ऑपरेटिंग सिस्टमची ओळख

अहो हाब्र! मी तुमच्या लक्षात आणून देऊ इच्छितो लेखांची मालिका-माझ्या मते एका मनोरंजक साहित्याचे भाषांतर - OSTEP. ही सामग्री युनिक्स सारख्या ऑपरेटिंग सिस्टीमच्या कार्याची सखोल चर्चा करते, म्हणजे, प्रक्रियांसह कार्य, विविध शेड्यूलर, मेमरी आणि आधुनिक OS बनविणारे इतर समान घटक. आपण येथे सर्व सामग्रीचे मूळ पाहू शकता येथे. कृपया लक्षात ठेवा की भाषांतर अव्यावसायिकपणे केले गेले आहे (अगदी मुक्तपणे), परंतु मला आशा आहे की मी सामान्य अर्थ राखला आहे.

या विषयावरील प्रयोगशाळेतील कार्य येथे आढळू शकते:
- मूळ: pages.cs.wisc.edu/~remzi/OSTEP/Homework/homework.html
- मूळ: github.com/remzi-arpacidusseau/ostep-code
- माझे वैयक्तिक रुपांतर: github.com/bykvaadm/OS/tree/master/ostep

तुम्ही माझे चॅनल येथे देखील पाहू शकता तार =)

कार्यक्रम ऑपरेशन

प्रोग्राम चालू असताना काय होते? चालू असलेला प्रोग्राम एक सोपी गोष्ट करतो - तो सूचना कार्यान्वित करतो. प्रत्येक सेकंदाला, लाखो आणि शक्यतो अब्जावधी सूचना प्रोसेसर RAM मधून मिळवतात, त्या बदल्यात ते त्यांना डीकोड करते (उदाहरणार्थ, या सूचना कोणत्या प्रकारच्या आहेत हे ओळखते) आणि त्यांची अंमलबजावणी करते. हे दोन नंबर जोडणे, मेमरी ऍक्सेस करणे, स्थिती तपासणे, फंक्शनवर जाणे इत्यादी असू शकते. एका सूचनेच्या अंमलबजावणीनंतर, प्रोसेसर दुसर्‍याच्या अंमलबजावणीकडे जातो. आणि म्हणून सूचना नंतर सूचना, कार्यक्रम संपेपर्यंत ते कार्यान्वित केले जातात.
हे उदाहरण नैसर्गिकरित्या सरलीकृत मानले जाते - खरं तर, प्रोसेसरची गती वाढविण्यासाठी, आधुनिक हार्डवेअर आपल्याला आलटून पालटून सूचना कार्यान्वित करण्यास, संभाव्य परिणामांची गणना करण्यास, एकाच वेळी सूचना अंमलात आणण्यासाठी आणि तत्सम युक्त्या करण्यास अनुमती देते.

गणनेचे वॉन न्यूमन मॉडेल

आमच्याद्वारे वर्णन केलेले कार्याचे सरलीकृत स्वरूप गणनेच्या वॉन न्यूमन मॉडेलसारखे आहे. वॉन न्यूमन हा संगणक प्रणालीच्या प्रवर्तकांपैकी एक आहे, तो गेम सिद्धांताच्या लेखकांपैकी एक आहे.. कार्यक्रम चालू असताना, इतर कार्यक्रमांचा एक समूह घडतो, इतर अनेक प्रक्रिया आणि तृतीय-पक्ष तर्कशास्त्र कार्य करतात, ज्याचा मुख्य हेतू सिस्टमचे लॉन्च, ऑपरेशन आणि देखभाल सुलभ करणे आहे.
सॉफ्टवेअरचा एक संच आहे जो प्रोग्राम्सना चालवणे सोपे करण्यासाठी (किंवा अनेक प्रोग्राम्सना एकाच वेळी चालवण्यास परवानगी देतो), जे प्रोग्राम्सना समान मेमरी सामायिक करण्यास आणि वेगवेगळ्या डिव्हाइसेससह संप्रेषण करण्यास अनुमती देते. सॉफ्टवेअरच्या अशा संचाला (सॉफ्टवेअर) मूलत: ऑपरेटिंग सिस्टम म्हणतात आणि त्याच्या कार्यांमध्ये सिस्टम योग्य आणि कार्यक्षमतेने कार्य करते की नाही याचे निरीक्षण करणे तसेच या प्रणालीचे व्यवस्थापन सुलभतेची खात्री करणे समाविष्ट आहे.

