Newcomposers.ru

IT Мир
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Подсистема управления административными процессами

Подсистема управления процессами

ВВЕДЕНИЕ

Цель курсового проекта: изучить теоретические основы построения модулей операционной системы. Получить практические навыки разработки программы, являющейся частью операционной системы.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Функции операционной системы автономного компьютера обычно группируются либо в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми управляет ОС, либо в соответствии со специфическими задачами, применимыми ко всем ресурсам. Иногда такие группы функций называют подсистемами. Наиболее важными подсистемами являются подсистемы управления процессами, памятью, файлами и внешними устройствами, а подсистемами общими для всех ресурсов являются подсистемы пользовательского интерфейса, защиты данных и администрирования.

Подсистема управления процессами

Важнейшей частью операционной системы, непосредственно влияющей на функционирование вычислительной машины, является подсистема управления процессами. Для каждого вновь создаваемого процесса ОС генерирует системные информационные структуры, которые содержат данные о потребностях процесса в ресурсах вычислительной системы, а также о фактически выделенных ему ресурсах. Таким образом, процесс можно также определить как некоторую заявку на потребление системных ресурсов.

Чтобы процесс мог быть выполнен, операционная система должна назначить ему область оперативной памяти, в которой будут размещены коды и данные процесса, а также предоставить ему необходимое количество процессорного времени. Кроме того, процессу может понадобиться доступ к таким ресурсам, как файлы и устройства ввода-вывода.

В многозадачной 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;

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 ходе жизненного цикла каждый процесс переходит из одного состояния в другое в соответствии с алгоритмом планирования процессов, реализуемым в данной операционной системе. Типичный граф состояний процесса показан на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 — Граф состояний процесса в многозадачной среде

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. Жизненный цикл процесса начинается с состояния ГОТОВНОСТЬ, когда процесс готов к выполнению и ждет своей очереди. При активизации процесс переходит в состояние ВЫПОЛНЕНИЕ и находится в нем до тех пор, пока либо он сам освободит процессор, перейдя в состояние ОЖИДАНИЯ какого-нибудь события, либо будет насильно «вытеснен» из процессора, например, вследствие исчерпания отведенного данному процессу кванта процессорного времени. В последнем случае процесс возвращается в состояние ГОТОВНОСТЬ. В это же состояние процесс переходит из состояния ОЖИДАНИЕ, после того, как ожидаемое событие произойдет.

Подсистема управления процессами

Важнейшей частью операционной системы, непосредственно влияющей на функционирование вычислительной машины, является подсистема управления процессами.

В мультипрограммной операционной среде одновременно существует несколько процессов, порождаемых по инициативе пользователей и их приложений, они называются пользовательские,и инициализируемые операционной системой для выполнения своих функций — системные.Процессы часто одновременно претендуют на одни и те же ресурсы, поэтому ОС поддерживает очереди процессов на ресурсы, например очереди к процессору, к принтеру, к последовательному порту.

Подсистема управления процессами выполняет следующие функции:

¨ создает описатель процесса;

¨ выделяет процессорное время процессам;

¨ управляет прерываниями процессов по разнообразным причинам, например, для осуществления ввода-вывода.

¨ синхронизирует работу процессов

Для каждого вновь создаваемого процесса операционная система создает системные информационные структуры ( Рис. 9), которые содержат идентификатор процесса, данные о потребностях процесса в ресурсах вычислительной системы, о фактически выделенных ему ресурсах, содержится информация о состоянии процесса и приоритет процесса — степень его привилегированности. Эти данные учитываются операционной системой при принятии решения о выделении ресурсов процессу.

Рис. 9. Системная информационная структура о процессе

Основной задачей подсистемы управления процессами ОС является выделение им процессорного времени для выполнения. В компьютере с одним процессором в каждый момент времени выполняется процессором только один процесс.

