeségek
  • az OS ide-oda kapcsol a programok között és adminisztrál; ezzel tölti az idejét
• Az állandó beavatkozás veszélyt rejt
  • az egyik program hibája tönkreteheti a másikat is
• Gondosabb szupervizor program kell

Kutatások kezdődtek a szupervizorok terültén az újabb problémák megoldására három intézményben:

• Massachusets Institute of Technology
• AT&T/Bell Laboratories
• General Electric

Munkájuk eredményeképpen létrejött a MULTICS.

• PL/1-ben íródott
• könnyen fejleszthető
• hatékony felhasználói interfész
• barátságos

• szegmentált virtuális memória
• „gyűrűs” erőforrásvédelem
• hierarchikus fájlrendszer
• készülékfüggetlen
• I/O átirányítás más készülékre

• 1970-ben a MULTICS két kutatója
• Ken Thompson
• Dennis Ritchie másik szoftvercsoportba kerül
• Egyfelhasználós OS-t fejlesztenek PDP-re
• A Bell Laboratóriumban népszerű

• egyszerű, hatékony hierarchikus fájlrendszer
• shell jól kezelhető
• I/O készülék egy speciális állomány → átirányítás
• több programos

• Assembly-ben írodott
• Akarták PL/1-ben
• De a PL/1 PDP-re nem honosítható
• C nyelv (B kísérleti nyelvből)
• C fordító PDP-11
• A UNIX-ot átírják teljesen C-re

• Az egyetemeken forráskóddal együtt adják
• Így nagyon népszerű lesz a kutatók és a hallgatók között

Az első OS amely hardvertől függetlenül terjedhet, azaz hordozható

• Vissza megyünk a '60-as évek végéhez – Európa
• Eindhovenni Egyetem – Edger Dijsktra
• új több felhasználós rendszer T.H.E
• T.H.E – Technische Hogesschool Eindhoven
• nagy hatással van a későbbi OS-re

• interaktív folyamatok kezelése
• holtpontkezelés
• szikronizáció
  • hierarchikus struktúra
  • a rendszer komponenseit szintekre osztjuk
    • időzítő, … felhasználói programok
  • Az alsó két szint absztrakt gép

• Minden felhasználó több folyamatot és virtuális memóriát használhat → Virtuális gép
• A megközelítés az IBM-től van: CP/CMS
• Miden felhasználó úgy látja, hogy saját CPU-ja és memóriája van
• DEC PDP-10 gépen
• 1960

Eddig a hardver és szoftver egységesen fejlődött

A hardver árak rohamos csökkenése: különböző kategóriák jöttek létre.

Létrejött kategóriák

• mini
  • pl. IBM System/3, System/34, System/36, System/38, AS/400, iSeries
• mikro
  • p.: Commondore 64
• személyi-számítógép (PC = Personal ComputerÖ

Az operációs rendszer programok gyűjteménye.

Ezek a programok speciális szerepet töltenek be más programokkal szemben.

Az operációs rendszerek tervezése során a következőket kell figyelembe venni:

• hardver
• felhasználók száma
• I/O készülékek

Kezdetben élt az a tévhit, hogy egy operációs rendszert csak Assembly nyelven lehet készíteni. Hogyan változhatott akkor ez meg? A változásban a következő események jártak közre:

• újabb hardvereszközök
• nagyobb memóriaterület
• gyorsabb számítógépek
• magas szintű programozási nyelvek
  • kifejezetten OS készítésre
  • a magas szintű nyelvek hordozhatóak

• rezidens
• tranziens

• állandóan a főtárban van
• felelősek olyan szolgáltatásokért amire egy futó programnak szüksége van
  • hibakeresés
  • folyamatvezérlés
  • végrehajtás ellenőrzés
• a legkritikusabb rész
• nevek: nukleus vagy kernel

• akkor töltődik be, ha szükség van rá
• parancsinterfész
• fájlkezelő rendszer
• oda töltjük a memóriába ahol hely van

