Hoofdstuk 4 Besturingssystemen

Hoofdstuk 4 Besturingssystemen
SOCS Hoofdstuk 4 Besturingssystemen

Besturingssystemen Werking van de computer besturen/regelen
In geheugen geladen bij opstarten v/d computer Voordelen: Eenvoudiger om met computer te werken Laag niveau taken, verbergen details, … Computer efficiënt laten werken Meerdere programma’s tegelijk, in- en uitvoer, … Voldoende hardware ondersteuning! Programmaonderbrekingen, processortoestanden, geprivilegieerde bevelen, beschermingsregisters, wekker, …

Besturingssystemen Gebruikers Toepassingen Besturingssysteem Hardware

Inhoud Inleiding Programmatoestandswoord Programma-onderbrekingen
Invoer en uitvoer Processortoestanden Multiprogrammatie Soorten Besturingssystemen Taken van een besturingssysteem Kosten en Baten

Inleiding Besturingssysteem (Operating System) Doelstellingen
Gebruiksvriendelijker Efficiënter Geen sine qua non Zonder BS: niet eenvoudig! Laden van programma, bewaren informatie, … Eerste computers zeer duur Efficiëntie erg belangrijk

Inleiding Voor bepaald type hardware
DOS, OS/2  Intel PC VMS  Dec (VAX) MVS  IBM Mainframes Voor verschillende hardware platformen Unix/Linux Grote verschillen Verschillende hardware, gebruikers, beheerders Gemeenschappelijke kenmerken

Invoer en uitvoer Processortoestanden Multiprogrammatie Soorten Besturingssystemen Taken van een besturingssysteem Kosten en Baten

Programmatoestandswoord
Register van het CVO (Program Status Word, PSW) Bevat informatie over: Toestand van het programma in uitvoering Toestand van de machine zelf Bezig met uitvoering van instructie op adres 0090 Conditiecode = 2 Oei, Overloop! …

20 decimale cijfer Verschillende velden PTW3 = CC, PTW6..9 = BT, … Stapel- overloop- indicator Conditie-code Overloop- indicator Bevelen- teller H/U S/P CC ONV OVI SOI BT GPF WEK DRK G IN UIT SCH OVL SPL MFT

Sommige velden krijgen impliciet hun waarde neveneffect van uitvoering van een bevel CC (HIA, BIG, OPT, …, VGL, LEZ, DRU) Indien overloop bij +,-,*,/,%, dan OVI  1, anders OVI  0 Indien stapeloverloop, dan SOI  1, anders SOI  0 BT wordt tijdens het ophalen van een bevel opgehoogd of bij een sprong aangepast

Waarde van sommige velden indirect testen: VSP-instructie CC: NUL, NNUL, POS, NPOS, NEG, NNEG OVI: OVL (overloop), GOVL (geen overloop) SOI: SO (stapeloverloop), GSO (geen SO)

int a, b, c; main() { a = getint(); while (a != 0) { b = getint(); c = a – b; if (c < 0) c = – c; /* ... Zet c op stapel ... */ } ... LEZ LUS: VSP NUL,ENDWH HIA R1,R0 AFT R1,R0 VSP NNEG,POS VER.w R1,-1 POS: BST R1 SPR LUS ENDWH: … CC? CC? a, c  R1 b  R0

int a, b, c; main() { a = getint(); while (a != 0) { b = getint(); c = a – b; if (c < 0) c = – c; /* ... Zet c op stapel ... */ } ... LEZ LUS: VSP NUL,ENDWH HIA R1,R0 AFT R1,R0 VSP NNEG,POS VER.w R1,-1 POS: BST R1 SPR LUS ENDWH: … Overloop? Geen informatie over aantal of bereik van getallen

int a, b, c; main() { a = getint(); while (a != 0) { b = getint(); c = a – b; if (c < 0) c = – c; /* ... Zet c op stapel ... */ } ... LEZ LUS: VSP NUL,ENDWH HIA R1,R0 AFT R1,R0 VSP OVL,OVERL VSP NNEG,POS VER.w R1,-1 POS: BST R1 SPR LUS ENDWH: … OVERL: … Overloop? Geen informatie over aantal of bereik van getallen

