69300

Базові поняття процесів і потоків

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Однозначна відповідність між програмою і процесом встановлюється тільки в конкретний момент часу: один процес у різний час може виконувати код декількох програм код однієї програми можуть виконувати декілька процесів одночасно.

Украинкский

2014-10-02

39.5 KB

10 чел.

Лекція № 4

Тема: Базові поняття процесів і потоків

План

  1.  Процеси і потоки в сучасних ОС
  2.  Моделі процесів і потоків
  3.  Складові елементи процесів і потоків

Процеси і потоки в сучасних ОС

У сучасній операційній системі одночасно виконуються код ядра (що належить до його різних підсистем) і код програм користувача. При цьому відбуваються різні дії: одні програми і підсистеми виконують інструкції процесора, інші зайняті введенням-виведенням, ще деякі очікують на запити від користувача або інших застосувань. Для спрощення керування цими діями в системі доцільно виділити набір елементарних активних елементів і визначити інтерфейс взаємодії ОС із цими елементами. Коли активний елемент системи зв'язати із програмою, що виконується, ми прийдемо до поняття процесу.

Дамо попереднє означення процесу.

Під процесом розуміють абстракцію ОС, яка об'єднує все необхідне для виконання однієї програми в певний момент часу.

Програма - це деяка послідовність машинних команд, що зберігається на диску, в разі необхідності завантажується у пам'ять і виконується. Можна сказати, що під час виконання програму представляє процес.

Однозначна відповідність між програмою і процесом встановлюється тільки в конкретний момент часу: один процес у різний час може виконувати код декількох програм, код однієї програми можуть виконувати декілька процесів одночасно.

Для успішного виконання програми потрібні певні ресурси. До них належать:

♦ ресурси, необхідні для послідовного виконання програмного коду (передусім
процесорний час);

♦ ресурси, що дають можливість зберігати інформацію, яка забезпечує виконання програмного коду (регістри процесора, оперативна пам'ять тощо).

Ці групи ресурсів визначають дві складові частини процесу:

♦ послідовність виконуваних команд процесора;

♦ набір адрес пам'яті (адресний простір), у якому розташовані ці команди і дані для них.

Виділення цих частин виправдане ще й тим, що в рамках одного адресного простору може бути кілька паралельно виконуваних послідовностей команд, що спільно використовують одні й ті ж самі дані. Необхідність розмежування послідовності команд і адресного простору підводить до поняття потоку.

Потоком (потік керування, нитка, thread) називають набір послідовно виконуваних команд процесора, які використовують загальний адресний простір процесу. Оскільки в системі може одночасно бути багато потоків, завданням ОС є організація перемикання процесора між ними і планування їхнього виконання. У багатопроцесорних системах код окремих потоків може виконуватися на окремих процесорах.

Тепер можна дати ще одне означення процесу.

Процесом називають сукупність одного або декількох потоків і захищеного адресного простору, у якому ці потоки виконуються.

Захищеність адресного простору процесу є його найважливішою характеристикою. Код і дані процесу не можуть бути прямо прочитані або перезаписані іншим процесом; у такий спосіб захищаються від багатьох програмних помилок і спроб несанкціонованого доступу. Природно, що неприпустимим є тільки прямий доступ (наприклад, запис у пам'ять за допомогою простої інструкції перенесення даних); обмін даними між процесами принципово можливий, але для цього мають бути використані спеціальні засоби, які називають засобами міжпроцесової взаємодії (див. розділ 6). Такі засоби складніші за прямий доступ і працюють повільніше, але при цьому забезпечують захист від випадкових помилок у разі доступу до даних.

На відміну від процесів потоки розпоряджаються загальною пам'яттю. Дані потоку не захищені від доступу до них інших потоків за умови, що всі вони виконуються в адресному просторі одного процесу. Це надає додаткові можливості для розробки застосувань, але ускладнює програмування.

Захищений адресний простір процесу задає абстракцію виконання коду на окремій машині, а потік забезпечує абстракцію послідовного виконання команд на одному виділеному процесорі.

Адресний простір процесу не завжди відповідає адресам оперативної пам'яті. Наприклад, у нього можуть відображатися файли або регістри контролерів введення-виведення, тому запис за певною адресою в цьому просторі призведе до запису у файл або до виконання операції введення-виведення. Таку технологію називають відображенням у пам'ять (memory mapping).

Моделі процесів і потоків

Максимально можлива кількість процесів (захищених адресних просторів) і потоків, які в них виконуються, може варіюватися в різних системах.

В однозадачних системах є тільки один адресний простір, у якому в кожен момент часу може виконуватися один потік.

У деяких вбудованих системах теж є один адресний простір (один процес), але в ньому дозволене виконання багатьох потоків. У цьому разі можна організовувати паралельні обчислення, але захист даних застосувань не реалізовано.

У системах, подібних до традиційних версій UNIX, допускається наявність багатьох процесів, але в рамках адресного простору процесу виконується тільки один потік. Це традиційна однопотокова модель процесів. Поняття потоку в даній моделі не застосовують, а використовують терміни «перемикання між процесами», «планування виконання процесів», «послідовність команд процесу» тощо (тут під процесом розуміють його єдиний потік).

У більшості сучасних ОС (таких, як лінія Windows XP, сучасні версії UNIX) може бути багато процесів, а в адресному просторі кожного процесу - багато потоків. Ці системи підтримують багатопотоковість або реалізують модель потоків. Процес у такій системі називають багатопотоковим процесом.

Надалі для позначення послідовності виконуваних команд вживатимемо термін «потік», за винятком ситуацій, коли обговорюватиметься реалізація моделі процесів.

