Управление процессами. Планирование и диспетчеризация процессов

        Управление процессами. Планирование и диспетчеризация процессов.  
                         

2

 

Процессы

 

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

 

 

3

 

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)

 

4

 

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

 

1