Нарастающие темпы компьютеризации уже приблизили
Нарастающие темпы компьютеризации уже приблизили время, когда в контакте с компьютерами оказываются не только относительно немногочисленные профессионалы по обработке информации, а практически все члены общества. Контакт с компьютером - это контакт с его программным обеспечением и, прежде всего, с операционной системой (ОС). Именно она формирует интерфейс между аппаратурой компьютера и человеком, причем задача создателей ОС состоит в том, чтобы сделать этот интерфейс, как теперь принято говорить, как можно более дружественным.
Свойства ОС зачастую оказываются не менее важными, чем свойства аппаратуры. Известны случаи, когда переход с одной ОС на другую на одной и той же машине приводил к пятикратному ускорению разработки программ.
На «голой» машине в современном мире не работает практически никто, и именно это определяет интерес к операционным системам.
В главе 1 вводится понятие «операционная система», приводятся факты из истории развития операционных систем и обсуждаются основные характеристики операционных систем. Глава 2 рассматривает архитектуру вычислительной системы и выделяет обобщенный состав и функции операционной системы. В главе 3 даются понятия процесса, перехода процесса из состояния в состояние, прерывания, переключения контекста, вводятся различные концепции, связанные с управлением процессами, и рассматривается организация прерываний в различных архитектурах ЭВМ. В главе 4 введено понятие асинхронности. Здесь обсуждаются проблемы, возникающие в случае совместного доступа к разделяемым ресурсам, а также описаны различные способы взаимоисключения, как аппаратные, так и программные, обеспечивающие решение этих проблем. Рассматриваются примитивы взаимоисключения, семафоры и мониторы, и то, каким образом их можно использовать для решения классических проблем параллелизма; приведено описание задачи «читатели и писатели», реализуемое при помощи рассмотренных средств. Здесь же объясняется, что такое тупик (дедлок), при котором выполнение различных процессов не может продолжаться, поскольку они ожидают событий, которые никогда не произойдут; представлены различные средства решения этой проблемы.
В главе 5 обсуждаются различные проблемы управления памятью в системах физической (реальной) памяти, в главе 6 - виртуальной памяти. Прослеживается развитие систем реальной памяти - от систем, где вся память предоставлялась в распоряжение одного пользователя, до мультипрограммных систем с различными видами распределения памяти, описываются организация и управление виртуальной памятью. В главе 6 объясняется концепция виртуальной памяти и показано, каким образом благодаря применению методов поблочного отображения, страничной организации и сегментации памяти можно уменьшить объем информации отображения. Приводится подробное описание реализации виртуальной памяти и преобразования адресов в системах со страничной организацией и сегментацией памяти и обсуждаются различные стратегии управления системами виртуальной памяти. Рассматриваются стратегии вталкивания, размещения и выталкивания данных, причем обсуждаются стратегии вталкивания по требованию и упреждающего вталкивания. Основное внимание в этой главе уделяется стратегиям выталкивания (подкачки) страниц; рассматриваются принцип оптимальности и стратегии выталкивания страниц. В главе 7 обсуждаются понятия многозадачность и многонитевость и различия между ними, а также реализация многонитевой обработки и подкачка страниц памяти в операционной системе Windows 95/NT. В главе 8 речь идет об управлении процессорами, в частности, о проблемах планирования загрузки процессоров и о мультипроцессорном режиме. Основное внимание сосредоточено на стратегиях планирования; здесь обсуждается планирование на верхнем уровне, промежуточном и нижнем уровне, цели и критерии планирования, приоритетное планирование, статические и динамические приоритеты, «заслуженные» или «купленные» приоритеты, а также планирование по предельному сроку. Представлены различные алгоритмы планирования. Эта глава заканчивается анализом механизмов многоуровневых очередей с обратными связями. В главе 9 обсуждаются мультипроцессорные системы, разработанные как средство повышения производительности и надежности машин.
Рассматривается использование достоинств параллелизма. Анализируются различные мультипроцессорные аппаратные архитектуры и варианты организации операционных систем, и архитектурные решения мультипроцессорных Flex/MP и TryFlex фирмы COMPAQ. В главе 10 рассматривается управление периферийными устройствами в различных архитектурах ЭВМ и организация программного обеспечения ввода-вывода. Глава 11 посвящена подсистеме управления данными. Рассматриваются логический и физический аспекты управления файлами, способы организации и управления внешней памятью. В главе 12 рассматриваются современные концепции и технологии проектирования операционных систем. Формулируются требования, предъявляемые к современным ОС, такие, как расширяемость, переносимость, совместимость, безопасность. Большое внимание уделяется описанию различных тенденций структурного построения ОС. Главы 13 и 14 описывают характеристики и области применения операционных систем UNIX и Windows NT, соответственно.