ऑपरेटिंग सिस्टम

ऑपरेटिंग सिस्टीम, संक्षिप्त रूपात ओएस म्हणून ओळखली जाते, ही संगणक संसाधने व्यवस्थापित करण्यासाठी आणि संगणकासह वापरकर्त्याचा परस्परसंवाद आयोजित करण्यासाठी डिझाइन केलेल्या परस्परसंबंधित प्रोग्राम्सचा एक संच आहे..
ओएस प्रथम स्थानावर त्याची प्रभावीता प्राप्त करते, सर्वात महत्वाच्या तंत्राद्वारे - तंत्र आभासीकरण. OS भौतिक संसाधनाशी (प्रोसेसर, मेमरी, डिस्क, इ.) संवाद साधते आणि त्याचे स्वतःच्या अधिक सामान्य, अधिक शक्तिशाली आणि वापरण्यास-सुलभ स्वरूपात रूपांतर करते. म्हणून, सामान्य समजून घेण्यासाठी, आपण ऑपरेटिंग सिस्टमची आभासी मशीनशी तुलना करू शकता.
वापरकर्त्यांना ऑपरेटिंग सिस्टीमला कमांड देण्यासाठी आणि अशा प्रकारे व्हर्च्युअल मशीनची क्षमता वापरण्याची परवानगी देण्यासाठी (जसे की प्रोग्राम चालवणे, मेमरी वाटप करणे, फाइल ऍक्सेस करणे इ.), ऑपरेटिंग सिस्टम काही इंटरफेस प्रदान करते API (ऍप्लिकेशन प्रोग्रामिंग इंटरफेस) आणि ज्यावर तुम्ही कॉल (कॉल) करू शकता. एक सामान्य ऑपरेटिंग सिस्टम शेकडो सिस्टम कॉल करण्यास अनुमती देते.
शेवटी, व्हर्च्युअलायझेशनमुळे एकाधिक प्रोग्राम्स चालवता येतात (अशा प्रकारे CPU सामायिक करणे), आणि एकाच वेळी त्यांच्या सूचना आणि डेटा (अशा प्रकारे मेमरी सामायिक करणे), आणि ऍक्सेस डिस्क्स (अशा प्रकारे I/O डिव्हाइसेस सामायिक करणे) , ऑपरेटिंग सिस्टमला देखील म्हणतात. संसाधन व्यवस्थापक. प्रत्येक प्रोसेसर, डिस्क आणि मेमरी हे सिस्टमचे एक संसाधन आहे आणि अशा प्रकारे ऑपरेटिंग सिस्टमची एक भूमिका ही संसाधने व्यवस्थापित करणे, ते कार्यक्षमतेने, प्रामाणिकपणे करणे किंवा त्याउलट, या ऑपरेटिंग सिस्टमच्या कार्यावर अवलंबून असते. डिझाइन केलेले आहे.

CPU आभासीकरण

खालील कार्यक्रमाचा विचार करा:
(https://www.youtube.com/watch?v=zDwT5fUcki4&feature=youtu.be)

