Модель динамического изменения приоритетов процессов в операционной системе Windows 10, Конспекты лекций из Операционные системы

Скачай Модель динамического изменения приоритетов процессов в операционной системе Windows 10 и еще Конспекты лекций в формате PDF Операционные системы только на Docsity! ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ИСПОЛНЕНИЯ НАКАЗАНИЙ ФКОУ ВО ВОРОНЕЖСКИЙ ИНСТИТУТ ФСИН РОССИИ Кафедра безопасности информации и защиты сведений, составляющих государственную тайну Курсовая работа по дисциплине «Операционные системы» Тема: «Модель динамического изменения приоритетов процессов в операционной системе Windows» Выполнил: курсант уч. группы Иб2-19, очной формы обучения рядовой внутренней службы Кузнецов Д. Э. Проверил: доцент кафедры БИиЗССГТ полковник внутренней службы Перегудов А. Н. Воронеж 2022 2 СОДЕРЖАНИЕ Введение…………………………………………………………....….3 ГЛАВА 1. Многоядерный процессор …………………...……….......4 1.1 Разработка первых процессоров…………..…………………...............4 1.2 Процессоры нового поколения…………………………………...6 ГЛАВА 2 Схемы приоритетов, их уровни, виды, принцип работ......8 2.1 Статические и динамические приоритеты ....................................8 2.2 Уровни приоритетов ......................... ............................................10 ГЛАВА 3 Планирование потоков.......................................................14 3.1 Планирование по сроку завершения............................................14 3.2 Планирование по принципу FIFO.................................................15 3.3 Циклическое планирование..........................................................16 ГЛАВА 4 Изменение приоритета процесса.......................................18 Заключение ......................................................................................... .21 Литература ........................................................................................... 22 5 ГЛАВА 1 МНОГОЯДЕРНЫЙ ПРОЦЕССОР Появление модели динамического изменения приоритетов процессов в операционных системах основывается на разработке и появлении многоядерных процессоров. Так как такие процессоры могут параллельно обрабатывать несколько команд, приоритет использования вычислительной мощности компьютера которым изменяется динамически в зависимости от поставленных перед ним задач. 1.1 РАЗРАБОТКА ПЕРВЫХ ПРОЦЕССОРОВ Процессоры на персональные компьютеры получились свое распространение в семидесятых годах прошлого столетия. Они выпускались большим количеством производителей. Практически каждой компании в то время, как собственно говоря и сейчас, хотелось использовать для их производства только самые новые технологии. Однако не у всех компаний получилось получить свое развитие настолько же сильно, как у Intel и AMD. Одни производители полностью пропали с рынка, другие же перешли в другую сферу деятельности. Однако следует рассказать обо всем поэтапно. Впервые мир услышал о процессорах в пятидесятых годах прошлого столетия. Они функционировали на механическом реле. Впоследствии стали появляться модели, которые работали при помощи электронных ламп и транзисторов. В те времена компьютерные устройства, на которые они устанавливались, были похожи на сложное и очень крупногабаритное оборудование. Их стоимость была очень высокой. Все компоненты процессоров отвечали за процесс вычисления. Нужно было разобраться с тем, каким образом, их можно было соединить в единую микросхему. Данная задумка воплотилась в жизнь практически сразу после появления схем полупроводникового типа. В те времена разработчики процессоров даже предположить не могли, что данные схемы окажутся 6 полезными в их деле. Именно по этой причине еще несколько лет они разрабатывали процессоры на нескольких микросхемах. В конце шестидесятых годов компания Busicom начала разработку своего нового настольного калькулятора. Ей потребовалось 12 микросхем и она заказала их у компании Intel. В то время у разработчиков данной компании появились идеи соединения нескольких микросхем в одно целое. Данная идея пришлась по душе руководителю