ការណែនាំអំពីប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការ

ហេហេ! ខ្ញុំចង់នាំយកការយកចិត្តទុកដាក់របស់អ្នកនូវស៊េរីនៃអត្ថបទ-ការបកប្រែនៃអក្សរសិល្ប៍គួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍មួយនៅក្នុងគំនិតរបស់ខ្ញុំ - OSTEP ។ សម្ភារៈនេះពិភាក្សាយ៉ាងស៊ីជម្រៅអំពីការងាររបស់ប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការដែលស្រដៀងនឹងយូនីក ពោលគឺធ្វើការជាមួយដំណើរការ កម្មវិធីកំណត់ពេលផ្សេងៗ អង្គចងចាំ និងសមាសធាតុស្រដៀងគ្នាផ្សេងទៀតដែលបង្កើតជាប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការទំនើប។ អ្នកអាចមើលឃើញដើមនៃសម្ភារៈទាំងអស់នៅទីនេះ នៅទីនេះ. សូមចំណាំថាការបកប្រែត្រូវបានធ្វើឡើងដោយគ្មានវិជ្ជាជីវៈ (ដោយសេរី) ប៉ុន្តែខ្ញុំសង្ឃឹមថាខ្ញុំរក្សាបាននូវអត្ថន័យទូទៅ។

ការងារមន្ទីរពិសោធន៍លើប្រធានបទនេះអាចរកបាននៅទីនេះ៖
- ដើម៖ pages.cs.wisc.edu/~remzi/OSTEP/Homework/homework.html
- ដើម៖ github.com/remzi-arpacidusseau/ostep-code
- ការសម្របខ្លួនផ្ទាល់ខ្លួនរបស់ខ្ញុំ៖ github.com/bykvaadm/OS/tree/master/ostep

អ្នកក៏អាចពិនិត្យមើលឆានែលរបស់ខ្ញុំនៅ ទូរលេខ =)

ប្រតិបត្តិការកម្មវិធី

តើមានអ្វីកើតឡើងនៅពេលដែលកម្មវិធីកំពុងដំណើរការ? កម្មវិធីដែលកំពុងដំណើរការធ្វើរឿងសាមញ្ញមួយ - វាប្រតិបត្តិការណែនាំ។ ជារៀងរាល់វិនាទី ការណែនាំរាប់លាន និងសូម្បីតែរាប់ពាន់លានត្រូវបានទាញយកដោយ processor ពី RAM ក្រោយមកវាឌិកូដពួកវា (ឧទាហរណ៍ វាទទួលស្គាល់ប្រភេទការណែនាំទាំងនេះជាកម្មសិទ្ធិ) ហើយប្រតិបត្តិពួកវា។ នេះអាចជាការបន្ថែមលេខពីរ ចូលប្រើអង្គចងចាំ ពិនិត្យលក្ខខណ្ឌ លោតទៅមុខងារ ជាដើម។ បន្ទាប់ពីការប្រតិបត្តិនៃការណែនាំមួយ processor បន្តទៅប្រតិបត្តិនៃសេចក្តីណែនាំមួយទៀត។ ដូច្នេះហើយ ការណែនាំបន្ទាប់ពីការណែនាំ ពួកគេត្រូវបានប្រតិបត្តិរហូតដល់កម្មវិធីបញ្ចប់។
ឧទាហរណ៍នេះត្រូវបានចាត់ទុកថាសាមញ្ញ - ជាការពិត ដើម្បីបង្កើនល្បឿនដំណើរការ គ្រឿងរឹងទំនើបអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកប្រតិបត្តិការណែនាំចេញពីវេន គណនាលទ្ធផលដែលអាចធ្វើបាន ប្រតិបត្តិការណែនាំក្នុងពេលដំណាលគ្នា និងល្បិចស្រដៀងគ្នា។