int a, b, c; main() { a = getint(); while (a != 0) { b = getint(); c = a – b; if (c < 0) c = – c; /* ... Zet c op stapel ... */ } ... LEZ LUS: VSP NUL,ENDWH HIA R1,R0 AFT R1,R0 VSP OVL,OVERL VSP NNEG,POS VER.w R1,-1 POS: BST R1 SPR LUS ENDWH: … OVERL: … Stapel- overloop? Geen informatie over aantal of bereik van getallen

int a, b, c; main() { a = getint(); while (a != 0) { b = getint(); c = a – b; if (c < 0) c = – c; /* ... Zet c op stapel ... */ } ... LEZ LUS: VSP NUL,ENDWH HIA R1,R0 AFT R1,R0 VSP OVL,OVERL VSP NNEG,POS VER.w R1,-1 POS: BST R1 VSP SO,STOVL SPR LUS ENDWH: … OVERL: … STOVL: … Overloop? Overloop? Stapel- overloop? Geen informatie over aantal of bereik van getallen

Overloop en Oneindige lussen Bevelencyclus Programma-onderbrekingsmechanisme Soorten onderbrekingen Verbieden van programma-onderbrekingen Programma-onderbrekingsroutines Geprogrammeerde programma-onderbrekingen Invoer en uitvoer …

Elektronica reeds aanwezig!
Overloop Overloop = resultaat kan niet meer voorgesteld worden Voorbeeld: HIA R1,a OPT R1,b VSP OVL,OVLP … OVLP: … = Onmiddellijk testen na berekening Zoniet: OVI  Nieuwe waarde Beter: Automatisch onderbreken  Minder geheugen  Sneller uitvoeren = – Elektronica reeds aanwezig!

Overloop Oeps! Overloop!!! Stop de uitvoering!!! Rekenwerk Controle
= – Oeps! Overloop!!! Stop de uitvoering!!! Rekenwerk Controle

Oneindige Lus Meerdere programma’s Editor Vertaler
Gebruikersprogramma Besturingssysteem … Editor Vertaler Wisselen tussen programma’s Via SPR-bevel Niet op willekeurig ogenblik! Programma controle over de processor  bevelen van dit programma uitgevoerd worden CVO monopoliseren!!! Vb. Oneindige Lus

Oneindige Lus int a, b, c; main() { a = 0; b = 17; while (a < b)
... } | a  R1 | b  R2 HIA.w R1,0 HIA.w R2,17 LUS: VGL R1,R2 VSP GRG,EINDE OPT.w R3,10 SPR LUS EINDE: …

Bevelencyclus Volgorde besturing: Doorbreken volgorde:
Ophalen bevel BT  BT + 1 Instructie analyseren Functiecode Operand(en) berekenen Instructie uitvoeren Doorbreken volgorde: Sprongbevel: BT  nieuwe waarde Programma-onderbreking

Programma-onderbreking
Uitvoering van een programma onderbreken + uitvoering van ander programma beginnen

Boek lezen = programma uitvoeren Voor  achter (= sequentieel) Bel gaat Bladwijzer (= onthouden waar gekomen) Naar deur, deur openen, interactie bezoeker (= uitvoeren ander programma) Bezoeker weg … Boek verderlezen (bladwijzer) = onderbroken programma hernemen

Boek lezen Bezoeker ontvangen Toestand bewaren Toestand herstellen Bezoeker weg

Verschillende oorzaken …

H/U S/P CC ONV OVI SOI BT GPF WEK DRK G IN UIT SCH OVL SPL MFT 1 2 3 4 5 Onderbreking gevraagd! 1 Onderbrekingsvlaggen CVO (processor)

Op elk ogenblik aangevraagd (asynchroon) Eventueel ingaan na uitvoering huidige instructie Bevelencyclus Ophalen bevel BT  BT + 1 Analyseren bevel Functiecode Operanden Uitvoeren bevel Programmaonderbreking aangevraagd? Toestand bewaren Ander programma uitvoeren

Toestand bewaren Toestand = BT, CC, OVI, SOI, … Op vaste plaats Op stapel  Eerste deel van PTW: PTW0..9 Risico! Ander programma uitvoeren BT  Nieuwe waarde Vaste waarde of afhankelijk onderbreking Adres vast bepaald of instelbaar “Programma-onderbrekingsvectoren” DRAMA: k (k = nummer PO) 9991 9992 9993 9994 9995 9996 9997 9998 9999 PO4