Все остальные процессы, если они имеют нужные ресурсы (кроме процессорного времени) находятся в очереди готовых к выполнению процессов или же в очереди ожидания какого-либо другого ресурса (заблокирован), т.е. процесс может находится в разных состояниях(Рис. 10):

¨ Процесс выполняется, когда он имеет все ресурсы, в том числе процессорное время.

¨ Готов к выполнению – имеет все ресурсы кроме процессорного времени.

¨ Заблокирован – переведен в состояния ожидания какого-либо ресурса, например, устройства ввода-вывода, которое ему необходимо для дальнейшего выполнения или какого либо события, например ожидание запрашиваемого сервиса ОС.

Рис. 10. Диаграмма состояний процесса

В мультипрограммной среде, что бы все процессы могли быть выполнены, операционная система выделяет выполняющемуся процессу только квант времени. Квант— неделимый отрезок процессорного времени. Квант обычно равен 20-40 миллисекунд. Процесс покинет процессор, если он завершен или если он прерван. Процесс может быть прерван: 1) в связи с тем, что выделенный ему квант времени истек, тогда процесс будет переведен в очередь готовых к выполнению процессов; 2) в связи с тем, что произошло прерывание от устройств ввода-вывода или программное прерывание, тогда процесс будет заблокирован до завершения соответствующего события.

Процессорное время выделяется готовым к исполнению процессам в соответствии с приоритетом. Приоритет— это числовая характеристика, назначаемая процессу операционной системой, которая используется системой для формирования очередей. Таким образом, очередь готовых процессов выстраивается в соответствии с их приоритетами. Приоритеты могут бать постоянными или динамически меняться в зависимости от состояния операционной среды. Существует большое количество разнообразных алгоритмов управления процессами, основанные на квантовании и изменении приоритетов.

На протяжении периода существования процесса его выполнение может быть многократно прервано по многим причинам и затем продолжено. В момент прерывания ОС запускает на выполнение специальную программу обработчик прерывания. Затем управление передается диспетчеру подсистемы управления процессами, который определяет какому процессу передать процессорное время, учитывая их приоритет Рис. 11.

Рис. 11. Действия операционной системы в момент передачи процессора от одного процесса к другому

Для того чтобы возобновить выполнение прерванного процесса, необходимо сохранить, а затем восстановить состояние его операционной среды. Состояние операционной среды процесса определяется состоянием регистров процессора — эта информация называется контекстом процесса. Говорят, что при смене процесса в процессоре происходит переключение контекстов, т.е. из регистров процессора в память записывается состояние прерванного процесса, а из памяти в регистры процессора записывается состояние того процесса, которому операционная система передала управление — выделила процессор.

Прерывания бывают следующих типов

¨ Внутренние прерывания (синхронные с работой процессора), зависящие от результатов работы процессора: деление на ноль, неправильная адресация, исчезновение порядка и т.д.

¨ Внешние прерывания (асинхронные с работой процессора) — от внешних устройств ввода-вывода.

¨ Программные прерывания – системные вызовы, обращение из программ пользователя к операционной системе за каким либо сервисом.

Операционная система берет на себя также функции синхронизации процессов, позволяющие согласовать скорость их выполнения. Синхронизация необходима, когда один процесс производит информацию, а другой её потребляет. Тогда необходимо, чтобы процесс — потребитель не начал работу, пока процесс – производитель не произведет информацию в нужном объеме. Или, чтобы процесс производитель приостановил свою работу, пока процесс – потребитель перерабатывает информацию. Самый простой способ решения задачи синхронизации является использование буфера – промежуточной памяти и глобальной переменной Рис. 12.

Читать еще:  Администрирование баз данных ms sql

Рис. 12.Синхронизация процессов

Изменяя значение глобальной переменной Р операционная система приостанавливает попеременно выполнение процессов, если буфер пуст работает Процесс1 – производитель информации, а Процесс2 – потребитель информации ожидает. Если буфер заполнен информацией, то работает Процесс2 –потребитель информации, Процесс1-производитель информации ожидает.