हे कोणत्याही विशेष क्रिया करत नाही, खरं तर, ते फक्त फंक्शन म्हणतात फिरकी(), ज्यांचे कार्य वेळ तपासणे आणि एक सेकंद संपल्यानंतर परत येणे हे आहे. अशा प्रकारे, वापरकर्त्याने युक्तिवाद म्हणून पास केलेल्या स्ट्रिंगची ते अनिश्चित काळासाठी पुनरावृत्ती करते.
चला हा प्रोग्राम रन करूया आणि त्याला "A" वर्ण एक युक्तिवाद म्हणून पास करूया. परिणाम विशेषतः मनोरंजक नाही - सिस्टम फक्त एक प्रोग्राम कार्यान्वित करते जो वेळोवेळी "ए" वर्ण प्रदर्शित करतो.
आता एकाच प्रोग्रामची अनेक उदाहरणे चालू असताना पर्याय वापरून पाहू, परंतु ते स्पष्ट करण्यासाठी भिन्न अक्षरे आउटपुट करणे. या प्रकरणात, परिणाम थोडा वेगळा असेल. आमच्याकडे एक प्रोसेसर असूनही, प्रोग्राम एकाच वेळी कार्यान्वित केला जातो. ते कसे घडते? परंतु असे दिसून आले की ऑपरेटिंग सिस्टम, हार्डवेअर क्षमतांच्या मदतीशिवाय, एक भ्रम निर्माण करते. सिस्टीममध्ये अनेक व्हर्च्युअल प्रोसेसर आहेत हा भ्रम, एकल फिजिकल प्रोसेसर सैद्धांतिकदृष्ट्या अनंत संख्येमध्ये बदलतो आणि त्याद्वारे वरवर पाहता प्रोग्राम्स एकाच वेळी चालण्यास परवानगी देतो. या भ्रमाला म्हणतात CPU आभासीकरण.
हे चित्र अनेक प्रश्न उपस्थित करते, उदाहरणार्थ, जर एकाच वेळी अनेक कार्यक्रम चालवायचे असतील तर कोणता कार्यक्रम सुरू केला जाईल? या प्रश्नासाठी OS ची “धोरणे” जबाबदार आहेत. OS मध्ये अनेक ठिकाणी धोरणे वापरली जातात आणि यासारख्या प्रश्नांची उत्तरे देतात आणि OS द्वारे लागू केलेली मूलभूत यंत्रणा आहे. म्हणून संसाधन व्यवस्थापक म्हणून OS ची भूमिका.

मेमरी आभासीकरण

आता स्मृती पाहू. आधुनिक सिस्टीममधील मेमरीचे भौतिक मॉडेल बाइट्सच्या अॅरेच्या रूपात दर्शविले जाते.. मेमरीमधून वाचण्यासाठी, आपल्याला निर्दिष्ट करणे आवश्यक आहे सेल पत्तात्यात प्रवेश करण्यासाठी. डेटा लिहिण्‍यासाठी किंवा अपडेट करण्‍यासाठी, तुम्‍हाला डेटा आणि सेलचा पत्ता कुठे लिहायचा ते देखील नमूद करणे आवश्‍यक आहे.
प्रोग्रामच्या अंमलबजावणीदरम्यान मेमरीमध्ये सतत प्रवेश केला जातो. प्रोग्राम त्याची संपूर्ण डेटा रचना मेमरीमध्ये संग्रहित करतो आणि विविध सूचना अंमलात आणून त्यात प्रवेश करतो. सूचना, दरम्यान, मेमरीमध्ये देखील संग्रहित केल्या जातात, त्यामुळे पुढील सूचनांसाठी प्रत्येक विनंतीसाठी देखील प्रवेश केला जातो.

malloc() कॉल

खालील प्रोग्रामचा विचार करा, जो कॉल वापरून मेमरी क्षेत्र वाटप करतो मॅलोक () (https://youtu.be/jnlKRnoT1m0):

कार्यक्रम अनेक गोष्टी करतो. प्रथम, ते काही मेमरी (लाइन 7) वाटप करते, नंतर वाटप केलेल्या सेलचा पत्ता (ओळ 9) मुद्रित करते, वाटप केलेल्या मेमरीच्या पहिल्या स्लॉटवर शून्य लिहिते. पुढे, प्रोग्राम एक लूपमध्ये प्रवेश करतो ज्यामध्ये तो “p” व्हेरिएबलमधील पत्त्यावर मेमरीमध्ये संग्रहित मूल्य वाढवतो. ते स्वतःचा प्रक्रिया आयडी देखील मुद्रित करते. प्रक्रिया आयडी प्रत्येक चालू प्रक्रियेसाठी अद्वितीय आहे. अनेक प्रती लाँच केल्यावर, आम्ही एका मनोरंजक निकालावर अडखळतो: पहिल्या प्रकरणात, आपण काहीही न केल्यास आणि फक्त अनेक प्रती चालविल्यास, पत्ते भिन्न असतील. पण हे आमच्या सिद्धांतात येत नाही! बरोबर, आधुनिक वितरणांमध्ये डिफॉल्टनुसार मेमरी यादृच्छिकीकरण सक्षम केले आहे. जर ते अक्षम केले असेल तर, आम्हाला अपेक्षित परिणाम मिळेल - एकाच वेळी चालू असलेल्या दोन प्रोग्राम्सचे मेमरी पत्ते जुळतील.