Voorbeeld Stapel PO-vectoren
0100 0101 0102 0103 8999 9000 9050 9993 9994 BIG R3,RES SPR VERDER RES: RESGR 1 VERDER: HIA.w R2,0 … Stapel R9 … PO_ROUT4: BIG R0,BEWAAR … PO-vectoren

Onderbrekingsvlaggen
Voorbeeld Ophalen 0100 0101 0102 0103 8999 9000 9050 9993 9994 Processor BT SOI OVI 2 CC 1 1 2 3 4 5 R0 R3 Onderbrekingsvlaggen R9 BR

Voorbeeld Analyseren, Uitvoeren 0100 0101 0102 0103 8999 9000 9050 9993 9994 Processor 2 CC OVI SOI BT 1 1 1 2 3 4 5 R0 R3 Onderbrekingsvlaggen R9 BR

Voorbeeld PO aangevraagd? 0100 0101 0102 0103 8999 9000 9050 9993 9994 Processor 1 CC OVI SOI BT 1 1 1 2 3 4 5 R0 R3 Onderbrekingsvlaggen R9 BR

Voorbeeld Ophalen 0100 0101 0102 0103 8999 9000 9050 9993 9994 Processor 1 CC OVI SOI BT 1 1 1 2 3 4 5 R0 R3 Onderbrekingsvlaggen R9 BR

Voorbeeld Analyseren, Uitvoeren 0100 0101 0102 0103 8999 9000 9050 9993 9994 Processor 1 CC OVI SOI BT 1 1 1 2 3 4 5 R0 1 R3 Onderbrekingsvlaggen R9 BR

Voorbeeld PO aangevraagd? 0100 0101 0102 0103 8999 9000 9050 9993 9994 Processor 1 CC OVI SOI BT 1 1 1 2 3 4 5 R0 1 R3 Onderbrekingsvlaggen R9 BR

Voorbeeld PO aangevraagd? Push(PTW0..9) 0100 0101 0102 0103 8999 9000 9050 9993 9994 Processor 1 CC OVI SOI BT 1 1 1 2 3 4 5 R0 1 R3 Onderbrekingsvlaggen R9 BR

Voorbeeld PO aangevraagd? PO-vlag[4]  0 0100 0101 0102 0103 8999 9000 9050 9993 9994 Processor 1 CC OVI SOI BT 1 1 1 2 3 4 5 R0 1 R3 Onderbrekingsvlaggen R9 BR

Voorbeeld PO aangevraagd? PTW6..9  … 0100 0101 0102 0103 8999 9000 9050 9993 9994 Processor 1 CC OVI SOI BT 1 1 1 2 3 4 5 R0 R3 Onderbrekingsvlaggen R9 BR

Voorbeeld Ophalen 0100 0101 0102 0103 8999 9000 9050 9993 9994 Processor 1 CC OVI SOI BT 1 1 2 3 4 5 R0 R3 Onderbrekingsvlaggen R9 BR

Voorbeeld Enz … 0100 0101 0102 0103 8999 9000 9050 9993 9994 Processor 1 CC OVI SOI BT 1 1 2 3 4 5 R0 R3 Onderbrekingsvlaggen R9 BR

Soorten Onderbrekingen
Externe oorzaken Externe klok, wekker, reset-toets, … Randapparatuur Bestuurder van invoer-, uitvoerapparaat, hulpgeheugen, netwerkkaarten, … Klaar met aangevraagde bewerking, Gegevens beschikbaar, Fout, … Machinefout Elektrische spanning uitgevallen, Geheugenfout, … Programmafout Overloop, Stapeloverloop, Ongeldig adres, Ongeldige instructie, … Geprogrammeerde programma-onderbreking Hulp vragen aan het besturingsprogramma

Engels: Interrupt Trap, Exception (oorz. = programma) Synchroon vs asynchroon Synchroon = op welbepaald tijdstip Voorbeeld: ongeldige instructie (bij analyse) Asynchroon = op willekeurig tijdstip Randapparaat klaar met opdracht

Type Masker Oorzaak PO-vector Nr = Prio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9991 9992 9993 9994 9995 9996 9997 9998 9999 Machinefout Ongeldige instructie Ongeoorloofde instructie --- WEK DRK IN UIT SCH OVL SPL MFT Asynch. Synch. Synch. Programmafout (SO) Synch. Programmafout (OVL) Synch. Schijfbestuurder Asynch. Schermbestuurder Asynch. Toetsenbordbestuurder Asynch. Drukkerbestuurder Asynch. Wekker Asynch. Supervisie-oproep Synch.