Складові елементи процесів і потоків

До елементів процесу належать:

♦ захищений адресний простір;

♦ дані, спільні для всього процесу (ці дані можуть спільно використовувати всі його потоки);

інформація про використання ресурсів (відкриті файли, мережні з'єднання тощо);

інформація про потоки процесу. Потік містить такі  елементи:

+ стан процесора (набір поточних даних із його регістрів), зокрема лічильник поточної інструкції процесора;

+ стек потоку (ділянка пам'яті, де перебувають локальні змінні потоку й адреси повернення функцій, що викликані у його коді).

Питання для самоконтролю:

  1.  Визначення процесу, програми, потоку.
  2.  Ресурси для успішного виконання програми.
  3.  Адресний простір процесів та потоків.
  4.  Складові частини процесу.
  5.  Моделі процесів і потоків
  6.  Складові елементи процесів і потоків


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36922. Word: Способы запуска. Создание, открытие, сохранение, закрытие файла (документа) 93 KB
  Панели инструментов и их настройка. Контекстное меню в области панелей инструментов. ДЕЙСТВИЯ С ФАЙЛАМИ И ОКНАМИ ФАЙЛОВ Выполните действия связанные с созданием сохранением и закрытием файла: создайте файл для чего: 1й способ: нажмите кнопку Создать файл по умолчанию на Стандартной панели инструментов; 2й способ: нажмите сочетание клавиш CtrlN; 3й способ: выполните команды меню ФайлðСоздать.; в появившемся окне Сохранение документа в раскрывающемся списке Папка откройте Вашу папку если Вашей папки нет то можно создать ее...
36923. Операционная система Windows, конфигурирование и настройка 87.5 KB
  Знакомство с реестром Windows администрирование автозагрузки настройка Windows. Знакомство с основными видами пользовательского интерфейса изучение базовых консольных команд Windows. Системные команды Windows Таблица 1 Основные системные команды Windows HELP название команды Выводит справочную информацию о командах Windows XP.
36924. Исследование статических триггеров 61 KB
  Цель лабораторной работы: исследовать основные свойства статических триггеров. Задание: снять временные диаграммы определить таблицы состояний особенности работы статических триггеров асинхронный RS триггер синхронный RS триггер и D триггерзащелка. Программа работы для каждого триггера.
36925. КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА PROJECT EXPERT. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ФИНАНСИРОВАНИЯ ПРОЕКТА 47 KB
  ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ФИНАНСИРОВАНИЯ ПРОЕКТА Цель: изучить систему команд Project Expert формирования инвестиционного и операционного планов предприятия по реализации проекта. Выполнить на ПЭВМ следующие разделы Project Expert: Инвестиционный план Операционный план. На основе инвестиционного и операционного планов предприятия определить потребность в финансировании проекта. Теоретическое введение Следующим этапом процесса построения финансовой модели является описание плана развития предприятия проекта.
36926. Решение задач нелинейного программирования в среде Mathcad и Excel 64 KB
  Оптимальное распределение активной мощности между тремя ТЭС Для задачи рассмотренной на 4м практическом занятии выполнить распределение активной мощности между тремя ТЭС без учета 1а и с учетом 1б изменения потерь мощности в сети. Оптимальное распределение активной мощности между тремя ТЭС с учетом уравнений баланса мощностей во всех узлах сети Решить предыдущую задачу с учетом уравнений узловых напряжений для узлов схемы сети. Оптимальное распределение реактивной мощности между тремя ТЭС с учетом уравнений баланса мощностей во...
36927. Исследование статических и динамических характеристик уровнемеров 1.89 MB
  Губкина Кафедра автоматизации технологических процессов Лабораторная работа Исследование статических и динамических характеристик уровнемеров Методическое пособие к лабораторным работам по курсам : Методы и средства измерений испытаний и контроля Автоматизация производственных процессов Основы техники измерений Москва 2011 Введение Автоматизированные системы управления технологическими процессами АСУ ТП получают результаты измерений в процессе...
36928. Блочные симметричные алгоритмы шифровании. Режимы работы блочных алгоритмов 2.77 MB
  Блочными называются шифры в которых логической единицей шифрования является некоторый блок открытого текста после преобразований которого получается блок шифрованного текста такой же длины. Ситуации в которых постороннему наблюдателю известна часть исходного текста встречаются повсеместно. Это диктуется в первую очередь требованием невозможности обратного декодирования в отношении ключа при известных исходном и зашифрованном текстах. Предположим противник обладает некоторыми сведениями о статистических характеристиках открытого текста.
36929. Моделі оптимального використання взаємозамінних ресурсів 41 KB
  2 як зміниться план якщо норми затрат часу роботи обладнання А на одиницю продукції 1 збільшаться до 3 а обладнання В на одиницю продукції 2 зменшаться до 3. 4 Як зміниться розвязок задачі якщо прибуток від продажу продукції зросте на 10 де k порядковий номер у списку студентів групи: m=10k якщо k 10 m=20k якщо k 10 Задача 2 З наступних задач студентка вибирає одну відповідно до порядкового номера у списку студентів групи. Компанія Яваін†віднедавна отримала статус ексклюзивного дистрибютора іспанської фірми із...
36930. Зовнішній вигляд сторінок. Їх оформлення. Форматування тексту 75 KB
  Форматування тексту. Навчитись змінювати параметри форматування абзаців: вирівнювання інтервал розміщення на сторінці табуляція обрамлення та заповнення список нумерація заголовків. Засвоїти поняття: автозбереження; резервні копії документів; режими відображення документів; пошук текстових документів за різними критеріями; захист документа; основні елементи документа; опції редагування; параметри форматування символів; параметри форматування абзацу; вирівнювання; відступ інтервал розміщення на сторінці табуляція ...