Учебный курс Операционные среды, системы и оболочки

Юрий Дмитриевич

и ресурса

2. Планирование процессов

операций при выполнении программы или ее части в совокупности с

используемыми данными.

Програм­ма – это план действий, а процесс – это само действие.

Понятие процесса включает программный код, данные, содержимое стека, содержимое адресного и других регистров процессора.

различают
интерактивные процессы,
пакетные процессы
процессы реального времени.
2. По генеалогическому

признаку различают
порождающие процессы
порож­денные процессы.
3. По результативности различают
эквивалентные,
тождественные
равные процессы.
4. По времени развития процессы делятся на
последовательные,
па­раллельные,
комбинированные

делятся на
внутренние
внешние
6. По принадлежности к операционной системе процессы бывают
системные
пользовательские.
7.

По связности различают процессы:
а) взаимосвязанные – имеющие какую-то связь (простран­ственно-временную, управляющую, информационную)
б) изолированные – слабо связанные;
в) информационно-независимые – использующие совмест­ные ресурсы, но имеющие собственные информационные базы;
г) взаимодействующие – имеющие информационные связи и раз­деляющие общие структуры данных;
д) взаимосвязанные по ресурсам;
е) конкурирующие.

синхро­низации. Процессы могут находиться в отношении:
а) предшествования

– когда один процесс всегда находится в активном состо­янии раньше, чем другой;
б) приоритетности – когда процесс может быть переведен в ак­тивное состояние только в том случае, если в состоянии готовности нет процессов с более высоким приоритетом, или если свобо­ден процессор, или если на процессоре реализуется процесс с меньшим приоритетом;
в) взаимного исключения – когда в процессе используется общий критический ресурс, и процессы не могут развиваться одновремен­но (если один из них использует критический ресурс, то другой на­ходится в состоянии ожидания).

(расходуемый) объект.

По запасам ресурсы подразделяются на исчерпаемые и неисчерпаемые.

Потребители ресурсов – процессы.

Ресурс – это средство вычислительной машины или вычислительной системы, которое может быть выделено процессу на определенный интервал времени.

а) по признаку реальности – на физические

и виртуальные (последние только в отдельных свойствах схожи с физическими ресурсами);
б) по возможности расширения свойств – на эластичные и жесткие (не допускающие расширяемости);
в) по степени активности – на пассивные и активные (способные выполнять действия по отношению к другим ресурсам);
г) по времени существования – на постоянные (доступные на протяжении всего времени существования процесса, а также до и после его работы) и временные;
д) по степени важности – на основные и второстепенные (допускающие альтернативное развитие процесса);

распределении – на дорогие (но предоставляемые быстро) и дешевые (но

предоставляемые с ожида­нием);
ж) по структуре – на со­ставные и простые (которые не содержат составных элементов и могут находиться только в одном из двух состояний: «доступен» или «занят»);
з) по характеру использования – на потребляе­мые и воспроизводимые (допускающие многократное использо­вание и освобождение), а также – на ис­пользуемые последовательно и ис­пользуемые параллельно (использующиеся несколькими процессами);
и) по форме реализации – на жесткие (не допускающие копи­рования) и мягкие (допускающие тиражирование и в свою очередь подразделяющиеся на программные и информационные ресурсы).

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.

Состояния процесса:
• новый (процесс только что создан);
• готовый (процесс ожидает освобождения CPU);
• выполняемый (команды программы выполняются в CPU);
• ожидающий (процесс ожидает завершения некоторого собы­тия, чаще всего операции ввода-вывода);
• завершенный (процесс завершил свою работу).

называемых «таблица управления процессом» (ТУП) (process control block – РСВ).

В ТУП процесс описывается набором значе­ний и параметров, характеризующих его текущее состояние и ис­пользуемых операционной системой для управления прохождением процесса через ВМ.

Распределение процессов между имеющимися ресурсами носит название «планирование процессов».

программного счетчика,
- режим работы процессора,
- указатели на открытые

файлы,
- информацию о незавершенных операциях ввода-вывода,
- коды ошибок выполняемых процессом системных вызовов и т.д.
 
Для реализации планирования процессов ОС требуется дополнительная информация (дескриптор процесса):
- идентификатор процесса,
- состояние процесса,
- данные о степени привилегированности процесса,
- место нахождения кодового сегмента и др.

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.

загрузку ресурсов, является метод очередей ресурсов. Такой механизм называется диспетчеризацией.

При

прохождении через ВМ процесс мигрирует между различными очередями под управлением программы, которая назы­вается «планировщик» (scheduler).

