Kertaus: : KJ-I ja RIO (KJ2 n osalta) Ch 1-8, 11-12 12 [Stal05] Kustakin luvusta enemmän n tai vähemmv hemmän n alkuosa Jos jokin asiat tässt ssä tuntuvat hatarilta, niin (a) kysykää ja/tai (b) kerratkaa kirjasta Jatkossa nämän asiat otaksutaan hyvin osatuksi. LUENTO 1 Yleiskuva Yleiskatsaus (Ch 1 [Stal05]) u Käskysykli, keskeytys, muistihierarkia, välimuisti, siirrännän tekniikat Yleistä käyttöjärjestelmästä (Ch 2.1-2.4 [Stal05]) u KJ:n tehtäviä ja toimintoja, KJ:n evoluutiotarina, keskeiset KJ:n osat, nykyaikaisen KJ:n piirteet 1 2 Tietokonejärjestelm rjestelmä Palvelupyynnöt (POSIX) KJ ja laitteistopiirteet Stal05 Ch 1 laiteajurit keskeytyskäsittely 3 4 Keskusyksikkö PTR PSW TLB (Kuva 3.1, Häkk98) KJ ja laitteistopiirteitä Etuoikeutetut käskyt (Privileged Instructions) u siirräntäkäskyt (fyysinen siirräntä) u MMU käytön vaatimat asetukset u keskeytysten esto ja salliminen u jos sovellus yrittää käyttää näitä käskyjä, tuloksena poikkeus tuntematon käskykoodi Etuoikeutettu tila / käyttäjätila (Supervisor/User mode) u bitti PSW:ssä u vain laitteisto voi asettaa etuoikeutetun tilan u CPU suorittaa etuoikeutetun käskyn vain, jos on etuoikeutetussa tilassa Jakamaton test-and-set käsky (tai muu vastaava) u poissulkeminen, synkronointi 5 6 KJ-II K2006 / Teemu Kerola (lu01) 1-1
KJ ja laitteistopiirteitä (jatk jatk) Osoitemuunnos ja muistinsuojaus u KJ suojattava sovellukselta, sovellukset toisiltaan u CPU:n tehtävä ajonaikainen osoitemuunnos ja tarkistettava muistiosoitteet F laitteistoon tarvitaan MMU F MMU:ssa osoitemuunnospuskuri TLB Keskeytysmekanismi u hallittu kontrollin siirto KJ:n ja sovelluksen välillä u bitti PSW:ssä, keskeytyskäsittelyn alku laitteistotoiminto Kellokeskeytys u ettei yksi sovellus valloita koko laitteistoa u viimeistään kello aiheuttaa keskeytyksen F kontrolli taas KJ:lle 7 Käskysykli Fig 1.7 [Stal05] 8 Keskeytys Fig.. 5-55 5 Keskeytyskäsittely sittely (kesk. käsittelijä) Etuoikeutettu tila vs. käyttäjätila Keskeytysten esto vs. salliminen s. 21-26 [Stal05] 9 10 new ready KJ ja palvelupyynnöt Ch 2.1-4 [Stal05] 11 12 KJ-II K2006 / Teemu Kerola (lu01) 1-2
read(fd,, buffer, nbytes) Fig 1 Fig 1-1717 POSIX palvelupyyntöjä Fig 1-1818 jne, kaikkiin KJ:n perustehtäviin liittyen... ks. man syscalls POSIX: http://www.unix-systems.org/single_unix_specification/ 13 14 Käyttöesimerkki Fig 1 Riisuttu komentotulkki Fig 1-1919 WIN32 vs. UNIX API Fig Fig.. 1-231 Huom: fork() palauttaa 0 lapselle ja lapsen id n isälle 15 16 Prosessi = Suoritettavaksi otettu ohjelma koodi muistissa (voi olla yhteiskäytössä) oma data-alue ja pino muistissa (muuttujat) Prosessin hallinta Ch 3.1-4, 4.1 [Stal05] + KJ:n ylläpitämät rakenteet, PCB u CPU:n dataa prosessin suorittamisesta F prosessorin rekistereiden arvot u KJ:n dataa prosessin hallitsemiseksi F tunnistus (pid, ppid), omistaja (uid, gid) F vuorottamisessa tarvittavaa tietoa F muistinhallinnassa tarv. tietoa (osoitin sivutauluun) F tiedostokuvaajataulu F (ks. Table 3.5 [Stal05]) 17 18 KJ-II K2006 / Teemu Kerola (lu01) 1-3