Több folyamat használhatja váltakozva. A tranziens rész dinamikus könyvtárakba van szervezve: DLL, SHL

Az operációs rendszeren belül kétfajta kapcsolat lehetsége:

• közvetlen
  • interaktív terminálon parancsok begépelése
• közvetett
  • programokból adjuk ki a parancsot

• parancs interfész
  • A felhasználó kommunikál az OS-el
• program interész
  • A program és az erőforrások kommunikálnak az OS-el

• parancsnyelv
  • A felhasználó parancsai
• válasznyelv
  • A felhasználónak adott visszajelzések

• Job-control
  • Batch feldolgozás
• Interaktív
  • parancssor
  • menüvezérelt
  • ikonvezérelt

• CP/M submit fájl
• MS-DOS parancsállomány (batch fájl)
• UNIX shell script

• paraméterezhető
• egymásbaágyazható
• megjegyzés lehet benne
• van hibakezelés

A memóriakezelés három részproblémára osztható fel:

• memória-allokáció
  • memóriaterület és a program összerendelése
• áthelyezés
  • az allokált területre illesztjük a programot
• memóriavédelem

• egyfelhasználós rendszerben
• többfelhasználós rendszerben
  • statikus memóriadefiníció
    • allokálható blokkok száma és mérete OS generálásakor rögzítjük
  • dinamikus memóriadefiníció
    • a blokkok számát és méretét igényléskor határozza meg

• bit-térkép (bit map)
  • egyenlő méretű blokkok esetén használható
• memória ellenőrző blokk (Memory Control Block = MCB)
  • memória blokk hossza nincs rögzítve

• Következő illesztés (Next Fit)
• Első illesztés (First Fit)
• Legjobb illesztés (Best Fit)
• Legrosszabb illesztés (Worst Fit)

Az első szabad blokktól megvizsgálunk minden szabad blokkot. Az első (méretnek) megfelelőt választjuk. Új keresést ott folytatjuk, ahol az előzőt abba hagyjuk.

Mindig az első FMCB-ből kiindulva keressük az első alkalmas blokkot. A kiválasztott FMCB rész két részre oszlik. Egyikben elhelyezzük programot, maradék rész FMCB lesz.

Bejárjuk az összes blokkot, méretüket megvizsgáljuk. Megjegyzi a hozzá legközelebb állót

Ahhoz a szabad helyhez allokáljuk a programot, ahol legtöbb szabad hely marad. Azt reméljük a nagyobb szabad blokkok később használhatóbbak.

• Egyfelhasználós rendszer
  • határcím
  • határregiszterek
• Többfelhasználós rendszer
  • határregiszterek használata
    • alsó és felső korlát megadása
    • alsó és blokkszélesség megadása

Virtuális memóriát akkor használjuk, ha egy újabb programot szeretnénk futtatni és már nincs számára elég szabad memória terület.

• áthelyezési táblázat
• leképezési regiszterek
• laprabontás

Az elérni kívánt lap, nincs a fizikai memóriában.

Normális működés, nem valódi hiba!

A laphibát kezelő rutin is laphibát okoz.

• Betöltés
  • Mikor kell egy lapot betölteni?
• Elhelyezés
  • Hova kell a lap képét betölteni?
• Helyettesítés
  • Melyik lapot kell eltávolítani a főtárból, ha nincs hely
• Módosított lapok kezelése
  • eltávolított lapot mikor kell visszaírni a másodlagos tárolóra?

Az aktuális - és az ezek közvetlen közelében elhelyezkedő – címekre a közeljövőben nagy valószínűséggel ismét hivatkozunk.

Bélády László - 1966

Egyszerű: Akkor kell lapot betölteni, ha nincs a főtárban

Finomíthatjuk, ha megvizsgáljuk mikor van szükség az adott lapra

Lokalitás elve: Néhány szomszédos lapot is betöltünk

Mivel ugyan olyan méretű lapokkal dolgozunk, ezért nincs a memóriának kitüntetett része.