Очереди процессов представляют собой дескрипторы отдельных процессов, объединенные в списки. Каждый дескриптор содержит по крайней мере один указатель на другой дескриптор, соседствующий с ним в очереди. Такая организация очередей позволяет легко их переупорядочивать, включать и исключать процессы, переводить процессы из одного состояния в другое.

1) определение момента времени для смены

выполняемого процесса;
2) выбор процесса на выполнение из очереди готовых процессов;
3) переключение контекстов «старого» и «нового» процессов.

Первые две задачи решаются программными средствами, а последняя – в значительной степени аппаратно.

часто встречающихся алгоритмов:
алгоритмы, основанные на квантовании,
алгоритмы, основанные на

приоритетах.

В соответствии с алгоритмами, основанными на квантовании, смена активного процесса происходит в следующих случаях:
процесс завершился и покинул систему;
произошла ошибка;
процесс перешел в состояние «ожидание»;
исчерпан квант процессорного времени, отведенный данному процессу.

FCFS (First Come First Served – «первым пришел – первым

обслужен»), часто называемого правилом FIFO (First In First Out – «первым вошел – первым вышел»),

по правилу стека LCFS (Last Come First Served – «последним пришел – первым обслужен»), имеющего также наименование правила LIFO (Last In First Out – «последним вошел – первым вышел»).

при использовании ресурсов ВМ, в частности, процессорного времени: чем выше

приоритет, тем выше привилегии.
Приоритет может выражаться целым или дробным, положительным или отрицательным значением.
Приоритет может оставаться фиксированным на протяжении всей жизни процесса либо изменяться во времени в соответствии с некоторым законом. В последнем случае приоритеты называются динамическими.
Существует две разновидности приоритетных алгоритмов:
алгоритмы, использующие относительные приоритеты,
алгоритмы, использующие абсолютные приоритеты.

одинаково: выбирается процесс, имеющий наивысший приоритет. По-разному решается проблема определения

момента смены активного процесса:
в системах с относительными приоритетами активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам не покинет процессор, перейдя в состояние «ожидание» (или же произойдет ошибка, или процесс завершится).

в системах с абсолютными приоритетами выполнение активного процесса прерывается еще при одном условии: если в очереди готовых процессов появился процесс, приоритет которого выше приоритета активного процесса (в этом случае прерванный процесс переходит в состояние готовности).

вытесняющие (preemptive) и невытесняющие (non-preemptive).
Невытесняющая многозадачность (non-preemptive multitasking) –

это способ планирования процессов, при котором активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление планировщику операционной системы для того, чтобы тот выбрал из очереди другой, готовый к выполнению процесс.
Вытесняющая многозадачность (preemptive multitasking) – это такой способ, при котором решение о переключении процессора с выполнения одного процесса на выполнение другого процесса принимается планировщиком операционной системы, а не самой активной задачей.

является степень централизации механизма планирования задач.
При вытесняющей многозадачности механизм

планирования задач целиком сосредоточен в операционной системе. При этом ОС выполняет следующие функции:
определяет момент снятия с выполнения активной задачи,
запоминает ее контекст,
выбирает из очереди готовых задач следующую
запускает ее на выполнение, загружая ее контекст.
При невытесняющей многозадачности механизм планирования распределен между ОС и прикладными программами.

являются определенные системные события, называемые «прерываниями».

Прерывания представляют собой

механизм, позволяющий координировать па­раллельное функционирование отдельных устройств ВМ и реагировать на особые состояния, возникающие при работе процессора.

Прерывание – это принудительная передача управления от выполняе­мой программы к системе (а через нее – к соответствующей программе обработ­ки прерывания), происходящая при возникновении определенного события.

(прием сигнала на прерывание) и иденти­фикация прерывания.
2. Запоминание состояния прерванного

процесса.
3. Передача управления (аппаратно) подпрограмме обработки прерывания.
4. Сохранение информации о прерванной программе.
5. Обработка прерывания.
6. Восстановление информации, относящейся к прерванному процессу.
7. Возврат в прерванную программу.

Шаги 1–3 реализуются аппаратно, а шаги 4–7 – программно.

передача управления соответственно обработчику прерываний;
– корректное возвращение к прерванной программе.
Прерывания,

возникающие при работе ВМ, можно разде­лить на два основных класса: внешние (асинхронные) и внутренние (синхронные).
Внешние прерывания вызываются асинхронными событиями, которые происхо­дят вне прерываемого процесса
Внутренние прерывания вызываются событиями, которые связаны с работой про­цессора и являются синхронными с его операциями.