Читаем Архитектура операционной системы UNIX полностью

Как уже говорилось выше, в режиме разделения времени может выполняться одновременно несколько процессов, и все они могут одновременно работать в режиме ядра. Если им разрешить свободно выполняться в режиме ядра, то они могут испортить глобальные информационные структуры, принадлежащие ядру. Запрещая произвольное переключение контекстов и управляя возникновением событий, ядро защищает свою целостность.

Ядро разрешает переключение контекста только тогда, когда процесс переходит из состояния «запуск в режиме ядра» в состояние «сна в памяти». Процессы, запущенные в режиме ядра, не могут быть выгружены другими процессами; поэтому иногда говорят, что ядро не выгружаемо, при этом процессы, находящиеся в режиме задачи, могут выгружаться системой. Ядро поддерживает целостность своих информационных структур, поскольку оно не выгружаемо, таким образом решая проблему «взаимного исключения» — обеспечения того, что критические секции программы выполняются в каждый момент времени в рамках самое большее одного процесса.

В качестве примера рассмотрим программу (Рисунок 2.7) включения информационной структуры, чей адрес содержится в указателе bp1, в список с использованием указателей после структуры, чей адрес содержится в bp. Если система разрешила переключение контекста при выполнении ядром фрагмента программы, возможно возникновение следующей ситуации. Предположим, ядро выполняет программу до комментариев и затем осуществляет переключение контекста. Список с использованием сдвоенных указателей имеет противоречивый вид: структура bp1 только наполовину входит в этот список. Если процесс следует за передними указателями, он обнаружит bp1 в данном списке, но если он последует за фоновыми указателями, то вообще не найдет структуру bp1 (Рисунок 2.8). Если другие процессы будут обрабатывать указатели в списке до момента повторного запуска первого процесса, структура списка может постоянно разрушаться. Система UNIX предупреждает возникновение подобных ситуаций, запрещая переключение контекстов на время выполнения процесса в режиме ядра. Если процесс переходит в состояние «сна», делая допустимым переключение контекста, алгоритмы ядра обеспечивают защиту целостности информационных структур системы.

Рисунок 2.6. Состояния процесса и переходы между ними

Проблемой, которая может привести к нарушению целостности информации ядра, является обработка прерываний, могущая вносить изменения в информацию о состоянии ядра. Например, если ядро выполняло программу, приведенную на Рисунке 2.7, и получило прерывание по достижении комментариев, программа обработки прерываний может разрушить ссылки, если будет манипулировать указателями, как было показано ранее. Чтобы решить эту проблему, система могла бы запретить все прерывания на время работы в режиме ядра, но при этом затянулась бы обработка прерывания, что в конечном счете нанесло бы ущерб производительности системы. Вместо этого ядро повышает приоритет прерывания процессора, запрещая прерывания на время выполнения критических секций программы. Секция программы является критической, если в процессе ее выполнения запуск программ обработки произвольного прерывания может привести к возникновению проблем, имеющих отношение к нарушению целостности. Например, если программа обработки прерывания от диска работает с буферными очередями, то часть прерываемой программы, при выполнении которой ядро обрабатывает буферные очереди, является критической секцией по отношению к программе обработки прерывания от диска. Критические секции невелики по размеру и встречаются нечасто, поэтому их существование не оказывает практически никакого воздействия на производительность системы. В других операционных системах данный вопрос решается путем запрещения любых прерываний при работе в системных режимах или путем разработки схем блокировки, обеспечивающих целостность. В главе 12 мы еще вернемся к этому вопросу, когда будем говорить о многопроцессорных системах, где применения указанных мер для решения проблемы недостаточно.

struct queue {

} *bp, *bp1;

bp1-›forp = bp-›forp;

bp1-›backp = bp;

bp-›forp = bp1; /* здесь рассмотрите возможность переключения контекста */

bp1-›forp-›backp = bp1;

Рисунок 2.7. Пример программы, создающей список с двунаправленными указателями

Рисунок 2.8. Список с указателями, некорректный из-за переключения контекста

Перейти на страницу:

Похожие книги

Основы программирования в Linux
Основы программирования в Linux

В четвертом издании популярного руководства даны основы программирования в операционной системе Linux. Рассмотрены: использование библиотек C/C++ и стан­дартных средств разработки, организация системных вызовов, файловый ввод/вывод, взаимодействие процессов, программирование средствами командной оболочки, создание графических пользовательских интерфейсов с помощью инструментальных средств GTK+ или Qt, применение сокетов и др. Описана компиляция программ, их компоновка c библиотеками и работа с терминальным вводом/выводом. Даны приемы написания приложений в средах GNOME® и KDE®, хранения данных с использованием СУБД MySQL® и отладки программ. Книга хорошо структурирована, что делает обучение легким и быстрым. Для начинающих Linux-программистов

Нейл Мэтью , Ричард Стоунс , Татьяна Коротяева

ОС и Сети / Программирование / Книги по IT
1001 совет по обустройству компьютера
1001 совет по обустройству компьютера

В книге собраны и обобщены советы по решению различных проблем, которые рано или поздно возникают при эксплуатации как экономичных нетбуков, так и современных настольных моделей. Все приведенные рецепты опробованы на практике и разбиты по темам: аппаратные средства персональных компьютеров, компьютерные сети и подключение к Интернету, установка, настройка и ремонт ОС Windows, работа в Интернете, защита от вирусов. Рассмотрены не только готовые решения внезапно возникающих проблем, но и ответы на многие вопросы, которые возникают еще до покупки компьютера. Приведен необходимый минимум технических сведений, позволяющий принять осознанное решение.Компакт-диск прилагается только к печатному изданию книги.

Юрий Всеволодович Ревич

Программирование, программы, базы данных / Интернет / Компьютерное «железо» / ОС и Сети / Программное обеспечение / Книги по IT
Access 2002: Самоучитель
Access 2002: Самоучитель

В книге рассматривается широкий круг вопросов, связанных с использованием программной среды Access 2002, которая является составной частью пакета Office 2002 и предназначена для создания банка данных в самых различных предметных областях.Подробно описывается методика проектирования объектов базы данных (таблицы, формы, отчеты, страницы доступа к данным, запросы, модули).Детально обсуждаются вопросы создания интегрированной базы данных в единой среде Access 2002: формирование БД с нуля, конвертирование в программную среду баз данных, созданных в ином программном окружении – Clarion, FoxPro.Особое внимание уделяется формированию разнообразных запросов к интегрированной базе данных Access 2002 с использованием языков программирования SQL, VBA и макросов.Приводятся общие сведения о возможностях языка обмена данными между различными компьютерами и приложениями (XML). Описываются возможности использования гиперссылок, связывающих базу данных с другими программными продуктами. Объясняется, как можно работать с базой данных Access 2002 без установки ее на компьютер, используя технологию ODBC (Open Data Base Connectivity). В приложениях приводятся количественные параметры Access 2002 и связанная с этой СУБД терминология.Предлагаемая книга будет полезна специалистам, занимающимся практической разработкой банков данных и приложений на их основе, а также студентам вузов, изучающим информатику.

Павел Юрьевич Дубнов

Программирование, программы, базы данных / ОС и Сети / Книги по IT