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

18 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

26239. Экскурсионно-познавательный туризм 62 KB
  Этот факт подталкивает туристские компании к расширению предлагаемого ассортимента экскурсионнопознавательных туров. Экскурсионнопознавательный туризм давно выделился и стал самостоятельным видом туризма. Поэтому при разработке экскурсионнопознавательного тура при его рекламе особое внимание нужно уделять освещению именно этих сторон туристского маршрута.
26240. Бизнес-туризм 46.5 KB
  Любопытно что в английском языке который является международным языком не только бизнеса но и туризма термин tourism в сфере делового туризма не применяется. Специалисты вместо понятия бизнестуризм часто используют английский терминаббревиатуру MICE точно отражающий структуру этого вида туризма: Meetings Incentives Conferences Exibitions Деловые встречи Инсентивтуризм Конференции Выставки. А еще деловой туризм это один из ресурсов интеграции и развития компаний через участие в выставках и конгрессах через...
26241. Лечебно-оздоровительный туризм 192.21 KB
  Лечебно оздоровительный туризм основан на курортологии. Курортология это наука о природных лечебных факторах их воздействии на организм и методах использования в лечебно профилактических целях. Основные разделы курортологии 1.
26242. Образовательный туризм 65.5 KB
  В целом предлагаемые языковые программы можно разделить на три группы: Upmarket дорогие летние курсы в хорошо оборудованных языковых или частных школах. Lowmarket относительно дешевые программы. Языковые программы рассчитаны на детей с 5летнего возраста. Основные программы обучающих туров это учебные и экскурсионнопознавательные.
26243. Религиозный туризм 1.1 MB
  2 Страны традиционно считающиеся центрами религиозного паломничества 2. Россия как центр религиозного паломничества 2. Для географического изучения широкой и весьма пестрой картины паломничества используется районирование. В мире выделяются 11 макрорегионов паломничества: Христианская Европа; Северная Америка с доминирующими положением христианства и многочисленными другими религиями; Латинская Америка с преобладанием христианства и местными традиционными религиями; Северная Африка с преобладанием ислама; Западная и Восточная Африка где...
26244. Бизнес туризм 23.5 KB
  Свыше 73 его объема составляют корпоративные поездки так называемый corporate travel как индивидуальные деловые поездки так и для участия в мероприятиях проводимых промышленными и торговыми корпорациями. Сюда же относятся и инсентивтуры поездки организуемые компаниями в целях мотивации сотрудников занятых в основном продвижением и продажей производимого этой компанией товара. Поездки связанные с участием в съездах конференциях семинарах под эгидой политических экономических научных культурных религиозных и других...
26245. Обоснование севооборотов и проектирование участков в АгроГИС 101.5 KB
  Ключевые слова: повторное и бессменное возделывание предшественники чистые и занятые пары поля производственные участки чередование культур болезни вредители сорняки зерновые пропашные. Обоснование севооборотов В севообороте выращивают различные по биологии и технологии возделывания сельскохозяйственные культуры озимые яровые многолетние травы пропашные и др. В основе чередования культур в севооборотах лежит принцип плодосмена что означает строгое чередование культур различающихся биологическими особенностями и технологиями...
26246. Применение сенсорной техники для дифференцированного внесения пестицидов 79 KB
  Сформировать умение применять методы дифференцированного внесения средств защиты растений в режимах offline и online с применением сенсорной техники. Использование гербицидов наиболее частое мероприятие по защите растений по сравнеию с использованием фунгицидов и инсектицидов. Для дифференцированного внесения средств защиты растений используют offline и online способы. Это делает возможным в любое время обращаться к этой информации чтобы получать заданные значения для защиты растений.
26247. Организация системы семеноводства 95.5 KB
  Контроль качества семян апробация посевов. Разработать технологии производства семян заданной культуры в системе внутрихозяйственного семеноводства. Система семеноводства сельскохозяйственных растений представляет собой совокупность функционально взаимосвязанных физических и юридических лиц осуществляющих деятельность по производству оригинальных элитных семян элиты и репродукционных семян. При этом развитая система семеноводства должна представлять собой высокоэффективный механизм не только обеспечивающий потребность в...