Von Neumann គំរូនៃការគណនា

ទម្រង់សាមញ្ញនៃការងារដែលបានពិពណ៌នាដោយពួកយើងគឺស្រដៀងទៅនឹងគំរូ Von Neumann នៃការគណនា។ លោក Von Neumann គឺជាអ្នកត្រួសត្រាយផ្លូវនៃប្រព័ន្ធកុំព្យូទ័រ ហើយគាត់ក៏ជាអ្នកនិពន្ធម្នាក់នៃទ្រឹស្តីហ្គេម. ខណៈពេលដែលកម្មវិធីកំពុងដំណើរការ ព្រឹត្តិការណ៍ជាច្រើនផ្សេងទៀតកើតឡើង ដំណើរការផ្សេងទៀតជាច្រើន និងការងារតក្កវិជ្ជាភាគីទីបី គោលបំណងសំខាន់គឺធ្វើឱ្យការបើកដំណើរការ ប្រតិបត្តិការ និងការថែទាំប្រព័ន្ធមានភាពសាមញ្ញ។
មានសំណុំនៃកម្មវិធីដែលទទួលខុសត្រូវក្នុងការធ្វើឱ្យកម្មវិធីងាយស្រួលដំណើរការ (ឬសូម្បីតែអនុញ្ញាតឱ្យកម្មវិធីជាច្រើនដំណើរការក្នុងពេលតែមួយ) ដែលអនុញ្ញាតឱ្យកម្មវិធីចែករំលែកអង្គចងចាំដូចគ្នា និងទំនាក់ទំនងជាមួយឧបករណ៍ផ្សេងៗ។ សំណុំនៃកម្មវិធី (កម្មវិធី) បែបនេះត្រូវបានគេហៅថាជាប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការដ៏សំខាន់ ហើយភារកិច្ចរបស់វារួមមានការត្រួតពិនិត្យថាប្រព័ន្ធដំណើរការបានត្រឹមត្រូវ និងមានប្រសិទ្ធភាព ក៏ដូចជាការធានាភាពងាយស្រួលនៃការគ្រប់គ្រងប្រព័ន្ធនេះ។

ប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការ

ប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការ អក្សរកាត់ថា OS គឺជាសំណុំនៃកម្មវិធីដែលទាក់ទងគ្នាដែលត្រូវបានរចនាឡើងដើម្បីគ្រប់គ្រងធនធានកុំព្យូទ័រ និងរៀបចំអន្តរកម្មអ្នកប្រើប្រាស់ជាមួយកុំព្យូទ័រ។.
ប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការសម្រេចបាននូវប្រសិទ្ធភាពរបស់វានៅកន្លែងដំបូងតាមរយៈបច្ចេកទេសសំខាន់បំផុត - បច្ចេកទេស និម្មិត. ប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការមានអន្តរកម្មជាមួយធនធានរូបវន្ត (ឧបករណ៍ដំណើរការ អង្គចងចាំ ថាស។ ដូច្នេះសម្រាប់ការយល់ដឹងទូទៅ អ្នកអាចប្រៀបធៀបប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការជាមួយម៉ាស៊ីននិម្មិត។
ដើម្បីអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកប្រើផ្តល់ពាក្យបញ្ជាទៅប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការ ហើយដូច្នេះប្រើសមត្ថភាពរបស់ម៉ាស៊ីននិម្មិត (ដូចជាការដំណើរការកម្មវិធី ការបែងចែកអង្គចងចាំ ការចូលប្រើឯកសារជាដើម) ប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការផ្តល់នូវចំណុចប្រទាក់មួយចំនួនដែលហៅថា ការ API (ចំណុចប្រទាក់កម្មវិធីកម្មវិធី) និងដែលអ្នកអាចធ្វើការហៅ (call) ។ ប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការធម្មតាអនុញ្ញាតឱ្យមានការហៅប្រព័ន្ធរាប់រយ។
ជាចុងក្រោយ ដោយសារនិម្មិតអនុញ្ញាតឱ្យកម្មវិធីជាច្រើនដំណើរការ (ដូច្នេះចែករំលែកស៊ីភីយូ) ហើយក្នុងពេលដំណាលគ្នាចូលប្រើការណែនាំ និងទិន្នន័យរបស់ពួកគេ (ដូច្នេះការចែករំលែកអង្គចងចាំ) និងការចូលប្រើថាស (ដូច្នេះការចែករំលែកឧបករណ៍ I/O) ប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការក៏ត្រូវបានគេហៅថា អ្នកគ្រប់គ្រងធនធាន។ ខួរក្បាល ថាស និងអង្គចងចាំនីមួយៗគឺជាធនធាននៃប្រព័ន្ធ ហើយដូច្នេះតួនាទីមួយនៃប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការក្លាយជាភារកិច្ចនៃការគ្រប់គ្រងធនធានទាំងនេះ ដោយធ្វើវាឱ្យមានប្រសិទ្ធភាព ស្មោះត្រង់ ឬផ្ទុយមកវិញ អាស្រ័យលើភារកិច្ចដែលប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការនេះ ត្រូវបានរចនាឡើង។