Таким образом, подсистема управления процессами занимается: созданием процессов; планирует выполнение процессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами; обеспечивает процессы другими системными ресурсами; поддерживает синхронизацию процессов и обеспечивает взаимодействие между процессами, а при завершении процесса уничтожает процесс.

Подсистема управления процессами;

Функции современной ОС ПЭВМ

Функции операционной системы автономного компьютера обычно группируются либо в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми управляет ОС, либо в соответствии со специфическими задачами, применимыми ко всем ресурсам. Иногда такие группы функций называют подсистемами. Наиболее важными подсистемами являются подсистемы управления процессами, памятью, файлами и внешними устройствами, а подсистемами общими для всех ресурсов являются подсистемы пользовательского интерфейса и интерфейса прикладного программирования, защиты данных и администрирования.

Важнейшей частью операционной системы, непосредственно влияющей на функ­ционирование вычислительной машины, является подсистема управления про­цессами.

Для каждого вновь создаваемого процесса ОС генерирует системные информа­ционные структуры, которые содержат данные о потребностях процесса в ресур­сах вычислительной системы, а также о фактически выделенных ему ресурсах. Таким образом, процесс можно также определить как некоторую заявку на по­требление системных ресурсов.

Чтобы процесс мог быть выполнен, операционная система должна назначить ему область оперативной памяти, в которой будут размещены коды и данные процес­са, а также предоставить ему необходимое количество процессорного времени. Кроме того, процессу может понадобиться доступ к таким ресурсам, как файлы и устройства ввода-вывода.

В информационные структуры процесса часто включаются вспомогательные данные, характеризующие историю пребывания процесса в системе (например, какую долю времени процесс потратил на операции ввода-вывода, а какую на вычисления), его текущее состояние (активное или заблокированное), степень привилегированности процесса (значение приоритета). Данные такого рода мо­гут учитываться операционной системой при принятии решения о предоставле­нии ресурсов процессу.

В мультипрограммной операционной системе одновременно может существо­вать несколько процессов. Часть процессов порождается по инициативе пользо­вателей и их приложений, такие процессы обычно называют пользовательскими. Другие процессы, называемые системными, инициализируются самой операци­онной системой для выполнения своих функций.

Поскольку процессы часто одновременно претендуют на одни и те же ресурсы, то в обязанности ОС входит поддержание очередей заявок процессов на ресур­сы, например очереди к процессору, к принтеру, к последовательному порту.

Важной задачей операционной системы является защита ресурсов, выделенных данному процессу, от остальных процессов. Одним из наиболее тщательно защи­щаемых ресурсов процесса являются области оперативной памяти, в которой хранятся коды и данные процесса. Совокупность всех областей оперативной па­мяти, выделенных операционной системой процессу, называется его адресным пространством. Говорят, что каждый процесс работает в своем адресном про­странстве, имея в виду защиту адресных пространств, осуществляемую ОС. За­щищаются и другие типы ресурсов, такие как файлы, внешние устройства и т. д. Операционная система может не только защищать ресурсы, выделенные одному процессу, но и организовывать их совместное использование, например разре­шать доступ к некоторой области памяти нескольким процессам.

На протяжении периода существования процесса его выполнение может быть многократно прервано и продолжено. Для того чтобы возобновить выполнение процесса, необходимо восстановить состояние его операционной среды. Состоя­ние операционной среды идентифицируется состоянием регистров и программного счетчика, режимом работы процессора, указателями на открытые файлы, информацией о незавершенных операциях ввода-вывода, кодами ошибок выпол­няемых данным процессом системных вызовов и т. д. Эта информация называет­ся контекстом процесса. Говорят, что при смене процесса происходит переклю­чение контекстов.