Prosessin tilakaavio Kuva Kuva 3.9 [Stal05] Prosessijonot Kuva 3.8 [Stal05] Levyllä, swapped out Muistissa 19 20 Milloin prosessinvaihto? Vain keskeytyksen jälkeen u ei kuitenkaan aina! Kun CPU siirtynyt suorittamaan KJ:tä u Palvelupyyntö F jonka seurauksena prosessi joutuu odottamaan u Poikkeus F prosessin suorituksessa virhe F prosessi joutuu exit-tilaan ja tapetaan u Ulkoinen keskeytys F siirräntä valmistuu F prosessin aikaviipale (50 ms - 100 ms) täynnä Vuorottaja valitsee u talleta edellisen prosessin tiedot CPU:sta sen PCB:hen u kopioi seuraavan prosessin tiedot PCB:stä CPU:hun Säikeet Fig 4.2 [Stal05] 21 22 Säikeet Fig 2-13 Samanaikaisuuden hallinta Ch 5, 6.1-6 6 [Stal05] 23 24 KJ-II K2006 / Teemu Kerola (lu01) 1-4
Poissulkemisongelma Mutex määrittely Ohjelmistoratkaisu Laitetuki ongelman ratkaisuun Lukko vai semafori? Milloin? Monitorit ja niiden toteutus Lukijat ja kirjoittajat (synkronointi) Lukkiutumisongelma Lukkiutumisen havaitseminen Lukkiutumisen välttäminen Lukkiutumisen purkaminen Aterioivat filosofit Miten tiedät, että ratkaisusi on oikein? 25 26 Muistihierarkia Fig 1.14 Muistinhallinta Virtuaalimuisti Ch 7, 8.1 [Stal05] nano = 10-9, mikro = 10-6, milli = 10-3 27 28 Virtuaalimuisti Sivutus Keskusmuisti jaettu vakiokokoisiin sivutiloihin KJ jakaa prosessin vakiokokoisiin sivuihin Prosessikoht. sivutaulut: missä sivutilassa sivu sijaitsee Virt.os: (sivu, siirtymä) Sisäinen pirstoutuminen Vapaiden sivutilojen lista Kaikki sivut ei muistissa - läsnäolobitti sivut-alkiossa - poisto / korvauspolitiikka (Table 8.1 [Stal05]) Segmentointi Ohjelmoija/kääntäjä jakaa prosessin vaihtelevankokoisiin segmentteihin Prosessikoht. segmenttitaulut: segmentin alkuos. ja pituus Virt.os: (segmentti, siirtymä) Ulkoinen pirstoutuminen muistin tiivistämistarve Vapaiden muistialueiden lista Kaikki segmentit ei muistissa - läsnäolobitti Seg.t.-alkiossa - poisto / korvauspolitiikka 29 MMU ja osoitteen- muunnos Kuva 8.8.[Stal05] 30 KJ-II K2006 / Teemu Kerola (lu01) 1-5
Siirränn nnän n hierarkia Fig.. 5-165 Siirräntä Ch 11.1-4 [Stal05] 31 32 Laiteajurit Fig. 5-11 Kolme eri tapa lukea lohko DMA I/O 33 suora I/O keskeyttävä I/O Fig 1.19 [Stal05] 34 DMA-siirto Fig. 5-44 Puskurointi Fig.. 10-22 Huom: data ei kulje suorittimen rekistereiden kautta! 35 36 KJ-II K2006 / Teemu Kerola (lu01) 1-6
UNIX PCB i-node nbr device nbr Tiedostojärjestelmä Ch 12.1-6 [Stal05] n = read(fd, buf, count) q laitenumeron perusteella KJ löytää laitekuvaajan ja ajurin 37 38 Vapaan tilan hallinta Fig Fig.. 6-216 UNIX Fig 10-31 linked list vs. bitmap vapaat lohkot ketjutettu edellä kuvatulla tavalla taltiota alustettaessa i-solmussa merkintä vapaa/varattu superlohkossa mm. laitenumero, partition koko sekä vapaiden lohkojen listan alku, vapaiden i-solmujen numeroita 39 40 Levypartitiot Fig. 6-11 Kertauskysymyksiä Mitkä ovat keskeiset KJ:n osat? Mitä perustietorakenteita KJ:n on ylläpidettävä? Kuinka keskeytys käsitellään? Mitä tietoja on prosessin kuvaajassa? Milloin noita tietoja käytetään? Milloin KJ vaihtaa suoritettavaa prosessia? Miten prosessi ja säie liittyvät toisiinsa? Mitä hyötyä on asiakas-palvelija mallista? Kuinka samanaikaisuutta hallitaan? 41 42 KJ-II K2006 / Teemu Kerola (lu01) 1-7