ស៊ីភីយូនិម្មិត

ពិចារណាកម្មវិធីខាងក្រោម៖
(https://www.youtube.com/watch?v=zDwT5fUcki4&feature=youtu.be)

វាមិនអនុវត្តសកម្មភាពពិសេសណាមួយទេ តាមពិត អ្វីទាំងអស់ដែលវាធ្វើគឺហៅថាមុខងារ បង្វិល() ដែលភារកិច្ចគឺត្រូវឆ្លងកាត់ការត្រួតពិនិត្យពេលវេលា ហើយត្រលប់មកវិញបន្ទាប់ពីមួយវិនាទីបានកន្លងផុតទៅ។ ដូច្នេះ វាធ្វើម្តងទៀតដោយគ្មានកំណត់នូវខ្សែអក្សរដែលអ្នកប្រើប្រាស់បានឆ្លងកាត់ជាអាគុយម៉ង់។
ចូរ​ដំណើរការ​កម្មវិធី​នេះ​ហើយ​ហុច​តួអក្សរ "A" ជា​អាគុយម៉ង់។ លទ្ធផលគឺមិនគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍ជាពិសេស - ប្រព័ន្ធគ្រាន់តែដំណើរការកម្មវិធីដែលបង្ហាញតួអក្សរ "A" ជាទៀងទាត់។
ឥឡូវនេះ សូមសាកល្បងជម្រើស នៅពេលដែលកម្មវិធីដូចគ្នាជាច្រើនកំពុងដំណើរការ ប៉ុន្តែការចេញអក្សរផ្សេងគ្នាដើម្បីធ្វើឱ្យវាកាន់តែច្បាស់។ ក្នុងករណីនេះលទ្ធផលនឹងខុសគ្នាខ្លះ។ ទោះបីជាការពិតដែលថាយើងមានខួរក្បាលតែមួយក៏ដោយក៏កម្មវិធីត្រូវបានប្រតិបត្តិក្នុងពេលដំណាលគ្នា។ តើវាកើតឡើងដោយរបៀបណា? ប៉ុន្តែវាប្រែថាប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការមិនមែនដោយគ្មានជំនួយពីសមត្ថភាពផ្នែករឹងបង្កើតការបំភាន់។ ការបំភាន់ថាប្រព័ន្ធមាន processors និម្មិតច្រើន ប្រែក្លាយ processor រាងកាយតែមួយទៅជាចំនួនគ្មានកំណត់តាមទ្រឹស្តី ហើយដោយហេតុនេះអនុញ្ញាតឱ្យកម្មវិធីហាក់ដូចជាដំណើរការក្នុងពេលដំណាលគ្នា។ ការបំភាន់នេះត្រូវបានគេហៅថា ស៊ីភីយូនិម្មិត.
រូបភាពនេះចោទជាសំណួរជាច្រើន ឧទាហរណ៍ថា ប្រសិនបើកម្មវិធីជាច្រើនចង់ដំណើរការក្នុងពេលតែមួយ តើកម្មវិធីមួយណានឹងត្រូវបើកដំណើរការ? "គោលការណ៍" របស់ OS ទទួលខុសត្រូវចំពោះសំណួរនេះ។ គោលការណ៍ត្រូវបានប្រើប្រាស់នៅកន្លែងជាច្រើននៅក្នុង OS ហើយឆ្លើយសំណួរដូចនេះ ហើយជាយន្តការមូលដ្ឋានដែល OS អនុវត្ត។ ដូច្នេះតួនាទីរបស់ OS ជាអ្នកគ្រប់គ្រងធនធាន។