Операционная система берет на себя также функции синхронизации процессов, позволяющие процессу приостанавливать свое выполнение до наступления ка­кого-либо события в системе, например завершения операции ввода-вывода, осуществляемой по его запросу операционной системой.

В операционной системе нет однозначного соответствия между процессами и программами. Один и тот же программный файл может породить несколько па­раллельно выполняемых процессов, а процесс может в ходе своего выполнения сменить программный файл и начать выполнять другую программу. Для реализации сложных программных комплексов полезно бывает организо­вать их работу в виде нескольких параллельных процессов, которые периодиче­ски взаимодействуют друг с другом и обмениваются некоторыми данными. Так как операционная система защищает ресурсы процессов и не позволяет одному процессу писать или читать из памяти другого процесса, то для оперативного взаимодействия процессов ОС должна предоставлять особые средства, которые называют средствами межпроцессного взаимодействия.

Таким образом, подсистема управления процессами планирует выполнение про­цессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновре­менно существующими в системе процессами, занимается созданием и уничто­жением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает синхронизацию процессов, а также обеспечивает взаимодействие между процессами.

Организация вычислительного процесса

5.3. Управление процессами и потоками

Одной из основных подсистем любой современной мультипрограммной ОС, непосредственно влияющей на функционирование компьютера, является подсистема управления процессами и потоками. Основные функции этой подсистемы [10, 12, 17]:

  • создание процессов и потоков;
  • обеспечение процессов и потоков необходимыми ресурсами;
  • изоляция процессов ;
  • планирование выполнения процессов и потоков (вообще, следует говорить и о планировании заданий);
  • диспетчеризация потоков;
  • организация межпроцессного взаимодействия;
  • синхронизация процессов и потоков;
  • завершение и уничтожение процессов и потоков.

К созданию процесса приводят пять основных событий:

  1. инициализация ОС (загрузка);
  2. выполнение запроса работающего процесса на создание процесса;
  3. запрос пользователя на создание процесса, например, при входе в систему в интерактивном режиме;
  4. инициирование пакетного задания;
  5. создание операционной системой процесса, необходимого для работы каких-либо служб.

Обычно при загрузке ОС создаются несколько процессов. Некоторые из них являются высокоприоритетными процессами, обеспечивающими взаимодействие с пользователями и выполняющими заданную работу. Остальные процессы являются фоновыми, они не связаны с конкретными пользователями, но выполняют особые функции – например, связанные с электронной почтой, Web-страницами, выводом на печать , передачей файлов по сети, периодическим запуском программ (например, дефрагментации дисков ) и т.д. Фоновые процессы называют демонами.

Новый процесс может быть создан по запросу текущего процесса. Создание новых процессов полезно в тех случаях, когда выполняемую задачу проще всего сформировать как набор связанных, но, тем не менее, независимых взаимодействующих процессов. В интерактивных системах пользователь может запустить программу, набрав на клавиатуре команду или дважды щелкнув на значке программы. В обоих случаях создается новый процесс и запуск в нем программы. В системах пакетной обработки на мэйнфреймах пользователи посылают задание (возможно, с использованием удаленного доступа), а ОС создает новый процесс и запускает следующее задание из очереди, когда освобождаются необходимые ресурсы.

С технической точки зрения во всех перечисленных случаях новый процесс формируется одинаково: текущий процесс выполняет системный запрос на создание нового процесса. Подсистема управления процессами и потоками отвечает за обеспечение процессов необходимыми ресурсами. ОС поддерживает в памяти специальные информационные структуры, в которые записывает, какие ресурсы выделены каждому процессу. Она может назначить процессу ресурсы в единоличное пользование или совместное пользование с другими процессами. Некоторые из ресурсов выделяются процессу при его создании, а некоторые – динамически по запросам во время выполнения . Ресурсы могут быть выделены процессу на все время его жизни или только на определенный период. При выполнении этих функций подсистема управления процессами взаимодействует с другими подсистемами ОС, ответственными за управление ресурсами , такими как подсистема управления памятью, подсистема ввода-вывода , файловая система .

