Презентация «Архитектура операционных систем. Процессы и потоки»

Pic.1

Архитектура операционных систем 3. Процессы и потоки

Pic.2

Процесс Определения: Это программа в состоянии выполнения Объект, выполняемый на процессоре Процессы – фундаментальное понятие в ОС Как исполняемый объект, процесс позволяет параллельное выполнение …

Pic.3

Процесс 2 Процесс состоит из трех основных компонент Исполняемого программного кода Ассоциированных с ним данных, необходимых для выполнения этой программы Контекста (информация, необходимая ОС для …

Pic.4

Образ процесса Это выделенное место в памяти Каждый процесс выполняется в собственном виртуальном адресном пространстве, которое состоит из: Сегмента стэка: используется для вызовов функций и …

Pic.5

Структуры управления процессом Таблица процессов. Одна запись на каждый процесс Блок управления процессом: Process Control Block (PCB) Описывает свой процесс и его текущее состояние Образ процесса …

Pic.6

Process Control Block Содержит всю информацию, необходимую для приостановки и последующего возобновления процесса Идентификатор процеса № процесса, информация о пользователе, … Состояние процессора …

Pic.7

Диспетчеризация «Диспетчер» отправляет процессы на выполнение: выделяет время ЦП, переключает ЦП с одного процесса на другой В любой момент времени, процесс может находится в каком-либо состоянии …

Pic.8

Модель состояний процесса 1 Можно выделить три основных состояния Выполнения (исполняется на ЦП) Готовности (временно остановлен) Блокировки (ожидает внешнего события)

Pic.9

Модель состояний процесса 2 Модель из пяти состояний Новый: процесс создан, но ещё не помещён операционной системой в пул выполняемых процессов. Создан PCB, но процесс ещё не в памяти Готовность: …

Pic.10

Планирование процессов В ОС есть различные очереди (или списки) для планирования процессов Очередь задач: множество всех процессов в системе Очередь готовых: множество всех процессов, готовых для …

Pic.11

Управление процессами Используется одна очередь «готовых» и одна очередь «заблокированных» Недостатки: При наступлении события, все ожидающие этого события процессы нужно переместить из …

Pic.12

Создание процесса Загрузка системы При инициализации системы создаются несколько процессов В Unix, это процессы «демоны» sched (pid 0), init (pid 1), и другие более высокоуровневые (веб-сервер, …

Pic.13

Создание процесса 2 Присвоить уникальный идентификатор новому процессу Выделить место для процесса Программа, данные, стэк Инициализировать PCB Добавить процесс в очередь «готовых» к выполнению

Pic.14

Иерархия процессов (UNIX) Строгая иерархия между процессами: дочерний и родительский процессы всегда взаимосвязаны Группы процессов Напр. интерпретатор командной строки (shell) является родительским …

Pic.15

Иерархия процессов (Windows) Её нет. Все равны. Хэндл процесса: когда новый процесс создаётся родительским, то родитель получает хэндл дочернего процесса. Т. о. может им управлять. Этот хэндл можно …

Pic.16

Создание процесса (UNIX) Процессы создаются через fork() / exec() fork() создаёт точный клон вызывающего процесса, т. н. «дочерний» процесс exec() заменяет образ процесса этого клона новой …

Pic.17

Создание процесса (UNIX) 2

Pic.18

Создание процесса (UNIX) 3 Как же создать новую программу, а не ещё одну копию старой? «Легко». Вначале fork(), потом exec(). exec() не создаёт нового процесса, а заменяет данные текущего процеса …

Pic.19

Что в Linux? clone() заменяет fork() (и vfork() тоже). У clone() есть дополнительные опции. Но всё-равно нужно чётко понимать, как работает fork() В Linux exec() не является системным вызовом. …

Pic.20

Создание процесса (NT) Процессы создаются через системный вызов NtCreateProcess().

Pic.21

Переключение между процессами При необходимости переключиться на другой процесс, ОС выполняет «переключение контекста» Состояние старого процесса сохраняется в его PCB Состояние нового процесса …

Pic.22

Переключение контекста События, вызывающие переключение контекста: Прерывания Исключения Системные вызовы

Pic.23

Потоки (нити) Процесс состоит как минимум из: Адресного пространства Набор инструкций (код) программы Данные для программы Состояния потока выполнения Счётчик команд (регистр IP) Указатель стэка SP …

Pic.24

Потоки, зачем они нужны Потоки – для параллелизма и одновременности. Параллелизм – это физически одновременное выполнение для достижения наибольшей производительности. Одновременность – логическое …

Pic.25

Параллелизм Возьмём пример про веб-сервер со слайда 12, который должен обслуживать несколько запросов параллельно Ожидая данных по запросу клиента из базы данных, сервер мог бы загрузить данные с …

Pic.26

Параллелизм 2 В каждом из этих примеров параллелизма есть общее: Один код Доступ к одним данным Один уровень доступа Одно множество ресурсов Но есть разное: Стэк и указатель на стэк SP Счётчик …

Pic.27

Параллелизм 3 Как этого достичь? Используя знания о процессах, можно fork-нуть несколько процессов Заставить каждый из них отображать своё виртуальное адресное пространство на одну и ту же физическую …

Pic.28

Решение – потоки! Основная мысль отделить понятие процесса (адресного пространства, ресурсов ОС) от Минимальной нити, потока управления (т. е. состояния выполнения – стэка, регистров ЦП) Иногда такое …

Pic.29

Потоки и процессы Большинство современных ОС поддерживает два объекта: Процесс, который определяет адресное пространство и общие атрибуты процесса Поток, который определяет последовательный поток …

Pic.30

Потоки и процессы 2 Многопоточность полезна для: Обработки одновременных событий Построения параллельных программ Поддержка многопоточности – разделение понятия процесса от минимального потока …

Pic.31

Потоки и процессы 3 Раньше: «процесс» = адресное пространство + ресурсы ОС + подразумевался единственный поток Теперь: «процесс» = адресное пространство + ресурсы ОС + все потоки процесса

Pic.32

Потоки режима ядра и пользователя На уровне ядра Есть функция ядра для создания нового потока Выделяет стэк выполнения внутри адресного пространства процесса Создаёт и инициализирует Thread Control …

Pic.33

Потоки режима пользователя Библиотека pthreads Каждый поток представляется регистром PC, остальными регистрами ЦП, стэком и небольшим блоком TCB Создание потока, переключение между потоками и …

Pic.34

Сравнение производительности По данным Gribble, Lazowska, Levy, Zahorjan из Университета им. Вашингтона: Создание потока режима ядра pthread_create()/pthread_join() в 2. 5 раза быстрее создания …

Pic.35

Обобщение Множество потоков в одном адресном пространстве – это хорошо. Потоки режима ядра намного эффективнее процессов, но есть потери на системные вызовы Потоки режима пользователя имеют …

Скачать презентацию

Если вам понравился сайт и размещенные на нем материалы, пожалуйста, не забывайте поделиться этой страничкой в социальных сетях и с друзьями! Спасибо!