Verbieden van programma-onderbrekingen

Uitstellen van programma-onderbrekingen
Wie eerst?

Verbieden/Uitstellen van programma-onderbrekingen
Onderbreking onmogelijk PO-vlag kan niet gezet worden Onderbreking tijdelijk opschorten Niet ingaan op PO-aanvraag Mechanismen: Maskers Prioriteiten

Maskers 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 H/U S/P CC ONV OVI SOI BT
H/U S/P CC ONV OVI SOI BT GPF WEK DRK G IN UIT SCH OVL SPL MFT Invoer Masker Schijf Masker Globaal Masker Wekker Masker Drukker Masker Uitvoer Masker Overloop Masker Machinefout Masker Stapeloverloop Masker Globaal Programma Fout Masker 0: PO-aanvraag toegelaten (enabled) 1: PO-aanvraag niet toegelaten (disabled)

G==1  geen enkele PO-aanvraag toegelaten
Maskers H/U S/P CC ONV OVI SOI BT G GPF WEK DRK IN UIT SCH OVL SPL MFT G==1  geen enkele PO-aanvraag toegelaten

H/U S/P CC ONV OVI SOI BT G GPF WEK DRK IN UIT SCH OVL SPL MFT GPF==1  PO7 en PO8 genegeerd (ignored) (vlaggen kunnen niet gezet worden)

H/U S/P CC ONV OVI SOI BT G GPF WEK DRK IN UIT SCH OVL SPL MFT Masker == 1  PO-aanvraag uitgesteld (pending)

Maskers Speciale instructies MKH xxx (Masker Hoog)
PTWxxx  1 MKL xxx (Masker Laag) PTWxxx  0 TSM xxx (Test Masker) CC  PTWxxx TSO xxx (Test Onderbrekingsvlag) CC  PO-vlagxxx

Maskers Voorbeelden: PO vanwege wekker en drukker niet toegestaan
Toch nagaan of drukker PO aangevraagd heeft R9 niet gebruikt voor stapel Staat Globaal Masker af? MKH WEK MKH DRK TSO DRK VSP POS,PO_AANGEVRAAGD MKH SPL TSM G VSP NUL,G_MASKER_AF

Prioriteiten 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 H/U S/P CC ONV OVI SOI BT
H/U S/P CC ONV OVI SOI BT GPF WEK DRK G IN UIT SCH OVL SPL MFT Alleen op PO-aanvragen met prioriteit hoger dan ONV kan ingegaan worden.

Geen enkele PO TOEGESTAAN
Prioriteiten Prio Oorzaak 9 Machinefout Ongeldige instructie Ongeoorloofde instr. 8 Programmafout (SO) 7 Programmafout (OVL) 6 Schijfbestuurder 5 Schermbestuurder 4 Toetsenbordbest. 3 Drukkerbestuurder 2 Wekker 1 Supervisie-oproep Voorbeelden: ONV == 4 ? PO-aanvraag Wekker ? PO-aanvraag Schijf ? PO-aanvraag Machinefout ONV == 9 Toekenning prioriteiten? UITGESTELD TOEGESTAAN TOEGESTAAN Geen enkele PO TOEGESTAAN Prio(dringend) > Prio(minder dringend) Prio(snel apparaat) > Prio(traag apparaat)

Bevelencyclus stop = 0; while (! stop) { /* haal bevel op */ … /* analyseer bevel */ … /* voeruit */ … if (PTW[10] != 1) { /* G masker af */ int onv = PTW[0]; int k; /* Toeg. PO-aanvraag? */ for (k=9; k>onv; k--) if ((PO_vlag[k] && ((k == 1) || ! PTW[10+k])) /* && (PTW[11]==0 || (k!=7 && k!=8))*/ ) break; if (k > onv) { /* POk */ PTW[0] = k; /* ONV */ PO_vlag[k] = 0; vulin( Geheugen[9990+k] % 10000,PTW,6,9); } } /* if (G-masker) */ } /* while */ Indien PTW[11] == 1 PO_vlag[7] en PO_vlag[8] kunnen niet gezet worden