фирмы. Ее преимущество заключалось в том, что при этом была возможность значительно сэкономить. Ведь не нужно было производить сразу несколько микросхем. Кроме того благодаря расположению элементов процессора на одной микросхеме можно было создать устройство, которое подходило бы для использования на самых разных видах оборудования, применяемых для совершения вычислительных процессов. В итоге проведенной специалистами корпорации работы появился первый в мире микропроцессор под названием Intel 4004. У него была способность совершать сразу шесть десятков тысяч операций всего за одну секунду. Он даже обрабатывал двоичные числа. Однако данный вид процессора не было возможности использовать для компьютеров, потому что для него еще не было создано таких устройств. Первым компьютер был создан студентом из Америки Джонатаном Титусом. В журнале «Электроника» он получил название Марк 2. В нем кроме всего прочего было дано описание данного устройства. Данное изобретение не помогло студенту заработать большие деньги. Изначально Титус планировал зарабатывать при помощи своего изобретения. Он планировал распространять за определенную стоимость печатные платы для создания собственных компьютеров. Потребителям приходилось остальные детали приобретать в магазинах. Конечно же у него не получилось заработать много, но он внес большой вклад в развитие компьютерной техники. 7 Одноядерный процессор - это микропроцессор с одним ядром на кристалле. Он выполняет цикл выборки-декодирования-выполнения один раз за такт, поскольку он выполняется только в одном потоке. Компьютер, использующий одноядерный процессор, как правило, работает медленнее, чем многоядерная система. Одноядерные процессоры раньше были широко распространены в настольных компьютерах, но поскольку приложения требовали большей вычислительной мощности, более низкая скорость одноядерных систем стала снижать производительность. Windows поддерживала одноядерные процессоры вплоть до выпуска Windows 11, где требуется двухъядерный процессор. Одноядерные процессоры все еще используются в некоторых нишевых условиях. Некоторые старые устаревшие системы, такие как те, которые работают под управлением устаревших операционных систем (например, Windows 98), не могут извлечь никакой пользы из многоядерных процессоров. 1.2 ПРОЦЕССОРЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ Вместе с многопотоком в начале 1993 года компания Intel представила свой процессор P5. Сегодня он известен под названием Pentium. Компании удалось усовершенствовать технологии, которые она раньше использовала для создания своих продуктов. Теперь их новинка обладала способностью справляться сразу с двумя задачами одновременно. Пропускная разрядность шины стала больше практически в два раза. Однако пользоваться данным процессором пользователи в полной мере не имели возможности, потому что для него необходимо было иметь специальную материнскую плату. Многоядерный процессор — центральный процессор, содержащий два и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в 10 устройство, имевшее ранее низший уровень приоритета, получает наивысший приоритет. В схеме циклической смены приоритетов с учетом последнего запроса все возможные запросы упорядочиваются в виде циклического списка. После обработки очередного запроса обслуженному ведущему назначается низший уровень приоритета. Следующее в списке устройство получает наивысший приоритет, а остальным устройствам приоритеты назначаются в убывающем порядке, согласно их следованию в циклическом списке. В обеих схемах циклической смены приоритетов каждому ведущему обеспечивается шанс получить шину в свое распоряжение, однако большее распространение получил второй алгоритм. При смене приоритетов по случайному закону после очередного цикла арбитража с помощью генератора псевдослучайных чисел каждому ведущему присваивается случайное значение уровня приоритета. В схеме равных приоритетов при поступлении к арбитру нескольких запросов каждый из них имеет равные шансы на обслуживание. Возможный конфликт разрешается арбитром. Такая схема принята