Ha van valahol szabad hely, akkor oda betöltjük a kívánt lapot.

Cél: olyan lapot távolítsunk el, amelyet nem kell visszatölteni (feltehetőleg)

stratégiák:

• legrégebben használt
• legritkábban használt
• legrégebben memóriában lévő (FIFO)
• kombinált módszerek

• nem módosított lapok
• módosított lapok
  • Időigényesebb a lap cseréje! Ezért csak akkor választunk ebből a halmazból, ha a másik üres

A lapokrabontás mellett a programokat logikai egységek szerint feldaraboljuk, és szegmensekre osztjuk. Egy szegmensre, egységes egészként hivatkozunk.

Minden folyamathoz szegmenstáblát készítünk a főtárban, vagy a a hardveren szegmenstábla regiszterek használata.

Csak akkor ír a swapra, ha már betelt a memória

Akkor helyezi a programot a memóriába, ha használjuk (a tálcáról előtérbe hozzuk)

Azokat a tevékenységeket , amelyeket egy program végrehajt, folyamatnak (processznek) nevezzük.

Végrehajtás alatt lévő program.

A folyamatok váltakozva hajtódnak végre.

Egy időpontban a CPU-t csak egyetlen folyamat használja!

Folyamatszervezés módjai

• Szekvenciálisan szervezett folyamatok
  • Minden folyamat egy időszeletet kap (kb. 20 millisecundum)
• Közbeékelt folyamatszervezés
  • Multiprogramozás: az erőforrások egyidejűleg több folyamat között is felosztásra kerülnek

Precess Control Block

Folyamatellenőrző blokk

Amit eltárolunk egy folyamatról:

• folyamat neve
• felhasznált memória
• állapot
• környezet
• prioritás
• szükséges erőforrások
• összefüggések
• elszámolási információk

• Külső név
  • karakter sorozat
  • felhasználók számára
• Belső név
  • egész szám
  • operációs rendszer számára

• direkt kód az állapot leírására
• pointer (mutató) az állapot leírására

Környezet alatt a regiszterek tartalmát és egyéb információkat értünk.

Prioritás alatt a folyamat relatív fontosságát értjük a többihez viszonyítva. Akkor használjuk, ha több folyamat vár egy erőforrásra.

• mit használunk éppen
• mire lesz szükség a jövőben

• A folyamatok közötti viszony leírása.
• A szülő-gyermek kapcsolatok leírása

• időparaméterek
• felhasznált erőforrások
• folyamat tulajdonos neve
• stb.

Az erőforrás lehet:

• fizikai
  • központi tár
  • háttértár
  • I/O készülék
  • állomány (mert hosszú ideig állnak rendelkezésre)
• logikai
  • állományban vagy központi tárban helyezkednek el

Erőforrás (más szempont szerint)

• ismételten felhasználható
  • a felhasználói folyamat nem rombolja le
• megszűnő erőforrás
  • általában egy folyamat létrehozza, egy másik használja, az OS lerombolja
    • pl.: üzenet amit egyik prg. küld a másiknak

• CPU
• Memória

Azért speciális, mert közvetlenül, rendszerhívások nélkül érjük el őket. Olyan két erőforrás, amit nem kell igényelnünk meg mindig szükség van rá.

• Más erőforrásokhoz rendszerhívásokon keresztül jut a folyamat
• igénybejelentést előzi meg a használatot
• pl. állományok, I/O készülékek

• néhány folyamat → ütemezés egyszerű
• sok folyamat → ütemezés bonyolult
  • szélsőséges esetben holtpont léphet fel
    • Holtpont (deadlock): egy erőforrás – amelyre néhány folyamat várakozik – nem szabadítható fel, mert egy másik folyamat, amely azt használja, nem fejezhető be, mivel másik erőforrásra várakozik, amely szintén nem szabadítható fel.
• várakozás sor (queue)
  • sorban tárolás esetén ütemezés: FIFO
    • first in first out

