Gábor Dénes Főiskola ELŐADÁS VÁZLATOK OPERÁCIÓS RENDSZEREK 0 Vezetőtanár: KNAPP GÁBOR 00 Előszó A tárgy célja Informatikai célok Általános mérnöki célok Menedzsment aspektusok Az alkalmazott módszerek Megközelítés Esettanulmányok Számítási példák Számonkérés Eredmény. Oldal Cél. Módszer Eredmény. Oldal Konkrét célok ( informatikus ) Az operációs rendszerek lehetőségeinek és korlátainak megismerése és megértése, értelmezése. Egyszerűbb telepítési, konfigurálási lépéseket elvégezése (főleg a gyakorlatok anyaga) Kommunikációs képesség kialakítása a speciális szakemberekkel (a probléma pontos megfogalmazása, a szakkifejezések helyes használata, a hiba lehetséges okainak behatárolása) és a felhasználókkal (mit lehet elvárni az operációs rendszertől és mi számít hibának). (az informatikus szakma interfész jellegű!). Oldal Cél. Módszer Eredmény Általános célok ( mérnök ) Mérnöki precizitás és koncentráció a precizitás a számítási feladatoknál. Megértés << Megtanulás << Alkalmazás!!! Sarokpontokból (axiomákból) kiinduló, illetve ezekre visszavezető analizáló/szintetizáló gondolkodásmód. Egészséges kételkedés (szkepticizmus) Egy állítást csak akkor fogadjunk el, ha az tudományos alapokból kiindulva tudományos módszerekkel levezethető (Ha ezt nem tudjuk megtenni, attól még az állítás lehet igaz, de kételkedni kell. Egy tekintély (tanár stb.) szava önmagában nem elég!) Cél. Módszer Eredmény. Oldal Általános célok ( vezető, menedzser ) Az elvégzendő tevékenységek és a rendelkezésre álló erőforrások összehangolása az eredményesség és hatékonyság érdekében. Nincs jó és rossz. Az adott körülmények között optimumot keresünk. Egyensúly a szervezetlenség és a túlszabályozás között Erőforrások maximális kihasználása (erőforrásból mindig kevés van!) Gazdálkodás az idővel (Tevékenységek ütemezése) Kockázatok kezelése (Hatékonyság vs. Biztonság) Cél Módszer. Eredmény. Oldal Megközelítés Kívülről haladunk befelé (a felhasználói felülettől a rendszermag komponensei felé), mert Taktikai ok: Így jobban szinkronban lehetünk a párhuzamosan folyó gyakorlatokkal Stratégiai ok: Az operációs rendszerek a feladatok egyre nagyobb hányadát vállalják ugyan magukra, de egyre jobban elrejtőznek, háttérbe vonulnak, így a felhasználók többsége inkább csak a felülettel találkozik. Az Elmélet és a Gyakorlat adminisztratív szempontból független
6. Oldal Cél Módszer. Eredmény Esettanulmányok Az elméletben tanultakat gyakorlati példákkal, elsősorban a Linux ismertetésével illusztráljuk Az operációs rendszerek belső felépítése a 0-es évek közepén, a Unix megjelenésével kialakult A Linux gyorsan terjedő, nyílt operációs rendszer, így belső felépítéséről is sokat lehet tudni. Célunk többek között, de nem utolsó sorban az, hogy bemutassuk, hogy A gyakorlat mindig bonyolultabb, összetettebb A hatékonyság és biztonság között kompromisszumot kell kötni. Cél Módszer. Eredmény. Oldal Számítási feladatok A fontosabb algoritmusokat számítási példák segítségével is feldolgozzuk A feladatok a számonkérés meghatározó részét képezik Mélyebb tudást követelnek, precizitásra ösztökélnek Felmérhető, hogy a hallgatók mennyire képesek alkalmazni a tanultakat Az alternatív algoritmusok mennyiségi összevetésére is alkalmasak 8. Oldal Cél Módszer. Eredmény Számonkérés A második előadástól zárthelyik (összesen db). Öt, néhány mondatban megválaszolandó kérdés Az egyik kérdés gondolkodtató, nem mechanikusan megválaszolható. Három kérdés + Kettő számítási feladat. Kettő kérdés + Kettő számítási feladat Ötven százalékos eredmény felett megajánlott jegy! A zárthelyik egyre nehezebbek! A konzultációkon tárgyalt anyagrészeket a ZH kérdések alapján foglaljuk össze. Cél Módszer Eredmény 9. Oldal Kommunikációs készség kialakítása (specialisták, felhasználók, döntéshozók felé), A szakkifejezések ismerete és értelmezése Az alkalmazáshoz szabott operációs rendszer kiválasztása, korlátainak felismerése és kezelése Egyszerűbb paraméterezési eljárások Mérnökibb gondolkodásmód Bevezetés A számítógépek felépítése (ismétlés) Múlt, jelen, jövő Alapfogalmak Folyamatok, Erőforrások Az operációs rendszerek felépítése, feladata 0. Oldal ÓRA VEZÉRLŐ BUSZ MEMW MEMR IOW IOR µp Memória IRQ CÍMBUSZ ADATBUSZ. Oldal I/O
Program betöltése, PC beállítása nem Utasítás lehívása PC növelése Végrehajtás Neumann-ciklus, elvek igen Vége? Vége!. Oldal Tárolt program Kettes számrendszer Vezérlőegység Aritmetikai-Logikai egység Perifériák Periféria Memória átvitel módjai. Oldal Lekérdezéses módszer (polling) A CPU a periféria egy adott port-ját folyamatosan olvassa, ha változást észlel, az új adatot elhelyezi a memóriában Könnyű programozni, de a CPU kihasználás siralmas Megszakításos (interrupt) A periféria elég intelligens ahhoz, hogy szóljon, ha kiszolgálási igénye van (megszakítást kér) A CPU csak az átvitel idejére foglalt Nehezebb programozni Közvetlen memória átvitel (DMA) Megszakítással indul A CPU felprogramozza a DMA vezérlőt (honnan, hova, mennyit) A DMA vezérlő önállóan intézi az átvitelt Nagy mennyiségű adatnál célszerű, kicsit nehezebb programozni Polling DMA Periféria Memória átvitel összehasonlítása Interrupt Kezdeményező CPU Periféria Periféria Végrehajtó CPU CPU DMA. Oldal µp Mikrokód, regiszter támogatás Memória Operációs rendszer SÚLYPONTJA CÍMBUSZ. Oldal I/O Eszköz vezérlő áramkörök ADATBUSZ 6. Oldal. Oldal A logikai modell Alkalmazások (Word, Excel) Magas szintű nyelvek (Pascal, C) Alacsony szintű nyelvek (Assembly) Operációs rendszer Hardver (Memória, busz, perifériák) CPU (mikroprogram, regiszterek) Logikai áramkörök (kapuk, összeadó) John Vincent Atanasoff (90-99)
8. Oldal 9. Oldal Open shop Closed shop input in felhasználó output Számítógép felhasználók operátor out Számítógép 0. Oldal. Oldal Mágnesszalag alkalmazása Parancsnyelv (pl. JCL) felhasználó Segédszámítógép operátor in out Monitor Nagy számítógép $ JOB OK # a munka neve $ FTN # a FORTRAN fordító indítása - - # FORTRAN programsorok - $ LOAD # a lefordított program betöltése $ RUN futtatás - - # a program bemenő adatai - $ END # a munka vége. Oldal. Oldal Spooling rendszer Átlapoló rendszer (pipelined) DMA futtatás DMA JOB JOB IN EXEC IN EXEC OUT DMA DMA JOB IN EXEC OUT JOB IN EXEC OUT
. Oldal. Oldal Multiprogramozás Időosztásos, interaktív rendszerek Eszköz kezelő Megszakítás kezelő Processzor kezelés Memória kezelés Állománykezelés Erőforrás kezelés CPU MEM Rendszerhívások, válaszok JOB 0 JOB JOB JOB x Eszköz kezelő Megszakítás kezelő KERNEL (CORE) Processzor kezelés Memória kezelés Állománykezelés Erőforrás kezelés CPU MEM Rendszerhívások, válaszok SHELL Felhasználói felület JOB JOB JOB x Operációs rendszerek feladatai Eszközkezelők Megszakítás kezelő Rendszerhívások, válaszok Erőforrás kezelő Memóriakezelő Állomány- és lemezkezelés Felhasználói felület 6. Oldal Az interaktív rendszerek új szempontjai Emberi válaszidő Időosztás (time sharing) Felhasználói felület Kiegészített parancsnyelv Barátságos felület Felhasználói adminisztráció. Oldal Feldolgozási módok 8. Oldal Kötegelt Legfontosabb a hardver kihasználása Minimális adminisztráció Az ütemezést a folyamatok maguk vezérlik (azaz környezetváltás a befejezéskor vagy olyan erőforrás igénylésénél, amely éppen nem érhető el kb. kooperatív multitasking) Időosztásos A felhasználók a fontosak (rövid válaszidő) Interaktív rendszerek (preemptív multitasking) Biztonsági és kommunikációs probklémák Valósidejű Véges időkorláton belül kiszolgál max. terhelés esetén is Folyamatvezérlés Esemény a kezdeményező IBM - PC 98 Program fejlesztési támogatás Személyi számítógépek Xerox - Alter 8800 9 Apple - Macintosh 98 Grafikus felhasználói felület 9. Oldal Novell - NetWare 98 Lokális hálózatok Legfontosabb a felhasználó!
