Понятие поток

Распределение ресурсов

Понятие ресурса

Ресурс — любой потребляемый (расходуемый) объект. По запасам ресурсы подразделяются на исчерпаемые и неисчерпаемые.

Ресурс — средство вычислительной системы, которое может быть выделено процессу на определенный интервал времени.

Потребители ресурсов — процессы.

Классификация ресурсов.

По признаку реальности ресурсы делятся на физические и виртуальные (последние только в отдельных свойствах схожие с физическими ресурсами).

По возможности расширения свойств делятся на эластичные и жесткие (не допускающие виртуализации).

По степени активности разделяются на пассивные и активные (могут выполнять действия по отношению к другим ресурсам).

По времени существования: постоянные (доступны во все время процесса: и до, и после его работы) и временные.

По степени важности: основные и второстепенные (допускают альтернативное развитие процесса при их отсутствии).

По структуре: простые (не содержит составных элементов) и составные. Они различаются числом состояний: простой может быть только в двух состояниях — доступен или занят.

По характеру использования: последовательно и параллельно используемые (используются несколькими процессами).

По форме реализации: жесткие (в принципе не допускают копирования) и мягкие (допускают тиражирование и подразделяются на программные и информационные ресурсы).

Дисциплина распределения ресурса – это правила использования многими процессами того или иного ресурса, который в каждый момент времени может обслуживать только один процесс.

Управление процессами. Процесс — это программный модуль, выполняемый в центральном процессоре (CPU – Central Processing Unit). Операционная система контролирует следующую деятельность, связанную с процессами:

• создание и удаление процессов;

• планирование процессов;

• синхронизация процессов;

• коммуникация процессов;

• разрешение тупиковых ситуаций.

Поток — это сущность внутри процесса, которую ядро ОС направляет на исполнение. Без него программа процесса не может выполняться.

Различают следующие состояния потока (рис. 1.9):

• новый (поток только что создан);

• готовый (поток ожидает освобождения CPU);

• выполняемый (команды программы выполняются в CPU);

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

• завершенный (поток завершил свою работу).

Переход из одного состояния в другое не может выполняться произвольным образом. На рис. 1.9 приведена типовая диаграмма переходов для состояний потоков.

На протяжении периода существования процесса его выполнение может быть многократно прервано и продолжено. Для того чтобы возобновить выполнение процесса, необходимо восстановить состояние его операционной среды. Состояние операционной среды идентифицируется состоянием регистров и программного счетчика, режимом работы процессора, указателями на открытые файлы, информацией о незавершенных операциях ввода-вывода, кодами ошибок выполняемых данным процессом системных вызовов и т. д. Эта информация называется контекстом процесса.

Операционная система берет на себя также функции синхронизации процессов, позволяющие процессу приостанавливать свое выполнение до наступления какого-либо события в системе, например завершения операции ввода-вывода, осуществляемой по его запросу операционной системой.

При управлении процессами операционная система использует два основных типа информационных структур: дескриптор процесса и контекст процесса. Дескриптор процесса содержит такую информацию о процессе, которая необходима ядру в течение всего жизненного цикла процесса независимо от того, находится он в активном или пассивном состоянии, находится образ процесса в оперативной памяти или выгружен на диск. (Образом процесса называется совокупность его кодов и данных.)

Дескрипторы отдельных процессов объединены в список, образующий таблицу процессов. Память для таблицы процессов отводится динамически в области ядра. На основании информации, содержащейся в таблице процессов, операционная система осуществляет планирование и синхронизацию процессов. В дескрипторе прямо или косвенно (через указатели, на связанные с процессом структуры) содержится информация о состоянии процесса, о расположении образа процесса в оперативной памяти и на диске, о значении отдельных составляющих приоритета, а также о его итоговом значении — глобальном приоритете, об идентификаторе пользователя, создавшего процесс, о родственных процессах, о событиях, осуществления которых ожидает данный процесс, и некоторая другая информация.

Контекст процесса содержит менее оперативную, но более объемную часть информации о процессе, необходимую для возобновления выполнения процесса с прерванного места: содержимое регистров процессора, коды ошибок выполняемых процессором системных вызовов, информация обо всех открытых данным процессом файлах и незавершенных операциях ввода-вывода и другие данные, характеризующие состояние вычислительной среды в момент прерывания. Контекст, так же как и дескриптор процесса, доступен только программам ядра, то есть находится в виртуальном адресном пространстве операционной системы, однако он хранится не в области ядра, а непосредственно примыкает к образу процесса и перемещается вместе с ним, если это необходимо, из оперативной памяти на диск.

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

5. Взаимодействие процессов.

Совместно выполняемые процессы могут быть либо независимыми, либо взаимодействующими. Взаимодействие процессов часто понимается в смысле взаимного обмена данными через общий буфер данных.

Взаимодействие заключается в передаче данных между процессами или совместном использовании некоторых ресурсов и обычно реализуется с помощью таких механизмов, как транспортеры, очереди, сигналы, семафоры.

Транспортеры (каналы).- это механизм взаимодействия родственных процессов, представляющий собой область памяти, для которой обеспечивается запись и считывание данных.

Очередь -. это механизм обеспечивающий передачу или использование общих данных без перемещения данных, а с передачей элемента очереди, содержащего указатель данных и объем массива данных. Очередь используется вместе с механизмом общей памяти.

Сигналы. - это механизм передачи требования от одного процесса к другому на немедленное выполнение действия. Является аналогом обработки прерывания.

Семафоры - это механизмам передачи сообщений от одного потока к другому о наступлении некоторого события.

Операционные системы используют разные термины для определения способов меж процессного взаимодействия.

В операционных системах OS/2 и Microsoft Windows существует специальный механизм для взаимодействия процессов в реальном масштабе времени. Этот механизм называется DDE (Dynamic Data Exchange — динамический обмен данными). Он стандартизирует процесс обмена командами, сообщениями и объектами для обработки между задачами. Наиболее распространенным процессом, для которого используется DDE, является печать.

Другим интерфейсом для обмена данными является OLE (Object Linking and Embedding — связывание и встраивание объектов). Этот интерфейс позволяет хранить объекты, созданные одной программой, в объектах, созданных другой программой, а также редактировать (печатать) их без нарушения целостности информации и связей.

Одним из наиболее простых, удобных и интуитивных интерфейсов межпрограммного взаимодействия является буфер обмена — Clipboard. Буфер обмена может содержать в себе один информационный объект — фрагмент текста, рисунок и т. д. С помощью системного вызова процесс может получить копию информации, содержащейся в буфере обмена, или сам поместить объект в буфер, при этом старое содержимое буфера теряется. Таким образом, программы получают простой, но эффективный способ обмена информацией в процессе своей работы.

Дата добавления: 2014-01-07