Читать еще:  Kaspersky удаление агента администрирования

Для того чтобы процессы не могли вмешаться в распределение ресурсов , а также не могли повредить коды и данные друг друга, важнейшей задачей ОС является изоляция одного процесса от другого. Для этого операционная система обеспечивает каждый процесс отдельным виртуальным адресным пространством, так что ни один процесс не может получить прямого доступа к командам и данным другого процесса.

В ОС, где существуют процессы и потоки, процесс рассматривается как заявка на потребление всех видов ресурсов, кроме одного – процессорного времени. Этот важнейший ресурс распределяется операционной системой между другими единицами работы – потоками, которые и получили свое название благодаря тому, что они представляют собой последовательности (потоки выполнения) команд. Переход от выполнения одного потока к другому осуществляется в результате планирования и диспетчеризации. Работа по определению момента, в который необходимо прервать выполнение текущего потока, и потока, которому следует предоставить возможность выполняться, называется планированием. Планирование потоков осуществляется на основе информации, хранящейся в описателях процессов и потоков. При планировании принимается во внимание приоритет потоков , время их ожидания в очереди, накопленное время выполнения , интенсивность обращения к вводу-выводу и другие факторы.

Диспетчеризация заключается в реализации найденного в результате планирования решения, т.е. в переключении процессора с одного потока на другой. Диспетчеризация проходит в три этапа:

  • сохранение контекста текущего потока;
  • загрузка контекста потока, выбранного в результате планирования;
  • запуск нового потока на выполнение.

Когда в системе одновременно выполняется несколько независимых задач, возникают дополнительные проблемы. Хотя потоки возникают и выполняются синхронно, у них может возникнуть необходимость во взаимодействии, например, при обмене данными. Для общения друг с другом процессы и потоки могут использовать широкий спектр возможностей: каналы (в UNIX ), почтовые ящики ( Windows ), вызов удаленной процедуры, сокеты (в Windows соединяют процессы на разных машинах). Согласование скоростей потоков также очень важно для предотвращения эффекта «гонок» (когда несколько потоков пытаются изменить один и тот же файл ), взаимных блокировок и других коллизий, которые возникают при совместном использовании ресурсов.

Синхронизация потоков является одной из важнейших функций подсистемы управления процессами и потоками. Современные операционные системы предоставляют множество механизмов синхронизации, включая семафоры, мьютексы, критические области и события. Все эти механизмы работают с потоками, а не с процессами. Поэтому когда поток блокируется на семафоре, другие потоки этого процесса могут продолжать работу.

Каждый раз, когда процесс завершается, – а это происходит благодаря одному из следующих событий: обычный выход , выход по ошибке, выход по неисправимой ошибке, уничтожение другим процессом – ОС предпринимает шаги, чтобы «зачистить следы» его пребывания в системе. Подсистема управления процессами закрывает все файлы, с которыми работал процесс, освобождает области оперативной памяти, отведенные под коды, данные и системные информационные структуры процесса. Выполняется коррекция всевозможных очередей ОС и список ресурсов, в которых имелись ссылки на завершаемый процесс.

Как уже отмечалось, чтобы поддержать мультипрограммирование , ОС должна оформить для себя те внутренние единицы работы, между которыми будет разделяться процессор и другие ресурсы компьютера. Возникает вопрос: в чем принципиальное отличие этих единиц работы, какой эффект мультипрограммирования можно получить от их применения и в каких случаях эти единицы работ операционной системы следует создавать?

Очевидно, что любая работа вычислительной системы заключается в выполнении некоторой программы. Поэтому и с процессом, и с потоком связывается определенный программный код, который оформляется в виде исполняемого модуля. В простейшем случае процесс состоит из одного потока, и в некоторых современных ОС сохранилось такое положение. Мультипрограммирование в таких ОС осуществляется на уровне процессов. При необходимости взаимодействия процессы обращаются к операционной системе, которая, выполняя функции посредника, предоставляет им средства межпроцессной связи – каналы, почтовые акции, разделяемые секции памяти и др.