0. Oldal. Oldal Tendencia mainframe A Unix jelentősége Multics Unix Hardver kezelés minicomputer Unix Unix Kezelői felület 90 980 000 micrcomputer A közös ős Alkalmazkodó Szabványteremtő Unix 960 90 980. Oldal Többprocesszoros rendszerek Nagyobb átbocsátó képesség Erőforrás megtakarítás Megbízhatóság növekedése (Fault tolerant system) Szimmetrikus (SMP) Aszimmetrikus A hardver és szoftver együttműködése szükséges! Elosztott rendszerek (hálózatok) Rugalmasság Erőforrásmegosztás Sebességnövekedés Megbízhatóság Kommunikáció. Oldal DE! Biztonsági kérdések, hozzáférés szabályozása Folyamatok (task, process). Életre kelt programok. Oldal. Olyan programok, amelyeknek van folyamatleíró táblája Folyamatleíró blokk (PCB, TSS) Folyamat azonosítója Programszámláló állása Folyamat állapota Regiszterek tartalma Memóriaterület adatai Perifériák, állományok állapota. Oldal
Környezetváltás (context switching) 6. Oldal A CPU egy másik folyamat/szál utasításainak végrehajtásába kezd Átkapcsoláskor el kell menteni minden olyan adatot, amely az éppen félbeszakított folyamat folytatásához szükséges PCB Memória PCB PCB.lépés.lépés CPU regiszterek Szálak és Folyamatok. Oldal Folyamatok Környezetváltáskor minden paraméter mentendő a PCBbe Saját erőforrásokkal rendelkezik, biztonságos Szálakat hoz(hat) létre Szálak Gyors (környezetváltáskor minimális adatot kell menteni PC, regiszterek) Veszélyes, mert nincs saját erőforrása (közösen használják a szülő folyamat erőforrásait) Csak jól tesztelt, biztonságos környezetben! 8. Oldal 9. Oldal Erőforrások Erőforrások típusai Minden, ami egy folyamat végrehajtásához szükséges (memória, processzor,perifériák állományok stb.) Megszakítható (preemptív) A folyamatoktól az erőforrás a folyamat vagy erőforrás károsodása nélkül elvehető Nem megszakítható (non-preemptív) Az erőforrás használat félbeszakítása esetén a folyamat vagy erőforrás sérülhet! 0. Oldal. Oldal Operációs rendszer (Erőforrás szemlélet) A folyamatok egy olyan csoportja, amely a felhasználói folyamatok között elosztja az erőforrásokat Operációs rendszer (Felhasználói szemlélet) A folyamatok egy olyan csoportja, amely megkíméli a felhasználókat a hardver kezelés nehézségeitől, kellemesebb alkalmazói környezetet biztosít
DOS OS/ WIN. WIN 9 WIN NT AIX Enterprise Resource Planning ------------------------------------------------- SAP, JDE, SSA, PeopleSoft, etc. Folders Netware SMB. Oldal Az operációs rendszer szerkezete Felhasználói programok Program készítési támogatás Felhasználói folyamatok kiszolgálása Rendszerhívások Válaszok Processzorkezelés Rendszermag Memóriakezelés (KERNEL) Állománykezelés Eszközmeghajtók Megszakítás kezelés Hardver Application Development Application Development Env/Tools Server Support Simplification - Ops Navigator - Java Framework - Packaging - Information Access Service/ Install/ PTFs Benchmark Performance Scalability/ Limits Availability/ Recovery AS/00e server Function and Structure Networks Client Access Express Systems Mgmnt CPI-C RPC -Mgmnt Central Msg-Q - Problem Sockets - Inventory -Remote Operations I/O Mgr Communications Security Server Applications Systems Business Applications Lotus Notes Management San Francisco ERP DOMINO Agent/Manager ---------------------------- --------------------------- ---------------- Common Business Tivoli TME Lotus Script Object Framework Runtime Libraries Posix Interfaces ----------- CPA Threads I/O Application Enablers Web Server Enablers GBOF (Generic - HTTP, CGI-BIN BusinessObject - Macro Processor Framework) - Server Functions CB Connector Class Libraries JAVA Class Libraries - AWT - JDBC - EJB Native Threads TIMI System Enablers Network Station Manager Program Models OPM/ILE, JAVA, PASE Performance Instrumentation Communications, Workstations, and DASD 0 Terminal DASD Client Network Station Compression Access Switchable ASPs 000 BSD - Unix - PPC arms 0 Emulation 0 Emulation Browser Java VM X-Windows Process Mgmnt Distributed Services Integrated File System Processors N-way SMP WARP Server Exception / Event Processing LPAR. Oldal Web Server -------------------------- Information Access and Transactions SQL Data Base Data Base Storage Mgmnt Multi-threaded Clustering Giga processing SCALEABILITY Server Application IOPs NT Applications NT P6 Secure Network Gateway (Firewall) Notes Netware WARP Server OS/ P Megszakítások fajtái. Oldal Megszakítás (Interrupt) A perifériák jelzése a processzor számára (pl adatátvitel vége) Kivételek (Exception) A processzorműveletek során keletkező hibák esetén (pl rossz címszámítás, osztás 0-val) Nem maszkolható megszakítások (NMI) súlyos hardver (pl RAM, tápfeszültség) hiba Csapda (Szoftver megszakítás, Trap) a felhasználói folyamatoktól érkező rendszerhívások. Oldal Operációs rendszerek minőségi követelményei Hatékonyság Sebesség Felhasználó barátság Könnyű fejleszthetőség Skálázhatóság Menedzselhetőség Sok funkció Rugalmasság Biztonság Hozzáférés védelem Stabilitás Megbízhatóság Hibatűrés Bizalmasság Naplózás Ellentétes követelmények! (azonos költség esetén) 6. Oldal. Oldal Megszakításkérés Megszakítás-kezelés lépései Eredeti folyamat Windows Példa: DOS+Windows Felhaszálói alkalmazás Elfogadás DOS Állapot elmentése Privilegizált mód Kiszolgáló rutin címe Állapot visszállítása Felhasználói mód BIOS Hardver A kérés kiszolgálása
