Состояние потока

Текст лекции

Ключевые вопросы

Лекция № 5. Процессы и внешние события. Часть 1

· Основные понятия и определения: операционная система (ОС), программное обеспечение (ПО), системное программное обеспечение.

· Состояние потока

· Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования.

ОС планирует потоки, принимая во внимание их состояние. В мультипрограммной системе поток может находиться в одном из трех основ­ных состояний:

- выполнение – активное состояние потока, во время которого поток обладает всеми необходимыми ресурсами и непосредственно выполняется процессором;

- ожидание – пассивное состояние потока, в котором, поток заблоки­рован по своим внутренним причинам (ждет завершения операции ввода-вывода, получения сообщения от другого потока и т. д.);

- готовность – также пассивное состояние потока, но в этом случае он за­блокирован в связи с внешним по отношению к нему обстоятельством (имеет все требуемые ресурсы, готов выполняться, однако процессор занят выполнением другого потока).

В течение своей жизни каждый поток переходит из одного состояния в другое в соответствии с алгоритмом планирования потоков, принятым в данной операци­онной системе.

Рассмотрим типичный граф состояния потока (рисунок 10.1). Только что созданный поток находится в состоянии готовности, он готов к выполнению и стоит в оче­реди к процессору. Когда в результате планирования подсистема управления по­токами принимает решение об активизации данного потока, он переходит в со­стояние выполнения и находится в нем до тех пор, пока либо он сам освободит процессор, перейдя в состояние ожидания какого-нибудь события, либо будет принудительно «вытеснен» из процессора, например вследствие исчерпания от­веденного ему кванта процессорного времени. В последнем случае поток возвращается в состояние готовности. В это же состояние поток переходит из состояния ожидания, после того как ожидаемое событие произойдет.

Рисунок 10.1 – Граф состояний потока в многозадачной среде

В состоянии выполнения в однопроцессорной системе может находиться не бо­лее одного потока, а в каждом из состояний ожидания и готовности – несколько потоков. Эти потоки образуют очереди соответственно ожидающих и готовых потоков. Очереди потоков организуются путем объединения в списки описателей отдельных потоков. Таким образом, каждый описатель потока, кроме всего прочего, содержит, по крайней мере, один указатель на другой описатель, соседствующий с ним в очереди. Такая организация очередей позволяет легко их переупорядочивать, включать и исключать потоки, переводить потоки из одного состояния в другое. Если предположить, что на рисунке 10.2 показана очередь готовых потоков, то заплани­рованный порядок выполнения выглядит так: А, В, Е, D, С.

Рисунок 10.2 – Очередь потоков

Одним из примеров удачной организации многопоточной архитектуры можно привести ОС Solaris [2].

В этой системе реализован необычный многоуровневый подход к управлению потоками, способствующий значительной гибкости использования ресурсов.

Здесь используются четыре отдельные концепции, связанные с потоками:

- Процесс. Это обычный процесс Unix, который включает в себя пользовательское адресное пространство, стек и управляющий блок процесса.

- Поток на пользовательском уровне. Эти потоки реализуются с помощью библиотеки потоков в адресном пространстве процесса; они невидимы для операционной системы. Потоки на пользовательском уровне играют роль интерфейса для реализации параллелизма вычислений.

- Облегченные процессы. Их можно рассматривать, как отображение между потоками на пользовательском уровне и потоками ядра. Каждый из облегченных процессов поддерживает один или несколько потоков на пользовательском уровне и отображает их в один поток ядра. Планирование облегченных процессов производится ядром независимо.

Потоки ядра. Эти потоки являются фундаментальными элементами, планирование и выполнение которых может осуществляться на одном из системных процессоров.

Дата добавления: 2014-11-25