Управление процессами

Процесс — минимальный программный объект, обладающийсобственными системными ресурсами (запущенная программа).Классификация процессов.

По временным характеристикамразличают интерактивные, пакетные процессы и процессы реальноговремени. Время существования интерактивного процесса определяется реакцией ЭВМ на запрос обслуживания и составляет секунды. Процессы реального времени имеют гарантированное время окончания работы и время реакции мсек. Пакетные процессы запускаются один вслед за другим и время реакции часы и более.

По генеалогическому признаку различают порождающие и порожденные процессы.

По результативности различают эквивалентные, тождественные и равные процессы. Все они имеют одинаковый конечный результат,но эквивалентные процессы могут реализовываться как на одном, так и на многих процессорах по одному или разным алгоритмам, тоть они имеют разные трассы, которые определяют порядок и длительность пребывания процесса в разных состояниях. Тождественные процессы реализуются по одной и той же программе, но имеютразные трассы. Одинаковые процессы реализуются по одной программе и имеют одинаковые трассы.

По времени развития процессы делятся на последовательные, параллельные и комбинированные (для последних есть точки, в которыхсуществуют оба процесса, и точки, в которых существует толькоодин процесс).

По месту развития процессы делятся на внутренние (реализуютсяна центральном процессоре) и внешние (реализуются на внешнихпроцессорах).

По принадлежности к операционной системе процессы бываютсистемные (исполняют программу из состава операционной системы) и пользовательские.

По связности различают процессы:

а) взаимосвязанные, которые имеют какую-то связь (пространственно-временную, управляющую, информационную);

б) изолированные — слабо связанные;

в) информационно-независимые, которые используют совместные ресурсы, но имеют собственные информационные базы;

г) взаимодействующие — имеют информационные связи и разделяют общие структуры данных;

д) взаимосвязанные по ресурсам;

е) конкурирующие.

Планирование процессов

За время существования процесс многократно изменяетсвое состояние.

Различают следующие состояния процесса:

• новый (процесс только что создан);

• выполняемый (команды программы выполняются в CPU);

• ожидающий (процесс ожидает завершения некоторого события, чаще всего операции ввода-вывода);

• готовый (процесс ожидает освобождения СРУ);

• завершенный (процесс завершил свою работу).

Переход из одного состояния в другое не может выполняться произвольным образом. На рисунке приведена типовая диаграммапереходов для состояний процессов.

Каждый процесс представлен в операционной системе наборомданных, называемых таблица управления процессом (ТУП — PCB —ProcessControlBlock). В PCB процесс описывается набором значений, параметров, характеризующих его текущее состояние и используемых операционной системой для управления прохождением процесса через компьютер.

На рис. 1.10 схематически показано, каким образом операционная система использует РСВ для переключения процессора с одного процесса на другой.

Система управления процессами обеспечивает прохождение процесса через компьютер. В зависимости от состояния процесса ему должен быть предоставлен тот или иной ресурс. Например, новый процесс необходимо разместить в основной памяти, следовательно, ему необходимо выделить часть адресного пространства. Процессу в состоянии готовый должно быть предоставлено процессорное время. Выполняемый процесс может потребовать оборудование ввода-вывода и доступ к файлу.:

Распределение процессов между имеющимися ресурсами носитназвание планирование процессов. Одним изметодом планированияпроцессов, ориентированных на эффективную загрузку ресурсов,является метод очередей ресурсов. Новые процессы находятся вовходной очереди, часто называемой очередью работ — заданий.Входная очередь располагается во внешней памяти, во входной очереди процессы ожидают освобождения ресурса — адресного пространства основной памяти.Готовые к выполнению процессы располагаются в основной памяти и связаны очередью готовых процессов. Процессы в этой очереди ожидают освобождения ресурса процессорное время.Процесс в состоянии ожидания завершения операции ввода-вывода находится в одной из очередей к оборудованию ввода-вывода.При прохождении через компьютер процесс мигрирует между различными очередями под управлением программы, которая называется планировщик (scheduler).

Операционная система, обеспечивающая режим многозадачности, обычно включает два планировщика — долгосрочныйи краткосрочный. Например, в О5/360 долговременныйпланировшик назывался планировщиком заданий, а краткосрочный — супервизором задач.

На уровень долгосрочного планирования выносятся редкие системные действия, требующие больших затрат системных ресурсов,на уровень краткосрочного планирования — частые и более короткие процессы. На каждом уровне существует свой объект и собственные средства управления им.

Основное отличие междудолгосрочным и краткосрочным планировщиками заключается в частоте запуска, например: краткосрочный планировщик может запускаться каждые 100 мс, долгосрочный — один раз за несколько минут.

Долгосрочный планировщик решает, какой из процессов, находящихся во входной очереди, должен быть переведен в очередь готовых процессов в случае освобождения ресурсов памяти.

Долгосрочный планировщик выбирает процесс из входной очереди с целью создания неоднородной мультипрограммной смеси.

Это означает, что в очереди готовых процессов должны находитьсяв разной пропорции как процессы, ориентированные на ввод-вывод, так и процессы, ориентированные на преимущественную работу с CPU

На уровне долгосрочного планирования объектом является не отдельный процесс, а некоторое объединение процессов по функциональному назначению, которое называется работой (приложением). Каждая работа рассматривается как независимая от других работ деятельность, связанная с использованием одной или многих программ и характеризующаяся конечностью и определенностью.

По мере порождения новых работ создается собственная виртуальная машина для их выполнения. Например, в ОС Windows 95 для каждого 32-разрядного приложения реализуется своя виртуальная машина. Распределение машин производится однократно в отличие от краткосрочного планирования, где процессор процессу может выделяться многократно.

Краткосрочный планировщик решает, какой из процессов, находящихся в очереди готовых процессов, должен быть передан на выполнение в СРП В некоторых операционных системах долгосрочный планировщик может отсутствовать. Например, в системах разделения времени (timesharingsystem) каждый новый процесс сразу же помещается в основную память. На уровне краткосрочного планирования объектом управления являются процессы, которые выступают как потребители центрального процессора для внутренних процессов или внешнего процессора для внешних процессов. Причинами порождения процесса могут быть процессы на том же уровне или сигналы, посылаемые, от долгосрочного планировщика.

Выделение процессора процессу производится многократно, с целью достижения эффекта многозадачности, и такой процесс называется диспетчеризацией.