ОС как система управления ресурсами

Операционная система не только предоставляет пользователям и программистам удобный интерфейс к аппаратным средствам компьютера, но и является меха­низмом, распределяющим ресурсы компьютера.

К числу основных ресурсов современных вычислительных систем могут быть отнесены такие ресурсы, как процессоры, основная память, таймеры, наборы дан­ных, диски, накопители на магнитных лентах, принтеры, сетевые устройства и некоторые другие. Ресурсы распределяются между процессами. Процесс (задача) представляет собой базовое понятие большинства современных ОС и часто кратко определяется как программа в стадии выполнения. Программа - это ста­тический объект, представляющий собой файл с кодами и данными. Процесс - это динамический объект, который возникает в операционной системе после того, как пользователь или сама операционная система решает «запустить программу на выполнение», то есть создать новую единицу вычислительной работы. На­пример, ОС может создать процесс в ответ на команду пользователя run prgi.exe, где prgi.exe - это имя файла, в котором хранится код программы.

Управление ресурсами вычислительной системы с целью наиболее эффектив­ного их использования является назначением операционной системы. Например, мультипрограммная операционная система организует одновременное выполне­ние сразу нескольких процессов на одном компьютере, поочередно переключая процессор с одного процесса на другой, исключая простои процессора, вызывае­мые обращениями процессов к вводу-выводу. ОС также отслеживает и разреша­ет конфликты, возникающие при обращении нескольких процессов к одному и тому же устройству ввода-вывода или к одним и тем же данным.

Критерий эффективности, в соответствии с которым ОС организует управление ресурсами компьютера, может быть различным. Например, в одних системах важен такой критерий, как пропускная способность вычислительной системы, в других — время ее реакции. Соответственно выбранному критерию эффектив­ности операционные системы по-разному организуют вычислительный процесс.

Управление ресурсами включает решение следующих общих, не зависящих от типа ресурса задач:

1. планирование ресурса — то есть определение, какому процессу, когда и в ка­ком количестве (если ресурс может выделяться частями) следует выделить данный ресурс;

2. удовлетворение запросов на ресурсы;

3. отслеживание состояния и учет использования ресурса — то есть поддержа­ние оперативной информации о том, занят или свободен ресурс и какая доля ресурса уже распределена;

4. разрешение конфликтов между процессами.

Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, особенности которых, в конечном счете, и определяют об­лик ОС в целом, включая характеристики производительности, область приме­нения и даже пользовательский интерфейс. Например, применяемый алгоритм управления процессором в значительной степени определяет, может ли ОС ис­пользоваться как система разделения времени, система пакетной обработки или система реального времени.

Задача организации эффективного совместного использования ресурсов несколь­кими процессами является весьма сложной, и сложность эта порождается в ос­новном случайным характером возникновения запросов на потребление ресур­сов. В мультипрограммной системе образуются очереди заявок от одновременно выполняемых программ к разделяемым ресурсам компьютера: процессору, стра­нице памяти, к принтеру, к диску. ОС организует обслужива­ние этих очередей по разным алгоритмам: в порядке поступления, на основе приоритетов, кругового обслуживания и т.д.

Таким образом, управление ресурсами составляет важную часть функций любой операционной системы, в особенности мультипрограммной. В отличие от функ­ций расширенной машины большинство функций управления ресурсами вы­полняются операционной системой автоматически и прикладному программи­сту недоступны.