Однако в системах, в которых отсутствует понятие потока, возникают проблемы при организации параллельных вычислений в рамках процесса. А такая необходимость может возникать. Дело в том, что отдельный процесс никогда не может быть выполнен быстрее, чем в однопрограммном режиме. Однако приложение , выполняемое в рамках одного процесса, может обладать внутренним параллелизмом , который, в принципе, мог бы ускорить его решение. Если, например, в программе предусмотрено обращение к внешнему устройству, то на время этой операции можно не блокировать выполнение всего процесса, а продолжить вычисления по другой ветви программы.

Параллельное выполнение нескольких работ в рамках одного интерактивного приложения повышает эффективность работы пользователя. Так, при работе с текстовым редактором желательно иметь возможность совмещения набора нового текста с такими продолжительными операциями, как переформатирование значительной части текста, сохранение его на локальном или удаленном диске.

Нетрудно представить будущую версию компилятора, способную автоматически компилировать файлы исходного кода в паузах, возникающих при наборе текста программы. Тогда предупреждения и сообщения об ошибках появлялись бы в режиме реального времени, и пользователь тут же видел бы, в чем он ошибся. Современные электронные таблицы пересчитывают данные в фоновом режиме, как только пользователь что-либо изменил. Текстовые процессоры разбивают текст на страницы, проверяют его на орфографические и грамматические ошибки, печатают в фоновом режиме, сохраняют текст каждые несколько минут и т.д. Во всех этих случаях потоки используются как средство распараллеливания вычислений.

Эти задачи можно было бы возложить на программиста, который должен был бы написать программу- диспетчер , реализующую параллелизм в рамках одного процесса. Однако это весьма сложно, да и сама программа получилась бы весьма запутанной и сложной в отладке.

Другим решением является создание для одного приложения нескольких процессов для каждой из параллельных работ . Однако использование для создания процессов стандартных средств ОС не позволяет учесть тот факт, что процессы решают единую задачу и имеют много общего: работают с одними и теми же данными, используют один и тот же кодовый сегмент, имеют одни и те же права доступа к ресурсам вычислительной системы. А операционная система при таком подходе будет рассматривать эти процессы наравне со всеми остальными процессами и обеспечивать их изоляцию друг от друга. В данном случае это будет не только бесполезная, но и вредная работа, затрудняющая обмен данными между различными частями приложения. Кроме того, на создание каждого процесса ОС тратит определенные системные ресурсы, которые в данном случае неоправданно дублируются – каждому процессу выделяется собственное виртуальное адресное пространство , физическая память , закрепляются устройства ввода-вывода и т.п.

Из изложенного следует вывод , что операционной системе наряду с процессами нужен другой механизм распараллеливания вычислений, который учитывал бы тесные связи между отдельными ветвями вычислений одного и того же приложения. Для этих целей современные ОС предлагают механизм многопоточной обработки ( multithreading ).

Понятию » поток » соответствует последовательный переход процессора от одной команды к другой. Процессу ОС назначают адресное пространство и набор ресурсов, которые совместно используются всеми его потоками. В отличие от процессов, которые принадлежат, вообще говоря, конкурирующим приложениям, все потоки одного процесса всегда принадлежат одному приложению, поэтому ОС изолирует потоки в гораздо меньшей степени, чем процессы в традиционной мультипрограммной системе. Все потоки одного процесса используют общие файлы, таймеры, устройства, одну и ту же область оперативной памяти, одно и то же адресное пространство .

