Лекция 4 Управление процессами
Понятие процесса • Процесс (или по-другому, задача) - абстракция, описывающая выполняющуюся программу • Для операционной системы процесс представляет собой единицу работы, заявку на потребление системных ресурсов • Подсистема управления процессами – планирует выполнение процессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, – а также занимается созданием и уничтожением процессов, – обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, – поддерживает взаимодействие между процессами
Состояние процессов • В многозадачной (многопроцессной) системе процесс может находиться в одном из трех основных состояний: • ВЫПОЛНЕНИЕ - активное состояние процесса, во время которого процесс обладает всеми необходимыми ресурсами и непосредственно выполняется процессором • ОЖИДАНИЕ - пассивное состояние процесса, процесс заблокирован, он не может выполняться по своим внутренним причинам, он ждет осуществления некоторого события, например, завершения операции ввода-вывода, получения сообщения от другого процесса, освобождения какого-либо необходимого ему ресурса
Состояние процессов • ГОТОВНОСТЬ - также пассивное состояние процесса, но в этом случае процесс заблокирован в связи с внешними по отношению к нему обстоятельствами: процесс имеет все требуемые для него ресурсы, он готов выполняться, однако процессор занят выполнением другого процесса. • В состоянии ВЫПОЛНЕНИЕ в однопроцессорной системе может находиться только один процесс, а в каждом из состояний ОЖИДАНИЕ и ГОТОВНОСТЬ несколько процессов, эти процессы образуют очереди соответственно ожидающих и готовых процессов
Смена состояний процесса
Создание (рождение) процесса • Характеризуется созданием двух специальных информационных структур: – Дескриптор – характеристика процесса, содержит идентификатор процесса, состояние процесса, данные о степени привилегированности процесса, место нахождения кодового сегмента и др. – Контекст – состояние операционной среды процесса – состояние регистров и программного счетчика, режим работы процессора, указатели на открытые файлы, информация о незавершенных операциях ввода-вывода, коды ошибок выполняемых данным процессом системных вызовов и т. д.
Контекст и дескриптор • Дескриптор процесса по сравнению с контекстом содержит более оперативную информацию, которая должна быть легко доступна подсистеме планирования процессов • Контекст процесса содержит менее актуальную информацию и используется операционной системой только после того, как принято решение о возобновлении прерванного процесса • Очереди процессов представляют собой дескрипторы отдельных процессов, объединенные в списки
Создать процесс - значит 1. создать информационные структуры, описывающие данный процесс, то есть его дескриптор и контекст; 2. включить дескриптор нового процесса в очередь готовых процессов; 3. загрузить кодовый сегмент процесса в оперативную память или в область свопинга.
Планирование процессов • включает в себя решение следующих задач: – определение момента времени для смены выполняемого процесса; – выбор процесса на выполнение из очереди готовых процессов; – переключение контекстов "старого" и "нового" процессов.
Схемы планирования процессов: простая очередь Преимущества – простота Недостатки: 1. Простои процессора (на время ввода-вывода) 2. Увеличение времени выполнения задач (простые задачи ждут окончания сложной)
Очередь с блокировкой
Очередь с блокировкой • Задача выбирается из очереди и ставится на процессор • Задача выполняется либо до завершения, либо до обращения к ВУ. В любом случае задача снимается с процессора, после чего на процессор ставится следующая задача из очереди • Завершившаяся задача покидает систему • Если задача обратилась к ВУ, то она ставится в список заблокированных задач и ждет, пока завершится операция ввода-вывода • После завершения обращения к ВУ задача удаляется из списка заблокированных задач и снова ставится в конец очереди задач на выполнение
Очередь с блокировкой • Преимущества: – Оптимизировано использование процессорного времени – Меньшее время ожидания по сравнению с простой очередью • Недостатки: – Потери времени на ожидание задачи в очереди не зависят от сложности самой задачи
Круговорот (квантование)
Круговорот (квантование) • Отличие – процессорное время, ранее рассматривавшееся как непрерывное, теперь квантуется – делится на элементарные единицы – кванты. • Задачам процессорное время выделяется квантами • По завершении кванта принимается решение о постановке следующей задачи • Размер кванта зависит от ОС или может настраиваться
Круговорот (квантование) • Преимущества: – Учет сложности задачи (небольшие выполнятся быстрее) • Недостаток: – Все задачи равны, нет возможности явно указать более важную, срочную задачу
Круговорот с приоритетами • Каждой задаче перед первой постановкой на процессор приписывается целое число – приоритет. • Высокоприоритетные задачи важнее и решаются быстрее • После истечения выделенного кванта задача попадает не в конец очереди, а на место согласно приоритету • Приоритеты могут быть динамическими
Процессы и потоки • Потоки – следующая ступень иерархии выполнения задач • Варианты: – Потоки = потоки вычислений, процесс состоит из них, является оболочкой для них – Потоки = дочерние процессы • Потоки могут иметь систему приоритетов внутри процесса