PO-behandelingsroutine
Elk soort programma-onderbreking  apart programma (= PO-behandelingsroutine) Engels: Interrupt (service) routine HIA.w R1,10 HIA.w R2,50 OPT R1,R2 … … HIA.w R1,1000 ! Na onderbreking: Onderbroken programma hernemen Alle accumulatoren terug oorspronkelijke waarde CC, OVI, SOI terug oorspronkelijke waarde BT terug oorspronkelijke waarde

KTO-instructie Na programma-onderbreking  terug verder met onderbroken programma KTO Keer Terug van Onderbreking Beëindigt de programma-onderbreking PTW0..9  pop() BT terug de oorspronkelijke waarde CC, OVI, SOI opnieuw oorspronkelijke waarde … Vergelijk KTG Alleen BT hersteld PTW6..9  pop() % 10000

Gebruikers- programma
Voorbeeld Masker PO5 = 1 Andere maskers = 0 Gebruikers- programma PO-routine-1 PO-routine-2 PO-routine-3 PO-routine-4 PO-routine-5 PO-routine-6 PO-routine-7 PO-routine-8 PO-routine-9 ONV=9 KTO ONV=7 KTO ONV=4 ONV=4 ONV=4 KTO ONV=0 ONV=0 PO4 PO9 PO7 PO5 tijd

PO-behandelingsroutine
| Bewaar inhouden van accumulatoren PO_routineN: | Hier begint de eigenlijke behandeling … | Herstel de inhouden v/d accumulatoren | Keer terug KTO BIG R0,BEWAAR+0 BIG R1,BEWAAR+1 … BIG R9,BEWAAR+9 HIA R0,BEWAAR+0 HIA R1,BEWAAR+1 … HIA R9,BEWAAR+9 BEWAAR: RESGR 10

Geprogrammeerde programma-onderbreking
PO-vlag[1] geplaatst via speciale instructie OND  (Onderbreking) 619999 Waarde  niet gebruikt bij uitvoering Programma vraagt “hulp” aan het besturingsprogramma Bijvoorbeeld: Hoe laat is het? Schrijf “PO-aanvraag” weg in bestand “Socs.doc”  = dienstnummer PO_routine voor geprogrammeerde PO moet zelf nummer ophalen (cfr. Verder)

DRAMA - machine Opstarten van DRAMA-machine KTO H/U S/P CC OVI SOI BT
9990 9991 9992 9993 9994 9995 9996 9997 9998 9999 KTO H/U S/P CC OVI SOI BT 1

DRAMA - machine Voorbeeld: PO voor drukker (PO3) toelaten H/U S/P CC
9990 9991 9992 9993 9994 9995 9996 9997 9998 9999 H/U S/P CC OVI SOI BT 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 … PO_DRK: … KTO HIA.a R0,PO_DRK BIG R0,9990+3 9123

9990 9991 9992 9993 9994 9995 9996 9997 9998 9999 H/U S/P CC OVI SOI BT 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 HIA.a R0,PO_DRK BIG R0,9990+3 … PO_DRK: … KTO MKL DRK 9123

9990 9991 9992 9993 9994 9995 9996 9997 9998 9999 H/U S/P CC OVI SOI BT 1 1 1 1 1 1 1 1 1 HIA.a R0,PO_DRK BIG R0,9990+3 MKL DRK … PO_DRK: … KTO MKL G 9123

9990 9991 9992 9993 9994 9995 9996 9997 9998 9999 H/U S/P CC OVI SOI BT 1 1 1 1 1 1 1 1 HIA.a R0,PO_DRK BIG R0,9990+3 MKL DRK MKL G … PO_DRK: … KTO 9123

Cursustekst Hoofdstuk 4: pag. 94  pag. 123

Hoofdstuk 4 Besturingssystemen

Verwante presentaties

Presentatie over: "Hoofdstuk 4 Besturingssystemen"— Transcript van de presentatie:

Verwante presentaties

Over het project

Feedback

Inloggen

Inloggen via een sociaal netwerk:

Hoofdstuk 4 Besturingssystemen

Verwante presentaties

Presentatie over: "Hoofdstuk 4 Besturingssystemen"— Transcript van de presentatie:

Verwante presentaties

Over het project

Feedback