🗊Презентация Процессы. Понятие процесса. Состояния процесса. Блок управления процессом

Процессы Понятие процесса Состояния процесса Блок управления процессом Диспетчеризация процессов (scheduling) Операции над процессами

Понятие процесса ОС исполняет множество классов программ: Пакетная система (batch system) – задания (jobs) Система с разделением времени – пользовательские программы (задачи – tasks) Во многих учебниках термины “задание” и “процесс” – почти синонимы Процесс – программа при ее выполнении; он должен выполняться последовательно Процесс включает: Счетчик команд (program counter) Стек (stack) Секцию данных (data section)

Состояния процесса При исполнении процесс может изменять свое состояние следующим образом: Новый (new): Процесс создается. Исполняемый (running): Исполняются команды процесса Ожидающий (waiting): Процесс ожидает наступления некоторого события (event) Готовый к выполнению (ready): Процесс ожидает получения ресурсов процессора для его исполнения Завершенный (terminated): Исполнение процесса завершено.

Диаграмма состояний процесса

Блок управления процессом (Process Control Block – PCB) Информация, ассоциируемая с каждым процессом Состояние процесса Счетчик команд Регистры процессора Информация для диспетчеризации процессора Информация для управления памятью Статистическая информация Информация о состоянии ввода-вывода

Блок управления процессом (PCB)

Переключение процессора с одного процесса на другой

Очереди, связанные с диспетчеризацией процессов Очередь заданий (Job queue) – множество всех процессов в системе Очередь готовых процессов (Ready queue) – множество всех процессов, находящихся в основной памяти и готовых к выполнению Очередь ожидающих ввода-вывода (Device queues) – множество процессов, ожидающих результата работы устройства ввода-вывода Процессы мигрируют между различными очередями

Очередь готовых процессов и очереди к различным устройствам ввода-вывода

Графическое представление диспетчеризации процессов

Планировщики Долговременный планировщик (планировщик заданий) – определяет, какие процессы должны быть перемещены в очередь готовых процессов Кратковременный планировщик (планировщик процессора) – определяет, какие процессы должны быть выполнены следующими и каким процессам должны быть предоставлены процессоры.

Добавление планировщика откачки и подкачки процессов

Особенности планировщиков и процессов Кратковременный планировщик вызывается очень часто (в течение ближайших миллисекунд) => должен быть очень быстрым Долговременный планировщик вызывается относительно редко (минуты, секунды) => может быть сравнительно медленным Именно долговременный планировщик определяет степень (коэффициент) мультипрограммирования Процессы можно описать как: Ориентированные на ввод-вывод (I/O-bound) – тратят больше времени на ввод-вывод, чем на вычисления; расходуют много коротких квантов процессорного времени Ориентированные на использование процессора (CPU-bound) – тратят основное время на вычисления; расходуют небольшое число долговременных квантов процессорного времени

Переключение контекста процесса (context switch) Когда процессор переключается на другой процесс, система должна сохранить состояние старого процесса и загрузить сохраненное состояние для нового процесса Переключение контекста относится к накладным расходам (overhead); система не выполняет никаких полезных действий при переключении с одного процесса на другой Время зависит от аппаратной поддержки. Пример: “Эльбрус” – контекстное переключение – одна команда СМСТЕК (сменить стек, т.е. переключиться с одного облегченного процесса на другой)

Создание процесса Процесс-родитель создает дочерние процессы, которые, в свою очередь, создают другие процессы, тем самым формируя дерево процессов Разделение ресурсов Процесс-родитель и дочерние процессы разделяют все ресурсы Дочерние процессы разделяют подмножество ресурсов процесса-родителя Процесс-родитель и дочерний процесс не имеют общих ресурсов Исполнение Процесс-родитель и дочерние процессы исполняются совместно Процесс-родитель ожидает завершения дочерних процессов

Адресация и создание процесса Адресное пространство Дочернего процесса копирует адресное пространство процесса-родителя У дочернего процесса имеется программа, загруженная в него UNIX: fork – системный вызов, создающий новый процесс exec (execve) – системный вызов, используемый после fork, с целью замены пространства памяти процесса новой программой

Дерево процессов в системе UNIX

Уничтожение процесса Процесс исполняет заключительный оператор и обращается к ОС для своей ликвидации (exit). Передача данных от дочернего процесса процессу-родителю (wait). Ресурсы процесса освобождаются операционной системой Процесс-родитель может уничтожить дочерние процессы (abort). Дочерний процесс превысил выделенные ему ресурсы Решения задачи, порученной дочернему процессу, больше не требуется Происходит выход из процесса-родителя ОС не допускает продолжения исполнения дочернего процесса, если его процесс-родитель уничтожается “Каскадное” уничтожение процессов