សតិនិម្មិត

ឥឡូវនេះសូមក្រឡេកមើលការចងចាំ។ គំរូរូបវន្តនៃអង្គចងចាំនៅក្នុងប្រព័ន្ធទំនើបត្រូវបានតំណាងជាអារេនៃបៃ។. ដើម្បីអានពីអង្គចងចាំអ្នកត្រូវបញ្ជាក់ អាសយដ្ឋានក្រឡាដើម្បីចូលប្រើវា។ ដើម្បីសរសេរ ឬធ្វើបច្ចុប្បន្នភាពទិន្នន័យ អ្នកក៏ត្រូវបញ្ជាក់ទិន្នន័យ និងអាសយដ្ឋានរបស់ក្រឡាដែលត្រូវសរសេរផងដែរ។
អង្គចងចាំត្រូវបានចូលដំណើរការឥតឈប់ឈរកំឡុងពេលដំណើរការកម្មវិធី។ កម្មវិធីមួយរក្សាទុករចនាសម្ព័ន្ធទិន្នន័យទាំងមូលរបស់វានៅក្នុងអង្គចងចាំ ហើយចូលប្រើវាដោយប្រតិបត្តិការណែនាំផ្សេងៗ។ ទន្ទឹមនឹងនោះ ការណែនាំក៏ត្រូវបានរក្សាទុកក្នុងអង្គចងចាំផងដែរ ដូច្នេះវាក៏ត្រូវបានចូលប្រើសម្រាប់សំណើនីមួយៗសម្រាប់ការណែនាំបន្ទាប់។

malloc() ហៅ

ពិចារណាកម្មវិធីខាងក្រោម ដែលបែងចែកតំបន់នៃអង្គចងចាំដោយប្រើការហៅទូរសព្ទ malloc () (https://youtu.be/jnlKRnoT1m0)៖

កម្មវិធីនេះធ្វើកិច្ចការជាច្រើន។ ដំបូងវាបែងចែកអង្គចងចាំមួយចំនួន (បន្ទាត់ទី 7) បន្ទាប់មកបោះពុម្ពអាសយដ្ឋាននៃក្រឡាដែលបានបែងចែក (បន្ទាត់ទី 9) សរសេរលេខសូន្យទៅរន្ធដោតទីមួយនៃអង្គចងចាំដែលបានបែងចែក។ បន្ទាប់មកកម្មវិធីចូលទៅក្នុងរង្វិលជុំដែលវាបង្កើនតម្លៃដែលរក្សាទុកក្នុងអង្គចងចាំនៅអាសយដ្ឋាននៅក្នុងអថេរ "p" ។ វាក៏បោះពុម្ពលេខសម្គាល់ដំណើរការដោយខ្លួនឯងផងដែរ។ លេខសម្គាល់ដំណើរការគឺមានតែមួយគត់សម្រាប់ដំណើរការដែលកំពុងដំណើរការនីមួយៗ. ដោយបានបើកដំណើរការច្បាប់ចម្លងជាច្រើន យើងនឹងជំពប់ដួលលើលទ្ធផលគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍មួយ៖ ក្នុងករណីដំបូង ប្រសិនបើអ្នកមិនធ្វើអ្វីសោះ ហើយគ្រាន់តែដំណើរការច្បាប់ចម្លងជាច្រើន នោះអាសយដ្ឋាននឹងខុសគ្នា។ ប៉ុន្តែនេះមិនស្ថិតនៅក្រោមទ្រឹស្តីរបស់យើងទេ! ត្រឹមត្រូវ ចាប់តាំងពីការចែកចាយទំនើបមានអង្គចងចាំចៃដន្យត្រូវបានបើកតាមលំនាំដើម។ ប្រសិនបើវាត្រូវបានបិទ យើងទទួលបានលទ្ធផលដែលរំពឹងទុក - អាសយដ្ឋានអង្គចងចាំនៃកម្មវិធីពីរដែលកំពុងដំណើរការក្នុងពេលដំណាលគ្នានឹងត្រូវគ្នា។

ជាលទ្ធផល វាបង្ហាញថាកម្មវិធីឯករាជ្យពីរដំណើរការជាមួយចន្លោះអាសយដ្ឋានឯកជនផ្ទាល់ខ្លួនរបស់ពួកគេ ដែលនៅក្នុងវេនត្រូវបានគូសផែនទីដោយប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការនៅក្នុងអង្គចងចាំរូបវន្ត។. ដូច្នេះ ការប្រើប្រាស់អាសយដ្ឋានអង្គចងចាំក្នុងកម្មវិធីមួយនឹងមិនប៉ះពាល់ដល់អ្នកដទៃតាមមធ្យោបាយណាមួយឡើយ ហើយវាហាក់បីដូចជាកម្មវិធីនីមួយៗដែលវាមានអង្គចងចាំរូបវន្តផ្ទាល់ខ្លួន ដែលត្រូវបានផ្តល់ឱ្យវាទាំងស្រុង។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការពិតគឺថា អង្គចងចាំរូបវន្ត គឺជាធនធានចែករំលែកដែលគ្រប់គ្រងដោយប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការ។