Multitaskos rendszerben a folyamatnak mindig más folyamatnak engedi át a CPU-t. Folyamathoz tartozó információ megőrzése történhet:

• regiszterekben
• státusz-flagekben
• státusz szavakban
• vermekben
• címterületeken

A megőrzött információ adja a környezetet

Ennek cseréje a környezetátállás

• van ahol több regisztert alkalmaznak a gyorsításhoz
• van ahol az OS számára külön regisztert tartanak fent

• statikusan kezelt folyamatok
  • az egyszer aktív folyamat sosem szakad meg
  • új folyamatot sosem generálnak
• dinamikusan kezelt folyamatok
  • folyamatokat állítunk elő, indítunk
  • subprocess
  • szülő-gyermek kapcsolat

Folyamatvezérlő műveletek:

• Létrehozás
• Megszüntetés
• Attribútumok olvasása, megváltoztatása
• Felfüggesztés, újraindítás

Ha a rendszerben dinamikus folyamatkezelés van!

• Rendszerhívással végezhető művelet
• indíthatja rendszerprogram
• indíthatja felhasználó

• PCB előállítása
• Memória allokálása
• Program betöltése
• Kezdeti paraméterek megadása, forráskorlátok folyamathoz rendelése

• rögzített terület tartunk fent
  • meghatározott számú PCB
• külön kulcsolási területet (system queue area) tartunk fent
• vagy keverjük az előző két technikát
  • Pl.: UNIX
  • PCB-ét két részre osztjuk
    • legfontosabb adatok → folyamat táblában
    • pointer mutat a maradék részre → felhaszn. ter.

• megvizsgáljuk van-e elég hely a memóriában az PCB-hez tartozó program számára
  • ha van allokáljuk
  • ha nincs felfüggesztjük a folyamat előállítását

betöltő végzi (relocating loader)

• végrehajtható formában tárolt állományokat olvas be
• bonyolult lehet mert a kezdő címek csak akkor válnak ismerté, ha betöltjük az ugró utasítások címeit

Kezdeti paraméterek

• kezdeti paraméterek beállítása
• erőforráskorlátok beállítása

UNIX alatt a létrehozott gyermek folyamatok mindig öröklik a szülő által már allokált erőforrásokat

• elágaztatás (fork)
  • új folyamat előállítása
  • de kezdetben nincs új program betöltve
  • helyette a szülőhöz tartozó programot futtatja
• végrehajtás (exec) {rendszerhívás}
  • betölt egy új programot
  • megkezdődik a végrehajtása

Okok

• önmaga igényli
• szülő folyamat ért véget
  • normálisan
  • abnormálisan
• kitüntetett folyamat kényszeríti
• operátori parancs
• „nem azonosítható” hiba

Destroy process rendszerhívással

• kötések feloldása
• gyermek folyamatok megszüntetése
• allokált memória felszabadítása
• PCB felszabadítása

Lehet olyan gyermek folyamat amelyet kifejezetten azért hoztunk létre, hogy túlélje a szülő folyamatot (pl. nyomtatás) vagy hozzárendeljük őket egy másikhoz vagy árvának tekintjük

UNIX-ban az árva folyamatot a init folyamathoz rendeljük

• adatok olvasása a PCB-ből
• értékek megváltoztatása a PCB-ben

• felfüggesztés (suspend)
  • a folyamat más folyamatok eredményére vár
  • megszakítás következett be
  • időpontra vár
• újraindítás (waku up)
  • az alvó folyamat felébresztése, újraindítása

Az a művelet amely meghatározza a sorrendet az újrafelhasználható erőforrások igénybevételére.