8. Oldal 9. Oldal Virtuális gépek: Az IBM VM Virtuális gépek: JAVA Java Alkalmazás I. Alkalmazás II. Alkalmazás III. Alkalmazás I. Operációs rendszer II. Operációs rendszer III. Operációs rendszer Java Virtuális gép Virtualizáló kernel Hardver Hardver Informatikai rendszerek jellege 0. Oldal Jelenleg digitális számítógépeken alapulnak (Nem törvényszerű, de most ez a legolcsóbb, leghatékonyabb. Vannak azonban olyan feladatok, amelyek más módon oldhatók meg kedvezőbben.) Többfeladatos, elosztott (hálózati) rendszerek Leggyakrabban kliens-szerver architektúra A hardver erősödésével a maximális hatékonyság helyett a kényelem és a biztonsági kérdések fontossága nő. (komponens alapú fejlesztés) A kliens egyre inkább vékony, tehát a kliensen csak egy böngésző fut, az alkalmazás és az adatok szerver oldalon vannak Tipikus logikai architektúra Web szerver Alkalmazás szerver Adatbázis Operációs rendszer Hardver Szerver Web böngésző Operációs rendszer Hardver (Hálózat) (vékony) Kliensek. Oldal Web böngésző Operációs rendszer Hardver. Oldal. Oldal Korszerű szerver architektúra Cluster Háttértár CPU MEM LAN FC Összefoglalás Folyamatok, PCB fogalma Erőforrás fogalma, alaptípusai Operációs rendszerek funkciói Kommunikáció: Megszakítások Rendszerhívások Fibre Channel LAN
A felhasználói felület A felhasználó és a rendszermag A programozói felület Segédprogramok, alrendszerek Jellemzők. Oldal Felhasználói szintek (szempontok). Oldal Végfelhasználó Grafikus felület Hatékonyság, Biztonság Egyre több funkció a háttérben történjen (automatikusan) Fejlesztő (rendszer vagy szoftver) Komponens alapú alkalmazásfejlesztés Magas szintű formalizmus Objektumorientált megközelítés Üzemeltető (rendszer menedzser) Hibatűrés Központi menedzsment Fejlesztői szerepek Az informatikai szakmák hasadnak, specializálódnak 6. Oldal access provider (hozzáférést biztosító - ISP, ASP) szakmunkások: digitalizáló, operátor, rendszergazda content provider (tartalom szolgáltató - infolaikus) újságíró, esztéta, nyelvész, jogász content builder (alkalmazásfejlesztő - ) látványtervező, interaktív fejlesztő, forgatókönyv író stb. programfejlesztő, adatmodellező, adatbázis tervező stb. A felhasználói felület részei A programindítás eszközei A rendszermag szolgáltatásai A programozói felület Alapvető segédprogramok. Oldal 8. Oldal 9. Oldal A perifériák beállítási lehetőségei A memória beállítási lehetőségei Kézi beállítások Automatikus beállítások Félautomata beállítások Config.sys Plug and Play Scan for Devices Bufferek száma, mérete (hálózat, lemez) Leíró táblák száma (pl. FCB) Lemezgyorsító tár (cache) Felhasználási módok (EMS, HMA,XMS)
60. Oldal 6. Oldal A programozói felület Programkészítés API (Application Programming Interface) SDK (Software Development Kit) Rendszerhívások = Függvények DOS - kb. 00 alapvető függvény Windows - kb. 000 magasszintű fv. Forráskód (algoritmus) Tárgykód (könyvtárak) Betölthető kód (program) Rendszer könyvtárak Programok készítése C fordító Szerkesztő C forrás Tárgykód Betölthető program ASM fordító 6. Oldal Assembly forrás Tárgykód 6. Oldal Strukturált programfejlesztő környezet Editor (ASCII szövegszerkesztő) Forráskód szerkesztése Compiler(ek) (Fordító) Tárgykód előállítása Linker (Kapcsolatszerkesztő) Címek összehangolása Loader (Betöltő) A DOS-nál még Az Operációs rendszer részei! Memóriába töltés (ha az OS loader-ét használnánk, nem lenne lehetséges a nyomkövetés, hiszen az OS maga védené az új folyamatot) Debugger (Hibakereső) 6. Oldal 6. Oldal Parancsértelmező Elnevezések (A lényegesnek tartott funkció szerint) Shell (DOS-Shell, Bourne-shell) Command interpreter (command.com) Monitor (Novell) Manager (Program, Fájl, Nyomtató) A parancsértelmező feladatai Programindítás Fájlkezelés Programkörnyezet beállítása Folyamatok futásának ellenőrzése Vezérlési szerkezetek
66. Oldal 6. Oldal Programindítás A program környezete Közvetlen indítás (név beírása, load, run) Közvetett elérés Keresési útvonalak Láncolt (kötegelt) futtatás (*.bat, *.ncf) Automatikus programbetöltés Paraméterek Kapcsolók Átirányítási adatok Környezeti változók 68. Oldal A program környezete Az alkalmazás az operációs rendszer egy gyerek folyamatának tekinthető Kicsit hasonlít a helyzet a szubrutin híváshoz (de ezek a szubrutinfolyamatok párhuzamosan futnak!!!) Paramétereket kell átadni neki, ezek alkotják a program környezetét (kb. a parancsikon tulajdonságai) A program környezete Globális változók: keresési útvonal, parancssor, OS változók, munkaterület Aktuális paraméterek: Paraméterek (a művelet tárgya ) Kapcsolók (a művelet jelzői ) Átirányitások (a művelet helyhatározója ) (az állítmány maga a program, az alany az operációs rendszer) (Kedves operációs rendszer,) másold át az x.y fájl tartalmát binárisan a képernyőre! COPY X.Y /b >>CON Alrendszerek Állománykezelő Programfejlesztői Adatbázis kezelő Kommunikációs 69. Oldal Felhasználói felület jellemzői Könnyű legyen megtanulni Méretezhető legyen Lehessen visszavonni Törölni lehessen a műveleteket Többszintű súgó rendszer Hasonlítson az élő nyelvhez Minden parancsra legyen válasz Hasonló funkciók hasonló módon 0. Oldal A Windows9 néhány ablaka. Oldal
. Oldal Ablakozó rendszerek Követelmények A multitask környezet miatt megoldandó az események címzettjeinek felismerése (aktív ablak, fókusz) Eszközfüggetlen működés biztosítandó Az adatforgalom a kliens és szerver között csökkentendő Megoldás Szerver-kliens architektúra X-szerver, X-kliens, X., X-window out in X-window architektúra Munkaálomás Megjelenítő szerver Alkalmazás kliens 0-0000km. Oldal Távoli gép Megjelenítő kliens Alkalmazás szerver Felhasználói input Felhasználói output (ablak) Üzenetvezérlés Rendszer sor Program sora Megjelenítő Grafikus interfész. Oldal Üzenet kezelő Ablak kezelő Alkalmazás Eszközfüggetlen működés. Oldal A megjelenítő szerver az alkalmazás szabványos, eszközfüggetlen üzenetei alapján állítja össze a megjelenítendő képet Az alkalmazásnak nem kell ismernie a munkaállomás perifériáit, a megjelenítésről a helyi szerver gondoskodik (GUI) A GUI az alapvető objektumokat maga állítja elő az alkalmazástól kapott paraméterek alapján Adatforgalom csökkentése 6. Oldal A Norton Commander. Oldal Nem mozognak az átviteli csatornán nagyméretű képernyőtartalmak, csak az ezek összeállítására vonatkozó utasítások A GUI az alapvető objektumokat maga állítja elő az alkalmazástól kapott paraméterek alapján Az ideiglenesen nem használt felületek tartalma tárolódik az X-szerveren Lehetőség szerint csak a változásokra vonatkozó utasítások mozogjanak