ភាពជាប់លាប់

ប្រធានបទសំខាន់មួយទៀតនៅក្នុងប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការគឺ − ភាពស្ថិតស្ថេរ. ពាក្យនេះត្រូវបានប្រើនៅពេលនិយាយអំពីបញ្ហានៅក្នុងប្រព័ន្ធដែលអាចកើតឡើងនៅពេលធ្វើការជាមួយអ្វីៗជាច្រើនក្នុងពេលតែមួយក្នុងកម្មវិធីតែមួយ។ បញ្ហានៃភាពស៊ីសង្វាក់គ្នាកើតឡើងសូម្បីតែនៅក្នុងប្រព័ន្ធប្រតិបត្តិការខ្លួនឯងក៏ដោយ។ នៅក្នុងឧទាហរណ៍មុននៃអង្គចងចាំ និងដំណើរការនិម្មិត យើងបានដឹងថា OS គ្រប់គ្រងអ្វីៗជាច្រើនក្នុងពេលតែមួយ - វាចាប់ផ្តើមដំណើរការដំបូង បន្ទាប់មកទីពីរ ហើយដូច្នេះនៅលើ។ ដូចដែលវាបានប្រែក្លាយឥរិយាបថនេះអាចនាំឱ្យមានបញ្ហាមួយចំនួន។ ដូច្នេះ ជាឧទាហរណ៍ កម្មវិធីពហុខ្សែស្រឡាយទំនើបជួបប្រទះការលំបាកបែបនេះ។

ពិចារណាកម្មវិធីខាងក្រោម៖

កម្មវិធីនៅក្នុងមុខងារចម្បងបង្កើតខ្សែស្រឡាយពីរដោយប្រើការហៅ pthread_create(). ក្នុងឧទាហរណ៍នេះ ខ្សែស្រឡាយអាចត្រូវបានគេគិតថាជាមុខងារដែលដំណើរការក្នុងទំហំអង្គចងចាំដូចគ្នា រួមជាមួយនឹងមុខងារផ្សេងទៀត ដោយច្បាស់ថាមានមុខងារច្រើនជាងមួយដំណើរការក្នុងពេលតែមួយ។ ក្នុងឧទាហរណ៍នេះ ខ្សែនីមួយៗចាប់ផ្តើម និងដំណើរការមុខងារ worker() ដែលនៅក្នុងវេនគ្រាន់តែបង្កើនអថេរ,.

ចូរដំណើរការកម្មវិធីនេះជាមួយនឹងអាគុយម៉ង់ចំនួន 1000។ ដូចដែលអ្នកប្រហែលជាបានទាយ លទ្ធផលគួរតែជា 2000 ព្រោះខ្សែស្រឡាយនីមួយៗបានបង្កើនអថេរ 1000 ដង។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយអ្វីគ្រប់យ៉ាងគឺមិនសាមញ្ញទេ។ ចូរយើងព្យាយាមដំណើរការកម្មវិធីដោយលំដាប់នៃទំហំពាក្យដដែលៗបន្ថែមទៀត។

ដោយការបញ្ចូលលេខ ឧទាហរណ៍ 100000 យើងរំពឹងថានឹងឃើញលទ្ធផលជាលេខ 200000។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ប្រសិនបើយើងរត់លេខ 100000 ច្រើនដង នោះយើងមិនត្រឹមតែមិនឃើញចម្លើយត្រឹមត្រូវប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងទទួលបានចម្លើយខុសផ្សេងៗផងដែរ។ ចម្លើយគឺស្ថិតនៅក្នុងការពិតដែលថា ដើម្បីបង្កើនចំនួន ប្រតិបត្តិការបីត្រូវបានទាមទារ - ដកលេខចេញពីអង្គចងចាំ បង្កើន ហើយបន្ទាប់មកសរសេរលេខត្រឡប់មកវិញ។ ដោយសារការណែនាំទាំងអស់នេះមិនត្រូវបានប្រតិបត្តិតាមអាតូមិចទេ (ទាំងអស់ក្នុងពេលតែមួយ) រឿងចម្លែកបែបនេះអាចកើតឡើង។ បញ្ហានេះត្រូវបានគេហៅថានៅក្នុងកម្មវិធី ស្ថានភាពប្រណាំង. នៅពេលដែលកងកម្លាំងមិនស្គាល់នៅពេលមិនស្គាល់អាចប៉ះពាល់ដល់ដំណើរការនៃប្រតិបត្តិការណាមួយរបស់អ្នក។

ប្រភព: www.habr.com