• Memória
  • Kicsi
• CPU
  • Csak egy van belőle
    • Így kiélezett verseny folyik értük
    • nehézség, hogy a folyamatok sosem fordulnak ezekért az erőforrásokért mégegyszer

• Batch folyamatok
  • jobban elhelyezett munkák, felhasználó nem kommunikál folyamattokkal
• Interaktív folyamatok
  • interaktív terminálról küldött felhasználói beavatkozások
• Real-time folyamatok
  • rendszeren kívül zajló műveletet figyelünk, ellenőrzünk, irányítunk

• hosszú távú
  • folyamatok sorbajutásának ellenőrzése
• Középtávú
  • folyamatok közül kiválasztják melyek lehetnek CPU használatra jelöltek
• rövid távú
  • hogyan rendeljünk a CPU-hoz futáskész folyamatokat
    • kiválasztás (scheduler)
    • előkészítés (dispatcher)

• áteresztés
  • a lehető legtöbb munka elvégzése
• konzisztencia
  • kiszámítható foly. kezelés
• válasz
  • legrövidebb időn belül szolgáljunk ki
• korrektség
  • azonos jellemzőkkel bíró foly. azonos módon kezelése
• átfutás
  • leggyorsabb befejezés
• források kezelése
  • kerüljük a várakozást, a forrásokat folyamatosan használjuk

A célok részben ellentmondanak egymásnak. Ezért kompromisszum szükséges. Megoldásként kategóriákba soroljuk a folyamatokat.

Kategóriába soroláshoz alapadatok:

• prioritás
• kategória
• becsült futási idő és a szükséges erőforrások
• I/O igények és azok gyakorisága
• kapcsolat egy interaktív terminállal
• kiszolgálásra mennyi ideje vár

• legrosszabb eset vizsgálat
  • milyen távol kerülünk az elméleti optimumtól
• átlagos eltérés vizsgálata
  • a mért értékek statisztikai jellemzői mennyire térnek el az optimumtól

• Prioritás
  • mérőszám, többiekhez viszonyított relatív fontosság
  • csökkenő prioritás (pl.: MVT 0..15)
  • növekvő prioritás (pl.: VMS 0..31)
  • Unixban lehet negatív és pozitív
• A prioritást PCB-ben tároljuk vagy külön prioritási sort hozunk létre

• statikus
  • a folyamat élettartalma alatt a prioritás nem voltozik
• dinamikus
  • a folyamat élettartalma alatt a prioritás változhat

A folyamat kicserélésre használt idő

• rövid távú ütemezés esetén
  • OS döntést előkészítő eljárása fut
  • környezetváltás
• közép távú ütemezés esetén
  • memória tartalom csere (swaping)

• nem megengedett
  • non-preemtív
    • addig foglalja a CPU-t amíg le nem mond róla
    • órákon át futhat
• megengedett
  • preemtív
    • ha a magasabb prioritású job ready állapotba kerül, akkor megkapja a CPU-t

• Jobokkal dolgozunk
  • programcsomag
  • a programok „stepek”-ben hajtódnak végre
• Fontos paraméter a becsült futási idő
  • felhasználó adja meg
  • felső korlát lesz

• A jobok közbülső tárolási területen
  • spool terület
• Input sorokba rendezve
  • input queue
• Az initator nevű program vizsgálja az input sorokat
  • Ha az első step számára minden erőforrás szabad akkor kiválasztja
• Kezdéskor időzítőt állítunk be
  • valós időt mérhetünk vagy
  • CPU időt mérhetünk

Batch esetén nem külön feladat

Mivel a jobokat akkor engedjük futni, amikor minden erőforrás rendelkezésre áll.

• ha az operatív memória felszabadul, akkor a készenlétben levő folyamatok közül választunk
• egy folyamat fut amíg:
  • véget nem ér
  • önként felfüggeszti magát
  • I/O utasításra van szüksége vagy olyan szolgáltatást kér, amely várakozást igényel
  • magasabb prioritású folyamat megszakad

• SJN
• FIFO
• Dinamikus prioritású
• SRTN

• előnyben részesíti azokat a jobokat, amelyeknek rövidebb a becsült végrehajtási ideje
• hátránya
  • ha mindig van rövid becsült idejű, akkor a hosszú sosem fut
    • éhenhalási vagy
    • kiéheztetési jelenség

• leggyakrabban alkalmazott technika
• abban a sorrendben lesznek végrehajtva, ahogy érkeztek
• azonos prioritás