परिणामी, असे दिसून आले की दोन स्वतंत्र प्रोग्राम त्यांच्या स्वत: च्या खाजगी पत्त्याच्या स्थानांसह कार्य करतात, जे ऑपरेटिंग सिस्टमद्वारे भौतिक मेमरीमध्ये मॅप केले जातात.. म्हणून, एका प्रोग्राममधील मेमरी पत्त्यांचा वापर इतरांवर कोणत्याही प्रकारे परिणाम करणार नाही, आणि प्रत्येक प्रोग्रामला असे दिसते की त्याच्या स्वतःच्या भौतिक मेमरीचा भाग आहे, पूर्णपणे त्यास दिलेला आहे. तथापि, वास्तविकता अशी आहे की भौतिक मेमरी ही ऑपरेटिंग सिस्टमद्वारे व्यवस्थापित केलेली एक सामायिक संसाधन आहे.

सुसंगतता

ऑपरेटिंग सिस्टममधील आणखी एक महत्त्वाचा विषय म्हणजे - सुसंगतता. हा शब्द सिस्टममधील समस्यांबद्दल बोलत असताना वापरला जातो ज्या एकाच प्रोग्राममध्ये एकाच वेळी अनेक गोष्टींसह काम करताना उद्भवू शकतात. ऑपरेटिंग सिस्टममध्येच सातत्य समस्या उद्भवतात. मागील मेमरी आणि प्रोसेसर व्हर्च्युअलायझेशन उदाहरणांमध्ये, आम्हाला समजले की OS एकाच वेळी अनेक गोष्टी व्यवस्थापित करते - ती पहिली प्रक्रिया सुरू करते, नंतर दुसरी, इत्यादी. जसे हे दिसून आले की, या वर्तनामुळे काही समस्या उद्भवू शकतात. म्हणून, उदाहरणार्थ, आधुनिक मल्टी-थ्रेडेड प्रोग्राम्स अशा अडचणी अनुभवतात.

खालील कार्यक्रमाचा विचार करा:

मुख्य फंक्शनमधील प्रोग्राम कॉल वापरून दोन थ्रेड तयार करतो pthread_create(). या उदाहरणात, थ्रेडचा विचार इतर फंक्शन्सच्या बरोबरीने समान मेमरी स्पेसमध्ये चालणारे फंक्शन म्हणून केला जाऊ शकतो, ज्यामध्ये स्पष्टपणे एकापेक्षा जास्त फंक्शन एकाच वेळी चालू असतात. या उदाहरणात, प्रत्येक थ्रेड फंक्शन सुरू करतो आणि कार्यान्वित करतो worker() जे यामधून फक्त व्हेरिएबल वाढवते,.

चला हा प्रोग्राम 1000 च्या युक्तिवादाने रन करूया. तुम्ही अंदाज केला असेल की, परिणाम 2000 असावा कारण प्रत्येक थ्रेडने व्हेरिएबल 1000 वेळा वाढवले ​​आहे. तथापि, सर्वकाही इतके सोपे नाही. अधिक पुनरावृत्तीच्या क्रमाने प्रोग्राम चालवण्याचा प्रयत्न करूया.

एखादी संख्या इनपुट करून, उदाहरणार्थ, 100000, आम्ही 200000 संख्या म्हणून आउटपुट पाहण्याची अपेक्षा करतो. तथापि, जर आपण 100000 ही संख्या अनेक वेळा चालवली, तर आपल्याला केवळ योग्य उत्तरच दिसणार नाही, तर वेगवेगळी चुकीची उत्तरेही मिळतील. उत्तर हे आहे की संख्या वाढवण्यासाठी, तीन ऑपरेशन्स आवश्यक आहेत - मेमरीमधून संख्या काढणे, वाढवणे आणि नंतर संख्या परत लिहिणे. या सर्व सूचना अणु पद्धतीने (सर्व एकाच वेळी) अंमलात आणल्या जात नसल्यामुळे, अशा विचित्र गोष्टी घडू शकतात. या समस्येला प्रोग्रामिंग म्हणतात शर्यतीची स्थिती. जेव्हा अज्ञात क्षणी अज्ञात शक्ती आपल्या कोणत्याही ऑपरेशनच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करू शकतात.

स्त्रोत: www.habr.com