в асинхронных системах. В алгоритме наиболее давнего использования (LRU, Least Recently Used) после каждого цикла арбитража наивысший приоритет присваивается ведущему, который дольше чем другие не использовал шину. Помимо рассмотренных существует несколько алгоритмов смены приоритетов, которые не являются чисто динамическими, поскольку смена приоритетов происходит не после каждого цикла арбитража. К таким алгоритмам относятся: • алгоритм очереди (первым пришел — первым обслужен); • алгоритм фиксированного кванта времени. В алгоритме очереди запросы обслуживаются в порядке очереди, 11 образовавшейся к моменту начала цикла арбитража. Сначала обслуживается первый запрос в очереди, то есть запрос, поступивший раньше остальных. Аппаратурная реализация алгоритма связана с определенными сложностями, поэтому используется он редко. 2.2 УРОВНИ ПРИОРИТЕТОВ Windows поддерживает шесть классов приоритета: 1. Idle (простаивающий), 2. Below normal (ниже обычного), 3. Normal (обычный), 4. Above normal (выше обычного), 5. High (высокий), 6. Realtime (реального времени). 12 Самый распространенный класс приоритета – normal, его использует 99% приложений. 1) Real-lime. Потоки в этом процессе обязаны немедленно реагировать на события, обеспечивая выполнение критических по времени задач. Такие потоки вытесняют даже компоненты операционной системы. 2) High. Потоки в этом процессе тоже должны немедленно реагировать на события, обеспечивая выполнение критических по времени задач. 3) Above normal. Класс приоритета, промежуточный между normal и high. Это новый класс, введенный в Windows 2000. 4) Normal. Потоки в этом процессе не предъявляют особых требований к выделению им процессорного времени. 5) Below normal. Класс приоритета, промежуточный между normal и idle. Это новый класс, введенный в Windows 2000. 6) Idle. Потоки в этом процессе выполняются, когда система не занята другой работой. Этот класс приоритета обычно используется для утилит, работающих в фоновом режиме, экранных заставок и приложений, собирающих статистическую информацию. 15 ГЛАВА 3 ПЛАНИРОВАНИЕ ПОТОКОВ Планирование потоков полагается на их приоритеты. Windows использует 32 уровня приоритета для потоков от 0 до 31:  16 — 31 — уровни реального времени;  1 — 15 — обычные динамические приоритеты;  0 — зарезервирован для потока обнуления страниц. Вначале поток получает свой Базовый приоритет, который наследуется от приоритета процесса:  реального времени (24),  высокий (13),  выше среднего (10),  обычный (8),  ниже среднего (6),  низкий (4). 3.1 ПЛАНИРОВАНИЕ ПО СРОКУ ЗАВЕРШЕНИЯ При планировании по сроку завершения принимаются все меры для того, чтобы выполнение определенных заданий заканчивалось к заранее обусловленному времени, или конечному сроку. Результаты этих заданий могут иметь очень важное значение, если они будут получены вовремя, и могут оказаться бесполезными после назначенного срока. Пользователь зачастую с готовностью внесет дополнительную плату, лишь бы система гарантированно завершила выполнение его задания в назначенное время. Планирование по сроку завершения сложно организовать по многим причинам. 16  Пользователь должен заранее точно указывать, какие ресурсы потребуются для выполнения его задания. А подобную информацию можно иметь лишь в редких случаях.  Система должна выполнять задания к сроку без серьезного снижения уровня обслуживания других пользователей.  Система должна тщательно распределять загрузку своих ресурсов вплоть до указанного срока завершения задания. А это может быть достаточно трудно, поскольку могут поступать новые задания, предъявляющие к системе непредсказуемые требования. Если приходится иметь дело одновременно со многими заданиями, для которых задается срок выполнения, то планирование может настолько усложниться, что потребуются специальные методы оптимизации, гарантирующие соблюдение всех сроков. Активное управление ресурсами, необходимое при планировании по сроку завершения, может быть связано с существенными накладными расходами. Хотя пользователи согласны идти на достаточно высокую плату за предоставление услуг, обеспечивающих выполнение их заданий в указанные сроки, общий объем затрачиваемых на это системных ресурсов может оказаться настолько большим, что остальные пользователи, работающие с системой, будут страдать от ухудшенного обслуживания. Разработчики операционных систем должны тщательно учитывать возможность подобных конфликтов. 