Összefoglalás Felhasználói felületek célja beállítási lehetőségek programindítás Programkészítés lépései Grafikus, üzenetvezérelt felületek 8. Oldal Fájlok, katalógusok Fájlnevek, jellemzők Közvetett hivatkozások Katalógus szerkezetek Hozzáférési jogok Fájlok elhelyezése Műveletek állományokkal, katalógusokkal 9. Oldal 80. Oldal 8. Oldal File = Állomány Adatok egy olyan csoportja, melyre együttesen, egy névvel hivatkozhatunk Fájltípusok Ideiglenes rendszerállományok (pl. virtuális memória) Adminisztratív állományok (pl. katalógusok) Felhasználói állományok 8. Oldal 8. Oldal Tipikus fájlnevek Helyettesítő karakterek DOS UNIX Win 9 (hosszú) Win 9 (rövid) VMS EZEREGY.DOC Az.Ezeregy.Ejszaka.Mesei.DOC Az ezeregy éjszaka meséi.doc AZEZER~.DOC EZEREGY.DOC; JÓ NEM JÓ LEVI?.TXT LEVI.TXT LEVI0.TXT LEVI.TXT *NI.DOC DANI.DOC DANO.DOC ZOKNI.DOC [TD]OBOZ TOBOZ KOBOZ (unix!) DOBOZ doboz
8. Oldal 8. Oldal Fájl jellemzők Jogosultságok típusai Fáljnév Méret Utolsó módosítás ideje Attribútumok [Hozzáférési jogok] Fizikai elhelyezkedés Olvasás (Read - R) Írás (Write - W) Létrehozás (Create - C) Végrehajtás (execute - X) Törlés (Erase - E) Jellemzők módosítása (Modify - M) Hozzáférés módosítása (Access control - A) 86. Oldal 8. Oldal Katalógus = Directory ( könyvtár ) Olyan speciális állomány, melynek tartalma a fájlok nevét és jellemzőit tartalmazó rekordok listája FILE hardlink hardlink hardlink softlink softlink FILE Láncolás Állandó lemez FILE Cserélhető lemez FILE 88. Oldal 89. Oldal Egyszintű katalógus Kétszintű katalógus Fájlok FÁJLOK Katalógus KATALÓGUS MASTER KATALÓGUS
Katalógus Gyökér Root Fa struktúra 90. Oldal Fájl Aciklikus gráf 9. Oldal A hierarchikus katalógus struktúra általánosítása Hasonló a közvetett file eléréshez (kb. parancsikon) Rugalmasabbá teszi a szervezést, de bonyolítja fájl rendszert Többszempontú csoportosítást tesz lehetővé Alkalmazások, adatbázisok szintjén már megjelent Lotus notes, Media 60 Körbejárható útvonal értelmetlen, kialakulása zavart okoz, így nem megengedett Katalógus Fájl Gyökér Root TILOS! (ciklus) 9. Oldal 9. Oldal Címzés a fájlrendszerben Példák fájl elérésekre Abszolút címzés kiindulópont a gyökér, a cím / -rel kezdődik Relatív címzés kiindulópont az aktuális katalógus.. a szülő,. az aktuális katalógus neve COMMON word.exe excel.exe NAGY diploma.doc adatok.txt PAPP diploma.doc masolat.doc Aktuális katalógus..\common\word.exe \nagy\adatok.txt.\diploma.doc masolat.doc 9. Oldal 9. Oldal Fájlok elhelyezkedése Szabad helyek nyilvántartása Folytonos: first, worst, best Láncolt: FAT Indexelt: INODE Első üres blokk címe Szabad helyek nyilvántartása Üres blokk címe Mérete 0 6 8 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
6 8 9 0 6 8 9 0 6 8 9 0 6 8 9 0 6 8 9 0 6 8 9 0 6 8 9 0 6 8 9 0 6 8 9 0 6 8 9 0 96. Oldal 9. Oldal Folytonos elhelyezés Láncolt elhelyezés 0 Új fájl Szabad terület 0 FIRST BEST WORST 0 0 0 0 0 0 Fájl Katalógus FAT 0 6 8 Lemez Fájl Indextábla alkalmazása INODE 98. Oldal Lemez 6 8 9 0 Az i-node tábla alkalmazása nagy fájloknál 6 8 9 0 99. Oldal 6 8 9 6 0 8 9 0 6 8 9 6 0 8 9 0 6 8 9 0 6 8 9 0 6 8 9 0 6 8 9 0 6 8 9 0 6 8 9 0 6 8 9 0 6 8 9 0 Katalógus + + *= + **= Linuxnál a magasabb szintű táblák 6 eleműek! ( 6) Műveletek állományokkal Létrehozás Keresés katalógusban Írás, olvasás megnyitás pozicionálás írás-olvasás lezárás Törlés 00. Oldal 0. Oldal PCB és FCB kapcsolata PCB (Process Control Block) A folyamat folytatásához szükséges adatok FCB (File Control Block) A fájl művelet folytatásához szükséges adatok Tartalma Logikai azonosító Aktuális pozíció (hol tartok az olvasással?) Megnyitási mód (írás, olvasás, bináris, szöveg) Zárolási adatok (ne piszkáljon bele senki!) Változás jelző stb. (el kell menteni, mert megváltozott a tartalom!) A PCB tartalmazza az folyamat által használt fájlok FCB-ire mutató pointereket is!
Fájlrendszerek jövője (vízió!) 0. Oldal Jelen Katalógus (leíró információ) Fájl (tartalom) A katalógus célja a kereshetőség, rendszerezés Kereshetőségi szempontok: Név, Idő, Méret KEVÉS, többszempontú kereshetőség kell A katalógos elemeinek a bővítése operációs rendszer szinten csak időleges megoldás Egyéni bővíthetőség esetén elveszik a hordozhatóság Jövő (megoldás) ÖNLEÍRÓ állományok, azaz a rendszer a struktúráját SZABVÁNYOS módon hordozza (XML) Ez nem más, mint az ADATBÁZIS (relációs, OO)! A fájlrendszerek ELTŰNNEK, vagy legalábbis az adatbázis koncepció felé tartanak. Összefoglalás Fájlok szerepe, jellemzői Elnevezések, célja beállítási lehetőségek programindítás Programkészítés lépései Grafikus, üzenetvezérelt felületek 0. Oldal Lemezkezelés 0. Oldal Háttértárolók felépítése Szalag, Lemez, CD Fizikai lemezkezelés Ütemezés, Címszámítás, Adatátvitel Az adattárolás optimalizálása Blokkméret Tömörítés, redundancia Mágnesdob Buborékmemória Múlt Háttértárak Mágneslemez Optikai lemez Mágnesszalag 0. Oldal Biológiai tároló Holografikus tároló Jövő 06. Oldal 0. Oldal Merevlemezek felépítése Lemezfelületek felosztása Sáv Szektor Blokk