• job öregedik, így változik a prioritása
• néha megszakításos rendszerekben használjuk

• legkevesebb megmaradt idejű job lesz kiválasztva
• megszakításos rendszerekben legsűrűbben használt

• interaktív terminál ↔ felhasználó
• tevékenységek hosszúak lehetnek
• indításkor semmit nem tudunk az igényelt erőforrásokról
• azonos módon kezelt folyamatok
• múltbeli viselkedésből következtetünk jövőben viselkedésére
• felhasználónak gyors válasz kell

• nincs jelentősége
• az elindított folyamat azonnal fut
  • kivéve:
    • túlterhelt rendszer
    • a rendszerbelépéssel túllépnénk a rendszerkorlátokat
• minden folyamat kap egy időszeletet

• a központi tár időszeletének kiosztása
• számlálót állítunk be a PCB-ben
  • a rendelkezésre álló CPU időt adjuk meg
  • ha fut a folyamat a felhasznált idővel csökkentjük
  • ha I/O tev. van akkor is csökkentünk
  • ha nincs több CPU idő kikerül az aktív halmazból
  • Swapolunk ha szükség van az elfog. területre

• CPU időszeletének kiosztása
• ha lejár a rendelkezésre álló idő → környezetváltás
• A CPU általában 100 millisecundum és néhány másodpercig használható
• Prioritás alapján választunk vagy sorbarendezünk
• Nincs teljes futásiidő túllépés (batchnál van)
• Alacsonyabb prioritású foly. néha megszakítható

• prioritásos ütemezés
  • prioritás alapján választunk
  • csoporton belül körkörösen ütemezünk
  • különböző prioritáshoz, különböző időszelet
  • alacsony prioritás → nagyobb időszelet
• körkörös ütemezés
  • sorba rendezünk
  • rögzített időszelet
  • sor elejéről választunk
  • nincs CPU idő → sorvége
  • újak a sorvégére

• öregítési technika
• visszacsatolás
• Kleinrock – önző ütemezés
• „tisztességes kiosztás”

• időnként felülvizsgáljuk a folyamatokat
• ha nem került a folyamatra vezérlés, akkor növeljük a prioritást

• Az éppen befejezett folyamat alacsonyabb prioritást kap

Kleinrock – önző ütemezési technika

• készenléti állapotban lévő folyamat → külön speciális prioritás
  • független a normál prioritástól
• az új és a készenlétben levő folyamatokat valamilyen technikával növeljük
  • pl. öregítés

• a folyamatok különálló csoportokba azaz halmazokba szervezettek
• a CPU időt a csoportokhoz rendeljük
• kevés CPU idővel bíró csoport magas prioritást kap

• nem szükséges
  • szoftveresen minden megoldható
• de ha van nagyban növeli a hatékonyságot
  • regiszterek többszörözése
  • huzalozott utasítások
  • speciális CPU utasítások

A folyamatok között a következő két esetben szokott interakció létrejönni:

• ha egy erőforrásra várnak
• jelzést kíván egyik küldeni a másiknak

• Erőforrások osztott használata
  • erőforrásért versenyeznek
  • konkurensek
  • akaratlan
• Kommunikációból eredő interakció
  • információt osztanak meg egymással
  • kooperatívak
  • akaratlagos

Lehetséges probléma: holtpont

• Folyamat leköt egy erőforrást, egyúttal várakozik egy másik lekötött erőforrásra. A másik erőforrást másik folyamat lefoglalta.
• Folyamatok kommunikálnak. Egymás információira várnak.

• Kölcsönös kizárás
  • egy erőforrás egyidejűleg csak egy folyamat használhat
• Erőforrások lefoglalása
  • erőforrást kell birtokolni, miközben újat igényel
• Megszakítás nincs megengedve
  • erőforrás hozzárendelés nem szüntethető meg
• Ciklikusan láncolható igények
  • a folyamat olyan erőforrásra vár, amelyet a láncban következő folyamat tart lefoglalva

A feltételeiknek egyszerre kell megfelelni!