Читать еще:  Как запустить выполнить с правами администратора

Это означает, что они разделяют одни и те же глобальные переменные . Поскольку каждый поток может иметь доступ к любому виртуальному адресу, один поток может задействовать стек другого потока. Между потоками одного процесса нет полной защиты, во-первых, потому что это невозможно, а во-вторых, потому что не нужно. Чтобы организовать взаимодействие и обмен данными , потокам не требуется обращаться к ОС, им достаточно использовать общую память – один поток записывает данные, а другой читает их. С другой стороны, потоки разных процессов по -прежнему хорошо защищены друг от друга.

Таким образом, мультипрограммирование более эффективно на уровне потоков, а не процессов. Еще больший эффект многопоточной обработки достигается в мультипроцессорных системах, в которых потоки могут выполняться на разных процессорах действительно параллельно.

Глава 3 Подсистема управления процессами

Подсистема управления процессами

Сердцем операционной системы UNIX является подсистема управления процессами. Практически все действия ядра имеют отношение к процессам, будь то обслуживание системного вызова, генерация сигнала, размещение памяти, обработка особых ситуаций, вызванных выполнением процесса или обеспечением услуг ввода/вывода по запросу прикладного процесса.

Вся функциональность операционной системы в конечном счете определяется выполнением тех или иных процессов. Даже так называемые уровни выполнения системы (run levels) представляют собой ни что иное, как удобную форму определения группы выполняющихся процессов. Возможность терминального или сетевого доступа к системе, различные сервисы, традиционные для UNIX, — система печати, удаленные архивы FTP, электронная почта и система телеконференций (news) — все это результат выполнения определенных процессов.

В этой главе рассматриваются вопросы: что такое процесс в представлении операционной системы, каковы связанные с ним структуры данных, позволяющие UNIX осуществлять управление процессом, а также описывается жизненный цикл процесса — от его создания до прекращения выполнения.

Процессы в UNIX неотъемлемо связаны с двумя важнейшими ресурсами системы — процессором (или процессорами) и оперативной памятью. Как правило, этих ресурсов никогда не бывает «много», и в операционной системе происходит активная конкурентная борьба за право обладания процессором и памятью. Мы рассмотрим принципы организации и управления памятью, т.к. даже при самом умеренном объеме физической памяти адресное пространство процесса составляет несколько гигабайт! Мы также подробно остановимся на том, как операционная система планирует выполнение процессов — ведь в каждый момент времени в однопроцессорной системе UNIX может выполняться не более одного процесса. UNIX является многозадачной системой общего назначения, поэтому задача справедливого распределения этого ресурса между задачами различного класса и с различными требованиями является нетривиальной.

Мы познакомимся с тем, как создаются новые процессы и запускаются новые программы (из предыдущих глав вы помните, что это не одно и то же). По существу процесс является «рамкой», в которую необходимо вставить «картину» или «фотографию» — некоторую прикладную программу. В этой главе рассматриваются важные этапы жизни процесса, такие как сон и пробуждение, переключение контекста, связанного со сменой задачи, и завершение его выполнения.

Последние разделы главы посвящены взаимодействию между процессами. Хотя основной задачей операционной системы является изоляция отдельного процесса от остальных, время от времени процессам все же требуется обмениваться данными. Для этого UNIX предлагает широкий спектр средств — от элементарного механизма сигналов до сложных подсистем межпроцессного взаимодействия — IPC UNIX System V и сокетов BSD.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Похожие главы из других книг:

Глава 9 Управление процессами и каналы

Глава 9 Управление процессами и каналы Как мы говорили в главе 1 «Введение», если бы нужно было резюмировать Unix (а следовательно, и Linux) в трёх словах, это были бы «файлы и процессы». Теперь, когда мы увидели, как работать с файлами и каталогами, время взглянуть на оставшуюся

ГЛАВА 6 Управление процессами

ГЛАВА 6 Управление процессами Процесс (process) представляет собой объект, обладающий собственным независимым виртуальным адресным пространством, в котором могут размещаться код и данные, защищенные от других процессов. В свою очередь, внутри каждого процесса могут