08. Oldal 09. Oldal Mágneslemezek jellemzői Optikai lemezek felépítése Technikai jellemzői Kapacitás: -0GB Elérési idő: 0 ms Adatátviteli sebesség: -0 Mb/s Alkalmazása Virtuális memória Programok tárolása Adatok tárolása Hordozó Tükröző réteg Lézer dióda Érzékelő Feliratok Műanyag védőréteg 0. Oldal. Oldal Optikai lemezek jellemzői Mágnesszalagok felépítése Technikai jellemzői Kapacitás: 60MB-GB Elérési idő: 00 ms-tól Adatátviteli sebesség: 0 kb/s-tól Alkalmazása Archiválás Program kereskedelem Nagy adatbázisok, lexikonok Sávok Inter-record gap Keret Rekord Inter-file gap Kapacitás: -6 GB Keresési idő: 0- perc Adatátviteli idő: -0 Mb/sec Újra felhasználható! Mágnesszalagok jellemzői Technikai jellemzői Kapacitás: -6 GB Keresési idő: 0- perc Adatátviteli idő: -0 Mb/sec Újra felhasználható! Alkalmazása Nagy mennyiségű, összefüggő adat Archiválás, adatmentés Nagy tömegű adat átvitele Sok adat átmeneti tárolása. Oldal HDD-IDE HDD-SCSI HDD-FC CD-ROM CD-RW DVD-ROM DVD-RAM Streamer DAT DLT Háttértárak összehasonlítása. Oldal Kapacitás Elérés Átvitel Ár/MB.. GB 8 ms 00 MB/s 000 Ft/GB 9.. GB ms 80 MB/s 8000 Ft/GB 0.. GB 0 ms 00 MB/s 000 Ft/GB 60 MB 00 ms 6 MB/s 00 Ft/GB 60 MB 00 ms 6 MB/s 00 Ft/GB 8/6 GB 00 ns 6 Mbps n.a.,/ GB 0 ms MB/s 000 Ft/GB..0 GB n.a. MB/s 000 Ft/GB GB n.a. MB/s 00 Ft/GB 0/0 GB n.a. 0 MB/s 00 Ft/GB
. Oldal. Oldal Mágneslemezek Blokkméret Tömörítés Adatvédelem. adat. adat. adat. adat Helykihasználás Kihasználhatatlan blokkok 0, 0, 0,9 0, Foglalt hely Szabad hely Használhatatlan hely Átlagos helypazarlás: 0, BLOKK 6. Oldal. Oldal Foglaltsági tábla Blokkok elhelyezkedése A lemez kapacitása GB = 0 bájt Blokkméret Foglaltsági tábla mérete = 9 bájt 0 / 9 / = 8 6 kb 08 = bájt 0 / / = 6 6 kb 6k = 6 bájt 0 / 6 / = kb. lemez. lemez. lemez. lemez 9 9 6 6 0 0 8 9 8 8 6 6 0 lemez, 9 szektor, : interleave 8. Oldal A beolvasott adatok továbbítása Beolvasási sebesség A mágnesesen rögzített jelek megtalálása Mechanikai korlátok (aláfordulási idő, fejmozgás) Átviteli sebesség Az adatok átvitele a memória felé Elektronikus (interfész, buszrendszer) korlátok Sebességkülönbség esetén Beolvasási > Átviteli Közbeékelő (interleave) technika Átviteli > Beolvasási Szalag (stripping) technika Beolvasási Átviteli Buffer (csak burst jelleggel) Kisebb helyfoglalás Gyorsabb adatátvitel Tömörítési eljárások Futás hossz kódolás: Sok azonos karakter esetén Különbségi kódolás: Lassan változó minta esetén Huffmann-kódolás: Erősen eltérő gyakoriságú karakterek esetén 9. Oldal Nagyobb számításigény Kisebb adatbiztonság Gyakorlatban: Microsoft Drive Space / Double Space Novell NetWare Compressed Volume
0. Oldal. Oldal Huffmann-kódolás Eredeti szöveg: KEREKES SZEKEREK MENNEK Statisztika, kódolás: 8 db E 00 db K 0 db R 0 db S 00 db N 0 db space 0 db M 0000 db Z 000 Hatékonyság: Eredeti szöveg: 8 bit Kódolt szöveg 0 bit Adatbiztonságot javító módszerek Adatszintű védelem paritásbit - egyetlen bithiba hibajavító kód - független hibák CRC - összefüggő hibák Eszközszintű védelem lemeztükrözés - lemez megkettőzése RAID - adatok redundáns elosztása. Oldal. Oldal Az adatátvitelhez szükséges adatok Eszköz típusa Eszköz sorszáma Adat kezdőcíme az eszközön Adat kezdőcíme a memóriában Adat mennyisége Átvitel iránya: Írás vagy olvasás Visszatérési folyamat A lemez által várt adatok Fej sorszáma Szektor sorszáma Cilinder sorszáma Adat kezdőcíme a memóriában Adat mennyisége Átvitel iránya: Írás vagy olvasás. Oldal. Oldal Címtranszformáció felhasználói folyamatok Blokk logikai címe b = h * C* S + c * S + s C - cilinderek száma S - szektorok száma h - Fej sorszáma s - Szektor sorszáma c - Cilinder sorszáma kernel Kiszolgálandó folyamat Vezérlés Alsó szint Megszakítás Felső szint Vezérlés Eszközkezelő Ennek az inverze kell!!! DMA vezérlő lemezegység
Lemezütemezési algoritmusok 6. Oldal Lemezütemezés - FCFS. Oldal Algoritmus Várakozási idő Várakozási idő szórása Sorrendi FCFS nagy kicsi Eredeti sor Átrendezett 0 0 00 00 900 900 0 0 600 600 0 0 00 00 00 00 0 0 Legrövidebb idejű SSTF kicsi nagy Pásztázó SCAN közepes közepes Egyirányú pásztázó C-SCAN közepes kicsi Átlépett cilinderek száma 00 0 6 8 00 00 000 900 800 00 600 00 00 00 00 00 0 Lemezütemezés - SSTF 8. Oldal Lemezütemezés SCAN (LOOK) 9. Oldal Eredeti sor 0 00 900 0 600 0 00 00 0 Eredeti sor 0 00 900 0 600 0 00 00 0 Átrendezett 0 00 0 0 0 00 600 00 900 Átrendezett 0 0 0 00 0 00 600 00 900 Átlépett cilinderek száma 0 00 00 000 Átlépett cilinderek száma 00 00 00 000 900 900 800 800 00 00 600 600 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0 0 0 6 8 0 6 8 0. Oldal. Oldal Lemezütemezés C-SCAN (C-LOOK) Lemezütemezés Összehasonlítás Eredeti sor 0 00 900 0 600 0 00 00 0 Átrendezett 0 00 0 00 600 00 900 0 0 Átlépett cilinderek száma 60 00 00 000 900 800 00 600 00 00 00 00 00 0 00 00 000 900 800 00 600 00 00 00 00 00 0 0 6 8 0 6 8
Adatátviteli módok. Oldal Szinkron: kiszolgálás közben a folyamat várakozik Aszinkron: a folyamat fut tovább Lemezgyorsító (Disk cache) Körkörös átmeneti tár (Buffer pool) Szinkron és aszinkron átvitel. Oldal Szinkron A kérés (rendszerhívás) átadása után A folyamat felfüggesztődik, Elveszti erőforrásait (átvitel az OS területére) A felelősség a biztonságért az operációs rendszeré Aszinkron A kérés (rendszerhívás) átadása után A folyamat tovább fut, Megtartja erőforrásait (átvitel az FOLYAMAT területére történik) A biztonságért a folyamat a felelős Körkörös átmeneti tárolók Az operációs rendszer tölti A folyamat tölti. Oldal Tárolórendszer követelményei Hagyományos szempontok Kapacitás (tera/peta bájt nagyságrendű) Adatátviteli sebesség (>00 Mbyte/sec) Elérési idő (minimális, de nagyon változó). Oldal Bemenet A folyamat üríti Kimenet A kernel üríti Hagyományos, de egyre fontosabb szempontok Megbízhatóság, rendelkezésre állás Rugalmas konfigurálhatóság, bővíthetőség Hagyományos rendszerek korlátai 6. Oldal Korlátozott kapacitás Rögzített konfiguráció, nem rugalmas Mentés helyi hálózaton (LAN) Meghatározott szállítók (nem nyílt rendszer) Platform függőség TB kapacitáshoz HDD Digitális szalag 0 0 0 0 Ár (mft) Térfogat (liter) Szalag vagy Lemez? Mennyiség (db) db 80 db Ár (mft) mft,6 mft Térfogat (liter), liter. Oldal 6, liter Kapac/Ár/Térf, HDD Szalag Mérőszám: Kapacitás/Ár/Térfogat Egyéb szempontok: áramfelvétel, melegedés, sebesség Nagy kapacitásigény gazdaságosan csak szalagos tárolóval!
