Решение задач на тему: Теоретические основы синхронизации процессов. Значение операционной системы

Введение

В настоящее время, с ростом вычислительной мощности компьютеров, появилась тенденция к усложнению программ и расширению их функционала. Из-за этого большинство современного ПО стало разрабатываться с учетом многопоточности, призванной ускорить работу программ путем распределения различных вычислений по разным процессам/потокам. Это весьма эффективно, но работа разных процессов в одной области может привести к ошибкам различного рода или даже к краху программы.

Для корректного безошибочного взаимодействия процессов были созданы различные алгоритмы и механизмы синхронизации, каждый из которых обладает собственными функциональными и программными особенностями. Чтобы понимать принципы взаимодействия процессов и предотвращать ошибки, связанные с их совместной работой, следует знать особенности реализации и структуру алгоритмов и механизмов синхронизации.

Цель работы: определить различия между понятиями процесс и поток, изучить основные алгоритмы и механизмы синхронизации, создать программный продукт, реализующий наиболее эффективный механизм синхронизации и разработать элективный курс для изучения данной темы в средней школе.

Объект исследования: алгоритмы и механизмы синхронизации.

Предмет исследования: процесс изучения взаимодействия процессов в курсе информатики средней школы.

В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:

. Определить разницу между понятиями процесс и поток.

. Изучить теоретический материал о взаимодействии процессов и потоков в операционной системе, ознакомиться с основными алгоритмами и механизмами синхронизации, и создать программный продукт, реализующий наиболее эффективный механизм.

. Разработать и адаптировать школьный элективный курс по изучению процессов в операционной системе Windows в школе для 10-11 классов.

. Разработать программно-методическую поддержку элективного курса в виде электронного пособия "Процессы в ОС Windows".

. Составить методические рекомендации по курсу для учителей.

Гипотеза: если включить в школьный курс разделы, связанные с взаимодействием процессов в операционной системе, то это будет способствовать лучшему пониманию структуры и функций операционной системы, так же это повысит уровень подготовки учащихся по информатике в целом.

Научная новизна работы состоит в том, что:

. Рассмотрены основные алгоритмы и механизмы синхронизации, такие как "алгоритм Петерсона", "алгоритм булочной", "монитор" и "семафор".

. Создана программная поддержка, позволяющая осуществить эффективное изучение данной темы в школе.

. Разработан элективный курс "Процессы в операционной системе Windows" и программно-методическая поддержка к нему.

Практическая ценность работы заключается в получении программного продукта, который реализует наиболее эффективный механизм синхронизации. А разработанный элективный курс позволит повысить уровень знания теоретических основ информатики и интерес к изучению данного предмета.

Оглавление

- Введение

- ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНХРОНИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ .1. Назначение операционной системы

- Понятие процесса и потока

- Свойства процессов и потоков

- Определение процесса и потока

- Создание процессов и потоков

- Эффективность концепции потоков для параллельных вычислений

- Необходимость синхронизации и гонки

- Проблема взаимного исключения

- Требования к алгоритмам синхронизации

- Алгоритмы синхронизации

- Запрет прерываний

- Переменная-замок

- Алгоритм Петерсона

- Алгоритм булочной Bakery algorithm

- Взаимное исключение на примере монитора

- Взаимное исключение на примере семафора .13. Семафоры в Windows Выводы по главе

- ЭЛЕКТИВНЫЙ КУРС ПРОЦЕССЫ В ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ WINDOWS .1. Методика изучения элективного курса

- Программная поддержка элективного курса Процессы в ОС Windows .3. Апробация результатов исследования в средней школе Выводы по главе

- Заключение

- Список литературы

- Приложение

Заключение

В заключение данной работы следует отметить, что данное исследование направлено на изучение теоретических положений касающихся синхронизации процессов и разработку программной поддержки. В итоге поставленная цель достигнута: теоретический материал изучен и разработана программа "Реализация семафора" для использования в элективном курсе.

В ходе исследования были выполнены поставленные задачи и получены следующие результаты:

1. Проанализирован теоретический материал по исследуемой области.

2. Рассмотрены различные виды алгоритмов и механизмов синхронизации и выявлены особенности их работы.

. Создан программный продукт, реализующий наиболее эффективный механизм синхронизации. Использование данного программного продукта в школе необходимо для лучшего усвоения материала элективного курса.

. Анализ теоретического материала позволил отобрать содержание для элективного курса "Процессы в операционной системе Windows" и адаптировать его для старших классов.

. В качестве программной поддержки электронного курса разработано электронное пособие "Процессы в операционной системе Windows", содержащее методические рекомендации и теоретический материал.

. Успешно проведена апробация курса в 10В классе в МАОУ СОШ №147 г. Челябинска, в результате которой ученики полностью усвоили материал проводимых уроков.

Таким образом, можно считать, что поставленные задачи выполнены, а поставленная гипотеза верна.

Список литературы

1. Бэкон, Д. Операционные системы/ Д.Бэкон. - СПб.: Питер, BHV, 2004 г. - 800с.

. Гордеев, А.В. Операционные системы: Учебник для вузов/ А.В.Гордеев.-2-е изд.-СПб.и др.: Питер, 2004 г.- 415 с.

. Олифер, В.Г. Сетевые операционные системы/ В.Г.Олифер, Н.А.Олифер.- СПб.: Издательский дом "Питер", 2001 г. - 544 с.

. Побегайло А.П. - Системное программирование в Windows. / А.П. Побегайло - СПб: БХВ-Петербург, 2006 г. - 1056 с.

. Столингс, В. Операционные системы/В. Столлингс. - 4-е издание. - М.: Вильямс, 2004 г. - 848 с.

. Таненбаум, Э,. Операционные системы: Разработка и реализация 3-е издание./ Э Таненбаум, А Вудхалл - СПб.: 2007 г.- 704 с.

. Таненбаум, Э. Современные операционные системы/ Э.Таненбаум. - СПб.: Издательский дом "Питер", 2005. - 1038 с.

. Эндрюс Г.Р. Основы многопоточного, параллельного и распределённого программирования/ Г. Р. Эндрюс - СПб: "Вильямс", 2003. - 512 с.