Jądro Systemu
Rafał Grzybowski
Rafał Grzybowski
Podstawowe wymagania sprzętowe
Mechanizm przerwań
Ochrona pamięci
Zbiór rozkazów uprzywilejowanych
 włączanie i wyłączanie przerwań;
 przełączanie procesora od procesu do procesu;
 obsługiwanie rejestrów używanych przez sprzętową ochronę
pamięci operacyjnej
 wykonywanie operacji wejścia i wyjścia;
 zatrzymywanie procesora centralnego i sterowanie jego operacjami
Zegar czasu rzeczywistego
Rafał Grzybowski
Rozkazy uprzywilejowane
Proces użytkownika wywołuje system operacyjny w
celu wykonania pewnej czynności, która wymaga
użycia rozkazu uprzywilejowanego
Nadeszło przerwanie
Pojawił się błąd w procesie użytkownika
Wystąpiła próba wykonania rozkazu
uprzywilejowanego, podczas gdy komputer
pracuje w trybie użytkownika
Rafał Grzybowski
Podstawowe składniki jądra
program wstępnej obsługi przerwań
dyspozytor przełączający procesor
pomiędzy procesami
INNE WARSTWY
procedury komunikacji
J
DRO SYSTEMU
pomiędzy procesami
SPRZ
T
Rafał Grzybowski
Reprezentacja procesów
deskryptor procesu - wektor stanu
procesu
 nazwa procesu
 stan procesu
" wykonywany - proces bieżący
" wykonywalny
" niewykonywalny
 sprzętowy deskryptor procesu
Rafał Grzybowski
Reprezentacja procesów c.d.
środowisko ulotne procesu (kontekst
procesu) - podzbiór takich podlegających zmianom
właściwości systemu, do których proces może mieć dostęp.
struktura procesów
Numer wersji
Deskryptor Deskryptor
Data
procesu 1 procesu 2
Struktura procesów
Tablica główna
Rafał Grzybowski
Wstępna obsługa przerwań
odpowiadanie na syganły nadchodzące z
zewnątrz do systemu (przerwania) oraz
pochodzące z samego systemu (pułapki
błędów itp.)
Dwa zadania główne:
 określenie z
ródła przerwania
 zainicjować obsługę przerwania
Rafał Grzybowski
A
ańcuch przeskoków
Pamiętaj rejestry programu
T
Procedura obsługi
Czy przerwanie ze z
ródła 1?
dla z
ródła 1
N
Procedura obsługi
T
Czy przerwanie ze z
ródła 2 ?
dla z
ródła 2
N
Procedura obsługi
T
dla z
ródła 3
Czy przerwanie ze z
ródła 3 ?
Rafał Grzybowski
Dyspozytor
Przydzielanie procesora centralnego do różnych
procesów w systemie
 po przerwaniu, zmieniającym stan jakiegoś procesu,
 po odwołaniu do systemu, które powoduje, że chwilowo nie można
kontynuować wykonywania bieżącego procesu,
 po wykryciu błędu, nasuwającego podejrzenie, że wystąpił on w
bieżącym procesie.
Do dyspozytora przechodzi się z zasady po
wszystkich przerwaniach !
Rafał Grzybowski
Dyspozytor
Czy bieżący proces nadal nadaje się do wykonania przez ten
procesor? Jeżeli tak, to przekaż sterowanie do tego miejsca w
pamięci operacyjnej, na które wskazuje licznik rozkazów. Jeżeli
nie, to:
Zapamiętaj środowisko ulotne bieżącego procesu w jego
deskryptorze procesu.
Znajdz
najodpowiedniejszy proces i odtwórz jego środowisko
ulotne na podstawie jego deskryptora procesu.
Przekaż sterowanie do nowo wybranego procesu, do miejsca
wskazywanego przez jego odtworzony licznik rozkazów.
Rafał Grzybowski
Kolejka procesora
Wykonywany
Deskryptor procesu 1
Niewykonywalny
Deskryptor procesu 2
Wykonywalny
Deskryptor procesu 3
Wykonywalny
Deskryptor procesu 4
Rafał Grzybowski
Dyspozytor
Czy bieżący proces dla tego procesora jest nadal pierwszym
niewykonywanym procesem w kolejce procesora? Jeżeli tak, to
podejmij jego wykonanie. Jeżeli nie, to:
Zapamiętaj środowisko ulotne bieżącego procesu.
Odtwórz środowisko ulotne pierwszego niewykonywanego
procesu w kolejce procesora.
Przekaż sterowanie do tego procesu.
Rafał Grzybowski
Kolejka wielopoziomowa ze
sprzężeniem zwrotnym
Kilka kolejek procesora, z każdą kolejką jest
związany pewien ustalony kwant czasu
Najmniejszy kwant określa się dla kolejki o
najwyższym priorytecie, największy zaś - dla
kolejki o najniższym priorytecie
Jeżeli proces wykonuje się przez cały
przydzielony mu kwant czasu, to jest
odsyłany do następnej kolejki o niższym
priorytecie
Rafał Grzybowski
Czekaj i sygnalizuj
Operacje te powinny być dostępne dla wszystkich procesów.
Wynikiem operacji czekaj może być zablokowanie procesu, które
spowoduje przejście do dyspozytora w celu ponownego
przydziału procesora.
Wygodnym sposobem  obudzenia procesu jest włączenie w
procedurę obsługi przerwania operacji sygnalizuj
Rafał Grzybowski
Blokowanie i odblokowywanie procesów
czekaj(s): if s <> 0 then s := s  1
else dodaj proces do kolejki
semafora i uczyń go niewykonywalnym;
sygnalizuj(s): if kolejka pusta then s := s + 1
else usuń jakiś proces z kolejki semafora
i uczyń go wykonywalnym;
Rafał Grzybowski
Dołączanie procesów do kolejki i
usuwanie ich z niej
Dla większości semaforów można przyjąć
organizację kolejki zgodną z prostą zasadą - kto
pierwszy przyszedł, ten pierwszy wychodzi;
gwarantuje ona, że w końcu uwolni się wszystkie
zablokowane procesy
Procesy o wysokich priorytetach nie powinny być
odsyłane na długo do kolejki semafora.
Zmiana implementacji
semafora
Rafał Grzybowski
Niepodzielność operacji
operacje czekaj i sygnalizuj powinny być
niepodzielne w tym znaczeniu, iż w dowolnej
chwili tylko jeden proces może je wykonywać
W komputerze z jednym procesorem
niepodzielność zapewnia wyłączanie
mechanizmu przerwań
W komputerze z kilkoma procesorami
centralnymi wykorzystywany jest rozkaz
"sprawdz
i ustaw"