HDD - m Ft. Hagyományos videó -. m Ft. Digit szallag -.6 m Ft. 8. Oldal 9. Oldal db. GB HDD 00 db. S-VHS vagy 0 db. DVC-PRO HDD + 80 db. AIT- 00 végén 00 végén 00 végén 00 végén 006 végén 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 év átmásolva 00 év "kis" kazettán 00 év átmásolva 00 év "még kisebb" kazettán 00, 00 év átmásolva 00 év új kazettán 00, 00 év átmásolva 00 év új kazettán l 6, l,l HDD Analóg Digit Tape Hierarchikus tároló rendszer 0. Oldal HSM (Hierarchical Storage Management) számítógép által látott tárterület megegyezik a szalagok összterületével. Az elérési idő kedvező esetben megegyezik a mágneslemezek elérési idejével. Gyorsítótár (cache) szükségessége Szalagcserélési idő: 0-0 mp A gyakran és/vagy nemrégiben használt anyagoknál nem megengedhető.. Oldal A megbízhatóság növelése A megbízhatóság növelésének módja: garantált minőségű (és ezért igen drága) elemek olcsóbb elemeket használunk ugyan, de az egyes összetevőket többszörözzük Követelmények: Automatikus hibadetektálás Önjavítás (hot-swap). Oldal RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) RAID - a lemeztükrözés Minden adatból fizikailag kettő van Sérülés esetén az épen maradt lemez működik kétszeres háttértár kapacitást kell kiépíteni RAID vagy RAID A logikai adat blokkokat fizikailag több lemezegységen elosztva tároljuk, a szétosztott blokkokhoz ellenőrző összeget rendelünk, amelyet egy további fizikai eszközön tárolunk RAID-/ példa. Oldal Tegyük föl, hogy van négy darab számunk (A, B, C, D), amit szeretnénk nagy biztonsággal megőrizni.. lemez A = A A A A A P B C B A B B B B B A P D C B. lemez B = C C C C C B A P D C. lemez C = 0 D D D D D C B A P D P P P P P D C B A P. lemez D =. lemez (paritás) P = 8 Bármely lemezegység hibája esetén a P = A + B + C + D összefüggés megfelelő átrendezésével annak tartalma visszaállítható.
RAID rendszerek összehasonlítása RAID- (tükrözés) A leggyorsabb, a legnagyobb helyigényű A legdrágább megoldás RAID- (paritás külön eszközön) Nagy állományok, kevés tranzakció Olcsóbb, mint a tükrözés RAID- (elosztott paritás) Kis állományok, sok tranzakció, A lemezek terhelése egyenletesebb RAID--nál lassabb. Oldal Sebesség Fibre channel (FC). Oldal 66 Mb/mp Gb/mp Legnagyobb áthidalható távolság 0 m (Cu) Legnagyobb áthidalható távolság 0 km (optikai) Támogatott protokollok IP, SCSI, IPI, HIPPI, audio/video Alkalmazás Topológia Sebesség (jelenleg) Sebesség (tervek) Garantált átvitel Keret mérete Fizikai közeg Protokollok FC Ethernet - ATM Fibre Channel Tárolórendszer, Hálózat, Videó, Számítógép cluster Pont-pont Kapcsolt, HUB,06 Gb/s, /, Gb/s van Változó, 0-kB Rézvezeték, optikai Hálózati, SCSI, Video Ethernet Hálózat Pont-pont Kapcsolt, HUB, Gb/s nincs Változó, 0-, kb Rézvezeték, optikai Hálózati 6. Oldal ATM Hálózat, Videó Kapcsolt 6 Mb/s, Gb/s nincs Állandó, bájt Rézvezeték, optikai Hálózati, Video SAN (Storage Area Network) Metaadat szerver FC lemezek Központosított Tároló Rendszer FC - SCSI Router FC kapcsoló Digitalizáló munkaállomás. Digitalizáló munkaállomás.. Oldal SCSI szallagos tároló Média szerver 8. Oldal 9. Oldal NAS (Network Attached Storage) SAN-NAS összehasonlítás SAN NAS Szerver-háttértár kapcsolat Szerver-kliens kapcsolat Mágnesszalagos FC háttértár háttértár SAN Sok platform Nagy megbízhatóság, sávszélesség Tetszőleges platform Nem garantált, osztott sávszélesség FC switch NAS Metaadat szerver Médiaszerver Dedikált fájlszerver Ethernet Digitalizáló munkaállomás Digitalizáló munkaállomás A kapcsolódó szerverek száma néhány száz Maximális kiterjedés 0-0 km Tetszőleges számú kliens Tetszőleges távolság áthidalható Közvetlen háttértárat igénylő alkalmazások: média szerver, adatbázis szerver Állomány szerver alapú alkalmazások Csatorna orientált átvitel Csomag orientált átvitel
0. Oldal SAN-NAS együttműködés A két rendszer működhet: egymás mellett (függetlenül) egymást kiegészítve A NAS szerver háttértára lehet a SAN része A kliensek kérései kielégíthetők Engedélyek a LAN-on keresztül (ethernet kapcsolat) Adatok a SAN-on keresztül (fibre channel kapcsolat) Összefoglalás. Oldal Fizikai lemezkezelés Ütemezés: FCFS, SSTF, Scan változatok Logikai-fizikai cím konverzió Blokkméret optimalizálás Tömörítés RLE, DE, Huffmann Adatvédelem Szoftver: paritás, CRC Hardver: tükrözés, RAID Erőforráskezelés. Oldal Erőforrások Erőforrás foglalási gráf Holtpont, Kiéheztetés Holtpont kezelő stratégiák Megelőzés Felszámolás Közösen használt erőforrások problémái. Oldal Erőforráskezelés alapfogalmai Feladat a számítógéprendszer erőforrásainak elosztása (a futó folyamatok igényei alapján) illetve az erőforrások használatáért vívott versenyhelyzetek kezeléséről Céljai: a rendszer működését gazdaságossá tenni elkerülni a holtponthelyzetek kialakulását és/vagy felszámolni a kialakult holtponthelyzeteket Erőforrások csoportosítása. Oldal hardver erőforrások (processzor, memóriák, I/O csatornák, perifériák) szoftver erőforrások (programok, adatállományok - egyre fontosabbak) hagyományos erőforrások (nyomtatók, szövegszerkesztők) az operációs rendszer által létrehozott erőforrások (lapok, pufferek, floppy blokkok, adatállományok, tartalomjegyzékek) elvehető erőforrások (processzor, memória) nem elvehető erőforrások (index állomány, nyomtató) Gazdaságosság. Oldal Valamilyen költségfüggvény minimalizálása kihasználtság válaszidő Egyéb szempontok (ellentmondóak) átlagos átfutási idő minimalizálása a lassú válaszok számának minimalizálása a (hardver) kihasználtság maximalizálása maximális kihasználtság adott válaszidőkorlát mellett Tendencia: a kihasználtság háttérbe szorul (HW ára csökken!) a válaszidővel szemben
6. Oldal Az erőforrások lefoglalása Statikus lefoglalás a folyamat indulása előtt lefoglalja az összes szükséges erőforrást pazarló kiéheztetés ha egyszer elindult, erőforrás korlát miatt nem áll le Dinamikus lefoglalás a folyamat csak akkor igényel erőforrást, amikor éppen szüksége van rá hamar elindulhat egy folyamat, de versenyzés miatt lassabban fut(hat) teljesítőképesség, átbocsátóképesség nő nagy probléma: holtpont A Állapot átmeneti gráf Az A folyamat igényli a I erőforrást B I II A B folyamat birtokolja a II erőforrást. Oldal 8. Oldal 9. Oldal Holtponti állapotgráf HOLTPONT - Deadlock A I II B Több folyamat egy olyan erőforrás felszabadulására vár, amit csak egy ugyancsak várakozó folyamat tudna előidézni 60. Oldal 6. Oldal KIÉHEZTETÉS - Starvation Vacsorázó bölcsek - példa Egy folyamat - az erőforráskezelő stratégiája miatt - beláthatatlan ideig nem jut erőforráshoz