ГЛАВА 11 Взаимодействие между процессами

ГЛАВА 11 Взаимодействие между процессами В главе 6 было показано, как создавать процессы и управлять ими, тогда как главы 7—10 были посвящены описанию методов управления потоками, которые выполняются внутри процессов, и объектов, обеспечивающих их синхронизацию. Вместе с

Глава 3 Управление процессами

Глава 3 Управление процессами Процесс — одно из самых важных абстрактных понятий в Unix-подобных операционных системах[8]. По сути, процесс — это программа, т.е. объектный код, хранящийся на каком-либо носителе информации и находящийся в состоянии исполнения. Однако

Подсистема управления процессами

Подсистема управления процессами Запущенная на выполнение программа порождает в системе один или более процессов (или задач). Подсистема управления процессами контролирует:? Создание и удаление процессов? Распределение системных ресурсов (памяти, вычислительных

Глава 4 Файловая подсистема

Глава 4 Файловая подсистема Большинство данных в операционной системе UNIX хранится в файлах, организованных в виде дерева и расположенных на некотором носителе данных. Обычно это локальный (т. е. расположенный на том же компьютере, что и сама операционная система) жесткий

Глава 5 Подсистема ввода/вывода

Глава 5 Подсистема ввода/вывода Фактическая архитектура ввода/вывода скрыта от прикладного процесса несколькими интерфейсами. Один из них — интерфейс файловой системы был рассмотрен в предыдущей главе. Взаимодействие с удаленными ресурсами обеспечивается сетевыми

Подсистема STREAMS

Подсистема STREAMS Архитектура подсистемы потокового ввода/вывода STREAMS впервые была описана в статье Ритчи «Потоковая система ввода/вывода» (Ritchie, D.M., «A Stream Input-Output System», AT&T Bell Laboratories Technical Journal, Vol. 63, No. 8, Oct. 1984) в 1984 году. Двумя годами позднее эта система была реализована в

ГЛАВА 7. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ

ГЛАВА 7. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ В предыдущей главе был рассмотрен контекст процесса и описаны алгоритмы для работы с ним; в данной главе речь пойдет об использовании и реализации системных функций, управляющих контекстом процесса. Системная функция fork создает новый

ГЛАВА 10. ПОДСИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВВОДОМ-ВЫВОДОМ

ГЛАВА 10. ПОДСИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВВОДОМ-ВЫВОДОМ Подсистема управления вводом-выводом позволяет процессам поддерживать связь с периферийными устройствами, такими как накопители на магнитных дисках и лентах, терминалы, принтеры и сети, с одной стороны, и с модулями ядра,

Глава 26 Управление процессами

Глава 26 Управление процессами Данная глава посвящена процессам операционной системы Linux. Поскольку администрирование операционной системы в конечном счете сводится к управлению процессами, вполне логично выделить отдельную главу на описание столь важной темы.Каждый

5.1.1. Общая схема управления процессами

5.1.1. Общая схема управления процессами Каждый процесс может порождать полностью идентичный процесс с помощью fork(). Родительский процесс может дожидаться окончания выполнения всех своих процессов-потомков с помощью системного вызова wait. В любой момент времени процесс

5.3. Команды управления процессами

5.3. Команды управления процессами Команда psКоманда ps предназначена для вывода информации о выполняемых в текущий момент процессах. Данная команда имеет много параметров, о которых вы можете прочитать в руководстве (man ps). Здесь я опишу лишь наиболее часто используемые

9.2. Команды управления процессами

9.2. Команды управления процессами 9.2.1. Иерархия процессов: ps и pstree О том, что команда ps позволяет просмотреть сведения обо всех процессах, протекающих в системе в данный момент, вы уже знаете (п.3.2). С ключом -f эта команда выводит как PID самого процесса, так и PPID его родителя,

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector