Лекция 6. Понятие ресурса в ОС.

План:

1. Понятие ресурса в ОС.

2. Классификация ресурсов по признакам.

3. Описание класс ресурсов.

В общем случае, всякий потребляемый объект (независимо от формы его существования), обладающий некоторой практиче­ской ценностью для потребителя, является ресурсом. Ресурсы по запасу выделяемых единиц ресурса бывают исчерпаемые и неисчерпаемые. Исчерпаемость ресурса, как правило, приводит к жизненным конфликтам в среде потребителей. Для регули­рования конфликтов ресурсы должны распределяться между потребителями по каким-то правилам, в наибольшей степени их удовлетворяющим. Общую классификацию ресурсов можно представить в виде:

- По реальности существования: физический и виртуальный;

- По возможности расширения свойств: эластичный и жесткий

- По степени активности: активный и пассивный

- По времени существования: постоянный, временный

- По степени важности: главный и второстепенный

- По структуре: простой, составной;

- По восстанавливаемости: воспроизводимый, потребляемый

- По форме реализации: мягкий, твердый

- По функциональной избыточности: дорогой, дешевый.

- По характеру использования: параллельно используемый, последовательно используемый;

Под физическим понимают ресурс, который реально существует и при распределении его между пользователями обладает 1и присущими ему физическими характеристиками. Виртуальный ресурс - это некоторая модель физического ресурса. Виртуальный ресурс не существует в том виде, в котором он проявляет себя пользователю. Как модель виртуальный ресурс реализуется в некоторой программно-аппаратной форме. В этом смысле виртуальный ресурс существует. Однако виртуаль­ный ресурс может предоставить пользователю при работе с ним не только часть тех свойств, которые присущи объекту мо­делирования, т.е. физическому ресурсу, но и свойства, которые ему не присущи.

Признак "возможность расширения свойств" характеризует ресурс с точки зрения возможности построения на его основе некоторого виртуального ресурса. Физический ресурс, который допускает "виртуализацию", т.е. воспроизведение и (или) расширение своих свойств, называют эластичным. Жестким называется физический ресурс, который по своим внутренним свойствам не допускает виртуализацию.

При использовании активного ресурса он способен выполнять действия по отношению к другим ресурсам (или даже в отно­шении самого себя) или процессам, которые в общем случае приводят к изменению последних. Пассивный ресурс не облада­ет таким свойством. Над таким объектом проводить допустимые для него действия, которые могут привести к изменению его состояния, т.е. к изменению внутренних или внешних характеристик. ЦП - активный ресурс, область памяти, выделяемая по требованию - пассивный ресурс.

Различие ресурсов по признаку "время существования" обусловлено динамикой ресурсов в отношении процессов, исполь­зующих их. Если ресурс существует в системе до момента порождения процесса и доступен для использования на всем проведении интервала существования процесса, то такой ресурс является постоянным для данного процесса. Временный ресурс может появляться или уничтожаться в системе динамически в течение времени существования рассматриваемого процесса. Причем создание и уничтожение может проводиться как самим процессом, так и другими процессами - системными или пользовательскими. Очевидно, что ресурсы разделяются по определенным правилам системной взаимосвязанных процессов. Поэтому ресурсы, которые являются постоянными для одних процессов, могут быть временными для других, и наоборот.

Необходимость различия ресурсов по признаку "степень важности" обусловлена двумя причинами: обеспечение должной работоспособности и увеличение гибкости управления процессами и распределением ресурсов. Для этого различают главные и второстепенные ресурсы. Ресурс является главным по отношению к конкретному процессу, если без его выделения процесс принципиально не может развиваться. К таким ресурсам относятся прежде всего ЦП и ОП. Ресурсы, которые допускают не­которую альтернативу развития процесса, если они не будут выделены, называются второстепенными. (Например МЛ, МД).

Разделение ресурсов на дорогие и дешевые связано с реализацией принципа функциональной избыточности при распределе­нии ресурсов. Перед пользователем стоит задача выбора - получить быстро требуемый ресурс и дорого заплатить за такую услугу, либо подождать выделения требуемого ресурса и после его использования заплатить более дешево. При наличии в системе альтернативных ресурсов вводятся и различные цены за их использование.

Структурный признак устанавливает наличие или отсутствие у ресурса некой структуры. Ресурс является простым, если не содержит составных элементов и рассматривается при распределении как единое целое. Составной ресурс характеризуется некоторой структурой. Он содержит в своем составе ряд однотипных элементов, обладающих с точки зрения пользователей, одинаковыми характеристиками. Процессам-пользователям безразлично, какой или какие из элементов среди прочих из со­ставного ресурса будут выделяться им при удовлетворении их запросов на ресурс. Простой и составной ресурсы отличаются числом состояний. Простой ресурс может быть либо "занят", когда он выделен для пользования какому-либо процессу, либо "свободен". Составной ресурс находится в состоянии "свободен", если ни один из его составных элементов не распределен для использования. Если же все элементы такого ресурса выделены для использования, то он находится в состоянии "занят". Если часть элементов ресурса распределена, а остальные (известно какие) нет, то ресурс "частично занят".

При построении механизмов распределения ресурсов на основе использования той или иной дисциплины особенно важно учитывать характер использования распределяемых ресурсов. По этому признаку учитывается и сущность ресурса, возмож­ность в этой связи восстанавливаемости ресурса в системе после его использования. По возможности восстанавливаемости ресурсы подразделяются на воспроизводимые и потребляемые. Предполагаются, что в отношении каждого ресурса процесс-пользователь выполняет три типа действий: ЗАПРОС, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ, ОСВОБОЖДЕНИЕ. Если при распределении системой ресурса допускается многократное выполнение действий в последовательности запрос-использование-освобождение, то такой ресурс называют воспроизводимым. После возвращения он доступен для использования его другим процессом. Поэтому, если не учитывать вид изменений ресурса при каждом разовом использовании, можно считать время жизни ресурса бесконечно большим или достаточно большим, пока он не потеряет своих функциональных свойств. В отно­шении определенной категории ресурсов правомочно использование действий в следующем порядке: освобождение-запрос-использование, после чего ресурс, который в данном случае называют потребительным, изымается из сферы потребления (например, отношение производитель-потребитель).

Срок жизни потребляемого ресурса, определяемый периодом между выполнением действий освобождение и использование, конечен. В отношении процесса производителя и процесса-потребителя потребляемые ресурсы ведут себя как временные.

Природа ресурса и (или) используемое правило распределения ресурса обусловлены параллельной или последовательной схемой использования распределяемого между несколькими процессами ресурса. Последовательная схема предполагает, что в отношении некоторого ресурса, который называют последовательно-используемым, допустимо строго последовательное во времени выполнение цепочек действий "запрос-исполнение-освобождение" каждым процессом-потребителем этого ресурса я параллельных процессов такие цепочки действий являются критическими областями и должны выполняться так, чтобы удовлетворять правилу взаимного исключения, определенному ранее. Поэтому последовательно используемый ресурс, раз­деляемый несколькими параллельными процессами, чаще называют критическим ресурсом. Параллельная схема предполага­ет параллельное, т.е. одновременное, использование одного ресурса, который поэтому называют параллельно используемым более чем одним процессом. Такое использование не должно вносить каких-либо ошибок в логику развития каждых из про­цессов (массив в памяти для чтения).

По форме реализации различают "твердые" и "мягкие" ресурсы. Под "твердыми" понимают аппаратные компоненты маши­ны, а также человеческие ресурсы. Все остальные виды ресурсов относятся к разряду "мягких". Существенно разным для твердых и мягких ресурсов помимо сложности и стоимости является их подверженность сбойным или отказываемым ситуа­циям и последующее восстановление работоспособности. В отличие от "твердых" "мягкие" ресурсы не могут стать неработо­способными из-за усталостного отказа. В классе "мягких" ресурсов выделяют два типа: программные и информационные. Если "мягкий" ресурс допускает копирование и эффект от использования ресурса-оригинала и ресурса-копии идентичен, то такой ресурс называют программным мягким ресурсом. В противном случае его следует отнести к информационному типу (это программы, файлы, массивы и т.п.). "Мягкие" информационные ресурсы либо принципиально не допускают копирова­ние, либо допускают копирование, но оно является функцией времени. Это различного вида потребляемые ресурсы: сообще­ния, сигналы прерывания, запросы к ОС на различного вида услуги, сигналы синхронизации. Такие сообщения и сигналы информационно значимы (доступны и ценны, как ресурс) только в течение некоторого конечного интервала времени. На­пример, если в некоторую ячейку памяти записывается периодически некоторые сообщения, то возможно копирование конкретного поступившего сообщения от момента записи его в эту ячейку до момента поступления туда нового сообщения. Последующее копирование уже дает другой результат от использования выбранного сообщения.

В терминах ОС понятие ресурс обычно используется по отношению к повторно используемым, относительно стабильным и зачастую недостающим объектам, которые могут запрашиваться, использоваться и освобождаться. Ресурсы бывают разде­ляемые, когда несколько процессов использует их одновременно (в один и тот же момент времени) или параллельно (исполь­зуя ресурс попеременно в течение некоторого интервала времени), и неделимыми, когда ресурс может использоваться только одним процессом.

При разработке первых ОС ресурсами считались процессорное время, память, каналы ВВ и периферийные устройства. Поз­же понятие ресурса стало более универсальным и общим. К ним стали относиться и разного рода программные и информа­ционные ресурсы, которые с точки зрения системы, также могут являться объектами, которые возможно распределять и управлять доступом. Понятие ресурса превратилось в абстрактную структуру с рядом атрибутов, характеризующих способы доступа к ней и ее физическое представление в системе. Кроме системных ресурсов, в это понятие стали включаться и такие объекты межпроцессного обмена, как сообщения и синхросигналы.

Одним из основных видов ресурсов является процессор. При этом собственно процессор как ресурс выступает лишь для многопроцессорных систем, в однопроцессорных же системах ресурсом является процессорное время. Его разделение про­изводится по параллельной схеме. Методы разделения этого ресурса будут рассмотрены позже.

Следующий вид ресурсов - память. Она может быть разделена и одновременным способом (в памяти одновременно находят­ся несколько процессов) и параллельным (память предоставляется процессам поочередно). Проблема эффективного разделе­ния оперативной памяти между процессами является одной из самых актуальных. В общем случае, собственно память и доступ к ней являются разными ресурсами. Каждый из них может быть предоставлен независимо друг от друга, но для полной работы с памятью необходимы оба из них. Так, например, внешняя память может разделяться одновременно, а доступ к ней - попеременно.

Внешние устройства являются еще одним видом ресурсов. При наличии механизмов прямого доступа они могут разделяться одновременно. Если же устройство имеет только последовательный доступ, то оно не является разделяемым ресурсом, на­пример, принтер, накопитель на магнитной ленте.

Программные модули так же являются одним из ресурсов. Однократно используемые модули могут быть правильно выпол­нены только один раз, в процессе работы они могут либо испортить свой код, либо исходные данные. Такие модули являются неделимым ресурсом. Повторно используемые модули могут быть непривилегированными, привилегированными, реентера­бельными и повторно входимыми.

Данные выступают в качестве информационных ресурсов. Это либо переменные в ОЗУ, либо файлы. В случае использования данных только для чтения, они легко разделяются. В случае же разрешения процессам изменения этого вида ресурса, то про­блема его разделения значительно усложняется.

Ресурсы подразделяются на выгружаемые и невыгружаемые. Выгружаемый ресурс можно безболезненно забирать у вла­деющего им процесса, например, память. Невыгружаемый ресурс нельзя забрать от владельца, не уничтожив результаты вы­числений. Например, нельзя прервать запись компакт-диска.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение ресурсам и перечислите основные ресурсы.

2. По каким признакам проводится классификация ресурсов.

3. Какие объекты считаются ресурсами в отношении первых ОС и современных ОС.

4. Какие ресурсы имеют структуру?

5. Что вы понимаете под виртуализацией ресурсов.

6. Какие виды ресурсов вы знаете?