A cél, hogy úgy ütemezzünk az erőforrásokat, hogy a holtpont bekövetkezésének feltételei közül legalább egy ne teljesüljön.

• néhány forrás esetén elkerülhetetlen
  • CPU
  • egyes I/O készülékek
• könnyen elkerülhető pl.: csak olvasásra megnyitott fájloknál
• I/O készülékeknél spoolingolunk
  • átmeneti tárolóban helyezzük el a tevékenységet
  • batch folyamattal használjuk

Folyamatot úgy programozzuk, hogy egy időben csak egy erőforrást használjon.

• néhány erőforrás esetén azonnal eldönthető, hogy nem követelhető meg
  • nyomtatás, olvasásra szánt fájl
    • T.H.E rendszerben mégis megszakítható a nyomtatás

Havendar által fejlesztett hierarchikus rendezés

• A forrásokat kategóriákba osztjuk
• A kategóriákhoz prioritást rendelünk
• Egy adott prioritási szinten levő forrást csak akkor kaphat meg a folyamat, ha vele azonos vagy nála magasabb szinten nem használ forrást.

• dinamikus módszer, amely megkísérli elérni, hogy sohase allokáljunk a forrásokat oly módon, hogy a rendszer „bizonytalan” állapotba kerüljön
• Bizonytalan az állapot, ha megnő a holtpont bekövetkezésének a veszélye
• Általános stratégiát erre javasolni nagyon nehéz!

Az interakcióba került folyamatok erőforrásigényeit ellenőrizni kell

Egy módszer lehet, ha a nagyobb igényű erőforrásokat külön ellenőrizzük.

• nem javasolt
• növeli az önköltséget

• bankár zárt csoportnak biztosít hitelt
• feltételezi egyszerre nem veszik igénybe az egész hitelkeretet
• így a teljes hitelkeretnek csak egy részét tartalékolja
• hitel = erőforrás használat
• Ha egyszerre több igény van, fokozatosan elégíti ki
  • újabb hitelezés előtt, az előző lépésben kifizetett, teljesen kielégített hitelkeretet mindig felszabadítja
• Adott hitelezési állapot rendszerállapot
• R1 rendszerállapot biztonságos, ha ebből létrehozható az állapotoknak egy olyan sorozata, amely a maximális igények egymás utáni kielégítésével eljuthat az összes maximális hitelkérelem kifizetéséhez.

A = aktuálisan igénybe vett hitel

M = Maximálisan igénybe vehető hitel

• nehéz mert sok folyamat vehet részt
• nehéz mert más tevékenység „normálisan” halad

1. Futó folyamatok közül erőforrást igénylők kiválasztása
   1. ezek vesznek részt a holtpont kialakításában
2. Keressünk egy olyan folyamatot amely erőforrásigénye kielégíthető. Jelöljük meg
3. Minden olyan forrást, amelyet most kijelölt tevékenységünk használ, tekintsünk szabadnak
4. Ismételjük meg az eljárást a 2. ponttól mindaddig, amíg nem jutunk el egy olyan állapotba, amikor már nincs kiszolgálható tevékenység

• Ha az eljárás végén marad nem kiszolgálható folyamat, akkor létezik a rendszerben holtpont
• A megmarad folyamatok éppen azok, amelyek a holtpont kialakításában részt vesznek

• Feladat: várakozási kör lebontása
• Drasztikus:
  • a kör kialakításában résztvevő összes folyamat megölése
• néha elég néhány tevékenységet kiemelni és azt megszakítani
• néha elég az előbb kiemelt tevékenységeket egy korábbi állapotba visszaállítani

• I/O művelet befejezés miatt
• timer-megszakítás
• riadó megszakítás
• programhiba-megszakítás
• rendszermegszakítás
• készülék-hibamegszakítás

• Dr. Galambos Gábor: Operációs rendszerek
• http://en.wikipedia.org/wiki/Operating_system