3.2 ПЛАНИРОВАНИЕ ПО ПРИНЦИПУ FIFO («First in – First out» - «Первый пришедший обслуживается первым») По-видимому, наиболее простой дисциплиной планирования является принцип FIFO («первый пришедший обслуживается первым») (рис. 11.2). Центральный процессор предоставляется процессам в порядке их прихода в 17 очередь готовности. После того, как процесс получает ЦП в свое распоряжение, он выполняется до завершения. Рис. 11.2 Планирование по принципу FIFO («первый пришедший обслуживается первым») Принцип FIFO — это дисциплина планирования без переключения. Если рассуждать формально, то этот принцип можно считать справедливым, однако он все-таки в определенном смысле несправедлив тем, что длинные задания заставляют ждать короткие задания, а менее важные задания — более важные. Принцип FIFO характеризуется относительно небольшими колебаниями времен ответа и поэтому большей предсказуемостью, чем большинство других дисциплин обслуживания. Его не рекомендуется применять при планировании заданий пользователей, работающих в интерактивном режиме, поскольку он не может гарантировать хорошие времена ответа. В современных системах принцип FIFO редко используется самостоятельно в качестве основной дисциплины обслуживания, а чаще комбинируется с другими схемами. Например, во многих схемах планирования предусматривается диспетчирование процессов в соответствии с их приоритетами, однако процессы с одинаковыми уровнями приоритета диспетчируются по принципу FIFO. 3.3 ЦИКЛИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ При циклическом, или круговом, планировании (round robin, RR) (рис. 11.3) диспетчирование процессов осуществляется по принципу FIFO, однако 20 2. В диспетчере задач перейдите на вкладку «Подробности». Если она не отображается, сначала нажмите по кнопке «Подробнее» внизу окна диспетчера задач. 3. Нажмите правой кнопкой мыши по процессу, приоритет которого следует изменить. 4. Выберите в контекстном меню пункт «Задать приоритет» и установите одно из значений: Реального времени, Высокий, Выше среднего, Обычный, Ниже среднего, Низкий. 5. Подтвердите изменение приоритета. Учитывайте, что в случаях, когда вы задаете приоритет для важных, постоянно используемых для работы системных процессов, появится предупреждение о том, что «Изменение приоритета некоторых процессов может нарушить стабильность системы» 21 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной курсовой работе были проанализированы модели динамического изменения приоритетов процессов в операционной системе Windows 10, их классификация, методы планирования, а также способ оптимизации ПК вручную. Модель динамического изменения приоритетов процессов в операционной системе Windows 10 применяется для эффективной и быстрой работы, помогает рационально использовать многоядерные процессоры. Таким образом, динамическое изменение приоритетов имеет крайне важное значение для ПК с многоядерными процессорами, так как они определяют порядок обработки потоков процессов различных программ, тем самым обеспечивает стабильную работу и высокую производительность 22 ЛИТЕРАТУРА 1. https://derudo.ru/ustroystvo_kompyutera.html 2.https://tproger.ru/explain/how-cpu-works/. 3.https://itspectr.ru/chto-tkakoe-personalnyj-kompyuter-ustrojstvo-vidy-i- naznachene-pk/. 4.https://studfile.net/preview/3640/page:4/. 5.http://henu3gu.narod.ru/evm/166-168.html. 6.https://intuit.ru/studies/courses/1089/217/lecture/5595?page=2. 7.https://helpiks.org/8-59491.html. 8.https://studfile.net/preview/1175395/page:20/. 9.https://sysadminium.ru/planirovanie_potokov_windows/. 10.https://vuzlit.com/972856/izuchenie_dinamicheskogo_izmeneniya_priorit eta_potoka_aktivnogo_protsessa. 11. https://ru.wikipedia.org/wiki/Многоядерный_процессор