6. Oldal 6. Oldal Vacsorázó bölcsek - Holtpont Egyikük sem rendelkezik az ÖSSZES szükséges erőforrással Vacsorázó bölcsek - Kiéheztetés Összesen ugyan van elegendő erőforrás, de szerencsétlen esetben egyesek mégis éheznek 6. Oldal Holtpontkialkulás lehetőségének feltételei. Kölcsönös kizárás van. Várakozás közben lekötés történik. Rablás nincs. Ciklikus várakozás van 6. Oldal Holtpontkialkulás lehetőségének feltételei - illusztráció. Kölcsönös kizárás van. Várakozás közben lekötés történik. Rablás nincs. Ciklikus várakozás van A feltételeknek EGYSZERRE kell teljesülniük a holtpont kialakulásához, vagyis HA LEGALÁBB AZ EGYIK FELTÉTEL NEM TELJESÜL, NEM ALAKULHAT KI HOLTPONT! Egy igazi holtpont 66. Oldal Holtpont kezelési stratégiák 6. Oldal A holtpont megelőzése A négy feltétel (legalább) egyikét nem engedjük teljesülni NEM MINDIG LEHETSÉGES (a korlátozó feltételek miatt) A kialakult holtpont felismerése és megszüntetése A megelőzés olcsóbb
68. Oldal 69. Oldal A holtpont megelőzése Kölcsönös kizárás Ezzel a feltétellel nem tudunk mit kezdeni, vannak olyan erőforrások, melyeket egyszerre csak egy folyamat használhat (pl. nyomtató) A holtpont megelőzése Várakozás közbeni lekötés Egy folyamat csak akkor igényelhet újabb erőforrást, ha nincs más lekötött erőforrása Megoldások: Statikus erőforrás-kezelés Ha egy folyamat erőforrást igényel, el kell engedje az összes korábban lefoglalt erőforrását Hátrányok: rossz az erőforrások kihasználtsága kiéheztetés 0. Oldal. Oldal A holtpont megelőzése Erőforrásrablás. Ha egy folyamat egy olyan erőforrást igényel, amit nem tud megkapni azonnal (vagyis várakoznia kell), akkor elvesszük tőle az ÖSSZES lefoglalva tartott erőforrását, akkor folytatódhat, ha visszaszerezte az összes régit és megszerezte az újat is. Ha egy folyamat olyan erőforrást igényel, amit más VÁRAKOZÓ folyamat foglal, ezt attól elveszi; ha az igényelt erőforrást egy nem várakozó folyamat használja, akkor az IGÉNYLŐ folyamat kerül várakozó állapotba és TŐLE rabolhatnak a többiek E módszerek CSAK az elvehető erőforrásokra alkalmazhatók A holtpont megelőzése Ciklikus várakozás.. módszer Minden erőforráshoz egy (a többitől különböző) sorszámot rendelünk A folyamatok az erőforrásokat csak azok sorszámaik szerint növekvő sorrendjében igényelhetik (ezért célszerű, ha a sorszámokat az erőforrások természetes felhasználási sorrendje szerint osztjuk ki) Másképp fogalmazva: ha egy folyamat egy bizonyos sorszámú erőforrást igényel, fel kell szabadítania az összes általa lefoglalt, az igényeltnél NAGYOBB sorszámú erőforrást Hátrány: csökken a rendszer áteresztőképessége A holtpont megelőzése Ciklikus várakozás.. Oldal. módszer Az operációs rendszer csak akkor engedi meg egy új erőforrás lefoglalását, ha ennek teljesítése után a rendszer ún. BIZTONSÁGOS állapotban marad Biztonságos állapot: az összes folyamat erőforrás igénye valamilyen sorrendben kielégíthető Nem biztonságos állapot: holtpont kialakulhat (nem biztos, hogy kialakul!) Hátrányok: Olyan pluszinformáció szükséges (a maximális igény), amely sokszor nem tudható előre Bonyolult algoritmus Holtpont megelőző stratégiák Egyetlen foglalási lehetőség. Oldal Csak az a folyamat foglalhat erőforrást, amelyik egyetlen egy fölött sem rendelkezik Előny: nincs holtpont Hátrány: Rossz erőforrás kihasználás, kiéheztetés veszélye
. Oldal. Oldal Holtpont megelőző stratégiák Rangsor szerinti foglalás Egy folyamat csak olyan osztályból igényelhet erőforrást, melynek sorszáma magasabb, mint a már birtokolt erőforrások sorszáma Ellentmondás Rangsor szerinti foglalás bizonyítás A d>c>b>a a B b>a Előny: Nincs holtpont Hátrány: Pazarló Önkényes D c > b > a C Holtpont megelőző stratégiák Bankár algoritmus 6. Oldal Sohase elégítsünk ki egy igényt, ha az bizonytalan állapotot eredményez Előny: nincs holtpont az előzőeknél hatékonyabb Hátrány: Sok számolást igényel Előzetes feltevéseken alapul Bankár algoritmus - példa A. Aktuális állapot: Összesen db erőforrás A és B folyamatok A B Szabad. Oldal Foglal Max. igény Várható igény 6 Várakozó C folyamat - BEENGEDHETŐ? C 8 6 Bankár algoritmus - példa A.. Tegyük föl, hogy beengedjük... Foglal Max. igény Várható igény A B 6 C 8 6 Szabad Az A folyamat lefuthat, mivel várható igénye nem nagyobb a szabad erőforrások számánál 8. Oldal Bankár algoritmus - példa A.. 9. Oldal Az A lefutott, foglalt erőforrásai felszabadultak... Foglal Max. igény Várható igény B C 8 6 Szabad 6 Az C folyamat lefuthat, mivel várható igénye nem nagyobb a szabad erőforrások számánál
Bankár algoritmus - példa A.. B Szabad Foglal Max. igény Várható igény 8 80. Oldal Az C lefutott, foglalt erőforrásai felszabadultak... Az B folyamat lefuthat, mivel várható igénye nem nagyobb a szabad erőforrások számánál Az állapot a C beengedése után is biztonságos ENGEDJÜK BE! Bankár algoritmus - példa B. Aktuális állapot: Összesen db erőforrás A és B folyamatok A B Szabad 8. Oldal Foglal Max. igény Várható igény 6 Várakozó C folyamat - BEENGEDHETŐ? C 9 Bankár algoritmus - példa B.. Tegyük föl, hogy beengedjük... Foglal Max. igény Várható igény A B 6 C 9 Szabad Az A folyamat lefuthat, mivel várható igénye nem nagyobb a szabad erőforrások számánál 8. Oldal Bankár algoritmus - példa B.. 8. Oldal Az A lefutott, foglalt erőforrásai felszabadultak... Foglal Max. igény Várható igény B C 8 Szabad 6 Az állapot C beengedése után NEM BIZTONSÁGOS Biztonságos - nem biztonságos 8. Oldal Bankár algoritmus 8. Oldal Egy rendszer biztonságos, ha létezik olyan sorrend, mely szerint haladva a folyamatok igénye kielégíthető Biztonságos állapotok HOLTPONT NEM biztonságos állapotok. Felírjuk a folyamatok által maximálisan igényelt erőforrások számait tartalmazó mátrixot (MAX. IGÉNY). Felírjuk a folyamatok által lefoglalva tartott erőforrások számait tartalmazó mátrixot (FOGLAL). A MAX. IGÉNYből FOGLALt kivonva kapjuk a még kielégítetlen igényeket leíró mátrixot (IGÉNY). Erőforrás fajtánként összeadjuk a lefoglalva tartott erőforrások számait, majd ezeket kivonva az egyes erőforrások összdarabszámából kapjuk a pillanatnyilag rendelkezésre álló erőforrás készletet (KÉSZLET)
