Понятие процесса, потока, нити, задания. Функции подсистемы управления процессами

== (из лекции)

Процесс – совокупность набора исполняющихся команд, ассоциированных с ним ресурсов и текущего момента выполнения.

Процессы начинают делить на потоки. Поток – обособленный набор команд и свое собственно состояние. Поток (тред) – единица планирования процессорного времени. Каждый поток делится на фибы (нить/волокна). ОС ничего не знает о волокнах, они управлются самостоятельно внутри тредов внутренним планировщиком.

Процессы могут быть объединены в задание (task - win)/ Control group (linux). Задания могут быть ограниченны ресурсами и временем исполнения, etc.

Мы считаем, что один процесс реализован в рамках одного потока.

Особенности реализации Windows

Используется четыре понятия:

· Задание - набор процессов с общими квотами и лимитами

· Процесс - контейнер ресурсов (память...), содержит как минимум один поток.

· Поток - именно исполняемая часть, планируемая ядром.

· Волокно - облегченный поток, управляемый полностью в пространстве пользователя. Один поток может содержать несколько волокон.

Потоки работают в режиме пользователя, но при системных вызовах переключаются в режим ядра. Из-за переключения в режим ядра и обратно, очень замедляется работа системы. Поэтому было введено понятие волокна. У каждого потока может быть несколько волокон.)

==

Одним из основных понятий, связанных с операционными системами, является процесс – абстрактное понятие, описывающее работу программы. Все функционирующее на компьютере программное обеспечение, включая и операционную систему, можно представить набором процессов.

Задачей ОС является управление процессами и ресурсами компьютера или, точнее, организация рационального использования ресурсов в интересах наиболее эффективного выполнения процессов. Для решения этой задачи операционная система должна располагать информацией о текущем состоянии каждого процесса и ресурса. Универсальный подход к предоставлению такой информации заключается в создании и поддержке таблиц с информацией по каждому объекту управления.

Мультипрограммирование (многозадачность, multitasking) – это такой способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ. Чтобы поддерживать мультипрограммирование, ОС должна определить для себя внутренние единицы работы, между которыми будут разделяться процессор и другие ресурсы компьютера. В ОС пакетной обработки, распространенных в компьютерах второго и сначала и третьего поколения, такой единицей работы было задание. В настоящее время в большинстве операционных систем определены два типа единиц работы: более крупная единица – процесс, или задача, и менее крупная – поток, или нить. Причем процесс выполняется в форме одного или нескольких потоков.

Вместе с тем, в некоторых современных ОС вновь вернулись к такой единице работы, как задание (Job), например, в Windows. Задание в Windows представляет собой набор из одного или нескольких процессов, управляемых как единое целое. В частности, с каждым заданием ассоциированы квоты и лимиты ресурсов, хранящиеся в соответствующем объекте задания. Квоты включают такие пункты, как максимальное количество процессов (это не позволяет процессам задания создавать бесконтрольное количество дочерних процессов), суммарное время центрального процессора, доступное для каждого процесса в отдельности и для всех процессов вместе, а также максимальное количество используемой памяти для процесса и всего задания. Задания также могут ограничивать свои процессы в вопросах безопасности, например, получать или запрещать права администратора (даже при наличии правильного пароля).

Процессы рассматриваются операционной системой как заявки или контейнеры для всех видов ресурсов, кроме одного – процессорного времени. Это 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. Каждый процесс начинается с одного потока, но новые потоки могут создаваться (порождаться) процессом динамически.

Переключение потоков в ОС занимает довольно много времени, так как для этого необходимы переключение в режим ядра, а затем возврат в режим пользователя. Достаточно велики затраты процессорного времени на планирование и диспетчеризацию потоков. Для предоставления сильно облегченного псевдопараллелизма в Windows 2000 (и последующих версиях) используются волокна (Fiber), подобные потокам, но планируемые в пространстве пользователя создавшей их программой. Здесь стоит вспомнить, о трудностях перевода. Fiber и thread не имеют устоявшегося перевода и из-за этого могут возникать проблемы. В данном случае fibers и есть те нити, о которых идет речь в билете. У каждого потока может быть несколько волокон, с той разницей, что когда волокно логически блокируется, оно помещается в очередь блокированных волокон, после чего для работы выбирается другое волокно в контексте того же потока. При этом ОС "не знает" о смене волокон, так как все тот же поток продолжает работу.

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

создание процессов и потоков;

обеспечение процессов и потоков необходимыми ресурсами;

изоляция процессов (для того чтобы процессы не могли вмешаться в распределение ресурсов, а также не могли повредить коды и данные друг друга);

планирование выполнения процессов и потоков (вообще, следует говорить и о планировании заданий);

диспетчеризация потоков (реализация найденного в результате планирования решения, т.е. в переключении процессора с одного потока на другой);

организация межпроцессного взаимодействия;

синхронизация процессов и потоков;

завершение и уничтожение процессов и потоков