Процессы

Процессы
● Понятие о процессах и мультизадачности ● Планирование процессов
Мультизадачность
● Большинство программ для ЭВМ не могут выполняться на процессоре (ЦП) непрерывно: им периодически требуется взаимодействие с периферийными устройствами (жесткий диск, клавиатура, мышь, экран и т.д.). ● Работа с устройствами протекает значительно медленнее, чем вычисления на процессоре. Изначально процессор занимался передачей данных на устройство и приемом ответа.
Мультизадачность
● С изобретением технологии DMA (Direct Memory Access) устройства смогли работать с оперативной памятью напрямую, минуя процессор. ● Пока программа ожидает ответа устройства, работающего через DMA процессор простаивает. В это время его можно использовать для выполнения других программ. ● Выполняемая программа получила название процесса.
Процесс
● Процессом называют программу, находящуюся в состоянии выполнения, с выделенными ей ресурсами (оперативной памятью, открытыми файлами и т.д.) Процесс ≠ Программа ● одну программу можно запустить несколько раз (параллельно) ● в некоторых ОС одна программа может состоять из нескольких процессов ● процесс может изменить выполняемую в нем программу на другую
Невытесняющая мультизадачность
● При невытесняющей мультизадачности процесс сам решает, когда вернуть управление процессору, обычно это происходит в двух случаях: – процесс начал выполнять операцию на периферийном устройстве; – процесс сообщил ОС, что его можно прервать для выполнения других програм. ● Невытесняющая мультизадачность была реализована в Windows 3
Невытесняющая мультизадачность
● Достоинства – простота реализации ● Недостатки – программист должен регулярно возвращать управление при выполнении длительных вычислений; – программа может злонамеренно захватить процессорное время, лишая другие процессы возможности выполниться; – бесконечное зацикливание вследствие ошибки в любой программе, если цикл содержит только вычисления, приведет к зависанию всей ОС
Вытесняющая мультизадачность
● При вытесняющей мультизадачности, если процесс не вернул управление в течении определенного срока (кванта процессорного времени), ОС принудительно приостанавливает его и заменяет другим. ● Это дает возможность ОС контролировать распределение процессорного времени, а также сохранять стабильность несмотря на ошибки в программах пользователей.
Состояния процесса
Состояния процесса
● Процесс находится в состоянии ожидания, когда он не может выполниться, поскольку ожидает какого-либо события (например ответа периферийного устройства). ● Процесс находится в состоянии готовности, если он может выполняться, но процессор занят другим процессом.
Планирование процессов
Цели планирования ● Справедливость – гарантировать каждому заданию или процессу определенную часть времени использования процессора в компьютерной системе, стараясь не допустить возникновения ситуации, когда процесс одного пользователя постоянно занимает процессор, в то время как процесс другого пользователя фактически не начинал выполняться. ● Эффективность – постараться занять процессор на все 100% рабочего времени, не позволяя ему простаивать в ожидании процессов, готовых к исполнению. В реальных вычислительных системах загрузка процессора колеблется от 40 до 90%.
Цели планирования ● Сокращение полного времени выполнения (turnaround time) – обеспечить минимальное время между стартом процесса или постановкой задания в очередь для загрузки и его завершением. ● Сокращение времени ожидания (waiting time) – сократить время, которое проводят процессы в состоянии готовность и задания в очереди для загрузки. ● Сокращение времени отклика (response time) – минимизировать время, которое требуется процессу в интерактивных системах для ответа на запрос пользователя.
First-Come, First-Served (FCFS)
.....
Процессор
Процессы
Round Robin
Round Robin
● Вытесняющий вариант FCFS. ● Обеспечивает относительное равноправие процессов. ● Производительность зависит от выбора кванта времени. ● Слишком маленький квант увеличивает расходы времени на переключение процессов. ● При слишком большом кванте превращается в FCFS.
Shortest-Job-First (SJF)
Идеальный случай, но сложно предсказать величину CPU burst. Пусть τ(n) – величина n-го CPU burst, T(n + 1) – предсказываемое значение для n + 1-го CPU burst, а – некоторая величина в диапазоне от 0 до 1. Определим рекуррентное соотношение T(n+1)= аτ(n)+(1-а )T(n) T(0) положим произвольной константой. Первое слагаемое учитывает последнее поведение процесса, тогда как второе слагаемое учитывает его предысторию.
Обычно выбирают а=1/2. Так удобнее и считать, т.к. деление на 2 осуществляется побитовым сдвигом.
Справедливое планирование
● Гарантированное выполнение. Пронумеруем всех пользователей от 1 до N. Для каждого пользователя с номером i введем две величины: Ti – время нахождения пользователя в системе или, другими словами, длительность сеанса его общения с машиной и τi – суммарное процессорное время уже выделенное всем его процессам в течение сеанса. ● Справедливым для пользователя было бы получение Ti/N процессорного времени. Вычисляется для процессов каждого пользователя значение коэффициента справедливости τi*N/Ti и очередной квант времени предоставляется готовому процессу с наименьшей величиной этого отношения.
Справедливое планирование
● Статистическая справедливость. Каждому процессу выделяется лотерейный билет (приоритетным процессам может выделяться несколько), система случайно выбирает билет и запускает на выполнение соответствующий процесс. Поскольку переключение задач происходит очень часто (в современных системах в среднем 20-60 раз в секунду), каждый процесс получает долю процессорного времени в соответствии со своим приоритетом. Этот алгоритм обладает высокой скоростью из-за простоты.
Приоритетные очереди