Современные операционные системы

Современные операционные системы
Процессы и потоки / Модель процесса

Модель процесса




В этой модели все выполняемое на компьютере программное обеспечение, иногда включая операционную систему, сведено к ряду последовательных процессов, или, для краткости, просто процессов. Процесс — это просто экземпляр выполняемой программы, включая текущие значения счетчика команд, регистров и переменных. Концептуально у каждого процесса есть свой, виртуальный, центральный процессор. Разумеется, на самом деле настоящий центральный процессор постоянно переключается между процессами, но чтобы понять систему, куда проще думать о наборе процессов, запущенных в (псевдо) параллельном режиме, чем пытаться отслеживать, как центральный процессор переключается между программами. Это постоянное переключение между процессами, как мы уяснили в главе 1, называется мультипрограммированием, или многозадачным режимом работы.

На рис. 2.1, а показан компьютер, работающий в многозадачном режиме и имеющий в памяти четыре программы. На рис. 2.1, б показаны четыре процесса, каждый со своим собственным алгоритмом управления (то есть со своим собственным логическим счетчиком команд), и каждый из этих процессов работает независимо от всех остальных. Понятно, что на самом деле имеется только один физический счетчик команд, поэтому при запуске каждого процесса его логический счетчик команд загружается в реальный счетчик. Когда работа с процессом будет на некоторое время прекращена, значение физического счетчика команд сохраняется в логическом счетчике команд, размещаемом процессом в памяти. На рис. 2.1, в показано, что за достаточно длительный период наблюдения продвинулись вперед все процессы, но в каждый отдельно взятый момент времени реально работает только один процесс.
строительные статьи

В этой главе мы будем исходить из того, что в нашем распоряжении имеется лишь один центральный процессор. Хотя все чаще такие предположения противоречат истине, поскольку новые кристаллы зачастую являются многоядерными, имеющими два, четыре и более ЦП. Многоядерным кристаллам и мультипроцессорам будет в основном посвящена глава 8, но сейчас нам проще будет думать, что в конкретный момент времени работает только один центральный процессор. Поэтому когда мы говорим, что центральный процессор в действительности способен в конкретный момент времени работать только с одним процессом, то если он обладает двумя ядрами (или ЦП), на каждом из них в конкретный момент времени может запускаться только один процесс.

Поскольку центральный процессор переключается между процессами, скорость, с которой процесс выполняет свои вычисления, не будет одинаковой и, скорее всего, не сможет быть вновь показана, если тот же процесс будет запущен еще раз. Поэтому процессы не должны программироваться с использованием каких-либо жестко заданных предположений относительно времени их выполнения. Рассмотрим, к примеру, процесс ввода-вывода, запускающий ленту стриммера для восстановления файлов из ранее сделанных резервных копий Стриммер выполняет холостой цикл 10 ООО раз, чтобы лентопротяжный механизм набрал скорость, а затем выдает команду на чтение первой записи. Если центральный процессор решит переключиться на другой процесс во время холостого цикла, может случиться так, что процесс работы с лентой возобновится только тогда, когда первая запись уже минует считывающую головку. Когда у процесса есть подобные критичные для его работы требования, касающиеся реального масштаба времени, то через определенное количество миллисекунд должны происходить конкретные события, и для того, чтобы они произошли, должны быть предприняты специальные меры. Но, как правило, на большинство процессов не влияют ни установленный режим многозадачности центрального процессора, ни относительные скорости выполнения различных процессов.



Полное описание: Модель процесса




С этим описанием рассматриваются следующие темы:


Состояния процессов
Несмотря на самостоятельность каждого процесса, наличие собственного счетчика команд и внутреннего состояния, процессам зачастую необходимо взаимодействовать с другими процессами. Один процесс может генерировать выходную ин4юрмацию, используемую другими процессами в качестве входной информации. В команде оболочки cat chapterl chapter2 chapter3 | grep tree первый процесс, запускающий программу cat, объединяет и выдает на выходе содержимое трех файлов. Второй процесс, запускающий программу grep, в ... Читать

Реализация процессов
Для реализации модели процессов операционная система ведет таблицу (состоящую из массива структур), называемую таблицей процессов, в которой каждая запись соответствует какому-нибудь процессу. (Ряд авторов называют эти записи блоками управления процессом.) Эти записи содержат важную информацию о состоянии процесса, включая счетчик команд, указатель стека, распределение памяти, состояние открытых им файлов, его учетную и планировочную информацию и все остальное, касающееся процесса, что должно бы ... Читать

Многопоточный процесс на однопроцессорной системе
Когда многопоточный процесс выполняется на однопроцессорной системе, потоки выполняются, сменяя друг друга. На рис. 2.1 мы видели работу процессов в многозадачном режиме. За счет переключения между несколькими процессами система создавала иллюзию параллельно работающих отдельных последовательных процессов. Многопоточный режим осуществляется аналогичным способом. Центральный процессор быстро переключается между потоками, создавая иллюзию, что потоки выполняются параллельно, пусть даже на более ме ... Читать

Моделирование режима многозадачности
Режим многозадачности позволяет использовать центральный процессор более рационально. При грубой прикидке, если для среднестатистического процесса вычисления занимают лишь 20% времени его пребывания в памяти, то при пяти одновременно находящихся в памяти процессах центральный процессор будет загружен постоянно. Но в этой модели заложен абсолютно нереальный оптимизм, поскольку в ней заведомо предполагается, что все пять процессов никогда не будут одновременно находиться в ожидании окончания каког ... Читать

Процессы компьютера
Современные компьютеры, как правило, заняты сразу несколькими делами. Возможно, люди, привыкшие к работе с персональными компьютерами, не до конца осознают этот факт, поэтому рассмотрим ряд примеров. Сначала представим себе веб-сервер. К нему отовсюду приходят запросы, требующие предоставления веб-страниц. Когда приходит запрос, сервер проверяет, нет ли нужной страницы в кэше. Если она там присутствует, он отправляет эту страницу; если ее там нет, осуществляется запрос к диску для ее извлечения. ... Читать