Bankár algoritmus - folytatás 86. Oldal. Megnézzük, hogy a KÉSZLETből kielégíthető-e valamelyik folyamat igénye 6a. Ha nincs ilyen folyamat, a rendszer NEM BIZTONSÁGOS állapotban van 6b. Ha van ilyen folyamat, kielégítjük igényét. A kiválasztott folyamat a lefutása után felszabadítja az összes általa használt erőforrást, azaz KÉSZLET új értékét megkapjuk, ha előző értékéhez hozzáadjuk a folyamat által eredetileg lefoglalva tartott erőforrások számát (FOGLAL megfelelő sorát) 8. Visszamegyünk az. lépésre Bankár algoritmus - Több erőforrás A feladat megfogalmazása 8. Oldal Egy rendszerben az alábbi erőforrások vannak: E: 0 darab E: darab E: darab A rendszerben folyamat van: F, F, F, F, F Biztonságos-e holtpontmentesség szempontjából a következő állapot? MAX. IGÉNY FOGLAL E E E E E E F 0 0 F 0 F 9 0 0 F F 0 0 88. Oldal 89. Oldal Bankár algoritmus - Több erőforrás IGÉNY meghatározása [IGÉNY] = [MAX.IGÉNY] - [FOGLAL] MAX. IGÉNY FOGLAL E E E E E E F 0 0 F 0 F 9 0 0 F F 0 0 IGÉNY E E E F F 0 0 F 6 0 0 F 0 F Bankár algoritmus - Több erőforrás KÉSZLET meghatározása FOGLAL (minden erőforrásra) Σ ERŐFORRÁS - Σ FOGLAL KÉSZLET E: 0 darab E: darab E: darab E E E F 0 0 F 0 F 0 F F 0 0 Σ FOGLAL 8 E E E Σ ERŐFORRÁS 0 Σ FOGLAL 8 KÉSZLET 0 90. Oldal 9. Oldal Bankár algoritmus - Több erőforrás IGÉNY kielégítése -. lépés IGÉNY E E E F F 0 0 F 6 0 0 F 0 F Kielégíthető Felszabadul FOGLAL E E E F 0 0 F 0 F 0 F F 0 0 Bankár algoritmus - Több erőforrás IGÉNY kielégítése -. lépés IGÉNY E E E F F 0 0 F 6 0 0 F 0 F Kielégíthető FOGLAL E E E F 0 0 F 0 F 0 F F 0 0 KÉSZLET : (,, 0) KÉSZLET : (,, ) Felszabadul ÚJ KÉSZLET : (,, ) ÚJ KÉSZLET : (,, )
9. Oldal 9. Oldal Bankár algoritmus - Több erőforrás IGÉNY kielégítése -. lépés IGÉNY E E E F F 0 0 F 6 0 0 F 0 F KÉSZLET : (,, ) Kielégíthető Felszabadul FOGLAL E E E F 0 0 F 0 F 0 F F 0 0 ÚJ KÉSZLET : (,, ) Bankár algoritmus - Több erőforrás IGÉNY kielégítése -. lépés IGÉNY E E E F F 0 0 F 6 0 0 F 0 F KÉSZLET : (,, ) Kielégíthető Felszabadul FOGLAL E E E F 0 0 F 0 F 0 F F 0 0 ÚJ KÉSZLET : (,, ) 9. Oldal 9. Oldal Bankár algoritmus - Több erőforrás IGÉNY kielégítése -. lépés IGÉNY E E E F F 0 0 F 6 0 0 F 0 F KÉSZLET : (,, ) Kielégíthető Felszabadul FOGLAL E E E F 0 0 F 0 F 0 F F 0 0 ÚJ KÉSZLET : (0,, ) Bankár algoritmus - Több erőforrás BIZTONSÁGOS! Vagyis találtunk legalább egy (ebben a példában több is van) sorrendet, amelyben a folyamatok erőforrás igénye kielégíthető: F, F, F, F, F Tehát a rendszer BIZTONSÁGOS ÁLLAPOTBAN van. A holtpont felismerése 96. Oldal Holtpontból való felélesztés 9. Oldal Folyamatos adatgyűjtés az erőforrások szétosztásáról és a ki nem elégített igényekről Ezen adatokból a holtponthelyzetet detektálni képes algoritmus ismételt futtatása ha egy igényt nem lehet azonnal kielégíteni gyakran kell futtatni, sok plusz idő előre megbecsült időnként - ezalatt holtpont (akár több is) kialakulhat nagy felélesztési veszteség Megszüntetjük a holtponti helyzetben lévő folyamatokat - nagy veszteség Finomítás: EGYENKÉNT szüntetünk meg holtponti helyzetben lévő folyamatokat, amíg a holtpont fennáll - kisebb veszteség
Holtpontból való felélesztés Áldozatkijelölési szempontok 98. Oldal Melyikkel hány erőforrást nyerek Hány további erőforrást igényel még Mennyi már elhasznált CPU időt ill. I/O munkát vesztek Mennyi van még hátra a futásából Ismételhető / nem ismételhető folyamat-e A folyamat prioritása Megszüntetése hány további folyamatot érint 99. Oldal Holtpontból való felélesztés Erőforrás rablás A holtponti helyzetben lévő folyamatoktól erőforrásokat rablok el Veszteség, ha nem elvehető erőforrást kell elvenni Áldozatkijelölés az előzőhöz hasonló szempontok szerint Holtpontból való felélesztés 00. Oldal 0. Oldal Erőforráskezelő stratégiák összehasonlítása Dinamikus foglalás Statikus foglalás Sokszor elég, ha a folyamatot nem szüntetjük meg teljesen, hanem egy előző állapotából folytatjuk - ellenőrző pontok (check point) nagy tárigény sok plusz időt igényel a folyamatok állapotának periodikus mentése Ugyanaz a folyamat nem választható akárhányszor áldozatul (kiéheztetés) Bankár algoritmus Liberális Nem biztonságos Jó hatékonyság Holtpont veszély Egyetlen foglalás Rangsor szerinti Konzervatív Biztonságos Gyenge hatékonyság Kiéheztetés veszély 0. Oldal 0. Oldal Holtpont kezelési módszerek Megelőzés Statikus foglalás Egyetlen foglalás Rangsor szerinti Bankár algoritmus Felszámolás Detektálás Minden folyamat Holtponti folyamatok Egyes folyamatok Egyes erőforrások Ellenőrzési pont Az erőforrás-kezelés problémái ALULSZABÁLYOZÁS - nem tudjuk kihasználni a HW lehetőségeit (nem működtet párhuzamosan eszközöket, feleslegesen várakoztat stb.) TÚLSZABÁLYOZÁS - túl sok adminisztrációt végez és ezzel csökkenti a hasznos időt és tárméretet Áldozat kijelölés!
Kölcsönös kizárás (példa) 0. Oldal Közösen használt erőforrások Termelő / fogyasztó probléma 0. Oldal Feltöltés, keresés Adatbázis Index Indexelés termelő folyamat közös adatterület fogyasztó folyamat. folyamat Közös. folyamat adatterület A közös adatterületet egyszerre csak egy folyamat használhatja! A közös adatterületet (KÖZÖS ERŐFORRÁS) egyszerre csak egy folyamat használhatja (KÖLCSÖNÖS KIZÁRÁS) Közösen használt erőforrások Vezérlés: Szemafor termelő folyamat szemafor közös adatterület 06. Oldal fogyasztó folyamat Kölcsönös kizárás igénye nemcsak közös memória esetén lép fel; pl. nyomtató közös használata Mielőtt a folyamat használni kezdené a közös erőforrást, ellenőriznie kell, hogy az szabad-e. (Ezt az adott közös erőforráshoz rendelt szemafor jelzi.) CSAK akkor kezdheti el használni, ha a szemafor szabadot jelzett, ellenkező esetben várakoznia kell! termelő folyamat Közösen használt erőforrások Termelő és fogyasztó programja szemafor közös adatterület 0. Oldal fogyasztó folyamat. a szemafor olvasása. a szemafor olvasása. a beolvasott érték. a beolvasott érték vizsgálata vizsgálata. ha szabad: a szemafor. ha szabad: a szemafor foglaltra állítása foglaltra állítása. ha foglalt: vissza -re. ha foglalt: vissza -re. az erőforrás használata. az erőforrás használata (írás a közös memóriába) (olvasás a közös memóriából) 6. a szemafor szabadra állítása 6. a szemafor szabadra állítása Közösen használt erőforrások A program közös elemei szemafor termelő folyamat közös adatterület 08. Oldal fogyasztó folyamat. a szemafor olvasása. a szemafor olvasása. a beolvasott érték. a beolvasott érték vizsgálata vizsgálata. ha szabad: a szemafor. ha szabad: a szemafor foglaltra állítása foglaltra állítása. ha foglalt: vissza -re. ha foglalt: vissza -re. az erőforrás használata. az erőforrás használata (írás a közös memóriába) (olvasás a közös memóriából) 6. a szemafor szabadra állítása 6. a szemafor szabadra állítása P és V primitívek 09. Oldal Primitív: megszakíthatatlan (oszthatatlan) művelet P primitív: FOGLALTTÁ ÁLLÍTÁS. a szemafor olvasása. a beolvasott érték vizsgálata. ha szabad: a szemafor foglaltra állítása. ha foglalt: vissza -re V primitív: SZABADDÁ ÁLLÍTÁS A szemafor szabadra állítása