А. Робачевский - Операционная система UNIX (1114671), страница 42
Текст из файла (страница 42)
UNIX является систе!мой разделения времени, это означает, что каждому процессу вычисли!тельные ресурсы выделяются на ограниченный промежуток времени, по!сле чего они предоставляются другому процессу и т. д. Максимальныйвременной интервал, на который процесс может захватить процессор, на!зывается временным квантом (time quantum или time slice).
Таким образомсоздается иллюзия, что процессы выполняются одновременно, хотя в дей!ствительности в каждый момент времени выполняется только один (наоднопроцессорной системе) процесс.UNIX является многозадачной системой, а это значит, что одновременновыполняются несколько приложений. Очевидно, что приложения предъ!являют различные требования к системе с точки зрения их планированияи общей производительности. Можно выделить три основных класса при!ложений:Интерактивные приложения.
К этому классу относятся командныеинтерпретаторы, текстовые редакторы и другие программы, непо!средственно взаимодействующие с пользователем. Такие приложениябольшую часть времени обычно проводят в ожидании пользователь!ского ввода, например, нажатия клавиш клавиатуры или действиямышью. Однако они должны достаточно быстро обрабатывать такиедействия, обеспечивая комфортное для пользователя время реакции.Допустимая задержка для таких приложений составляет от 100 до 200миллисекунд.Фоновые приложения. К этому классу можно отнести приложения, нетребующие вмешательства пользователя. Примерами таких задачмогут служить компиляция программного обеспечения и сложныевычислительные программы. Для этих приложений важно миними!зировать суммарное время выполнения в системе, загруженной дру!гими процессами, порожденными, в частности, интерактивными за!дачами.
Более того, предпочтительной является ситуация, когда ин!терактивные приложения не оказывают существенного влияния насреднюю производительность задач данного класса.ОПриложения реального времени. Хотя система UNIX изначально раз!рабатывалась как операционная система разделения времени, рядприложений требуют дополнительных системных возможностей, вчастности, гарантированного времени совершения той или инойоперации, времени отклика и т. п.
Примером могут служить измери!тельные комплексы или системы управления. Видеоприложенияwww.books-shop.comПланирование выполнения процессов217также могут обладать определенными ограничениями на время обра!ботки кадра изображения.Планирование процессов построено на определенном наборе правил, ис!ходя из которых планировщик выбирает, когда и какому процессу предос!тавить вычислительные ресурсы системы.
При этом желательным являетсяудовлетворение нескольких требований, например, минимальное времяотклика для интерактивных приложений, высокая производительность дляфоновых задач и т. п. Большинство из этих требований не могут бытьполностью удовлетворены одновременно, поэтому в задачу планировщикапроцессов входит нахождение "золотой середины", обеспечивающей мак!симальную эффективность и производительность системы в целом.В этом разделе мы рассмотрим основные принципы и механизмы плани!рования в традиционных UNIX!системах. Начнем с обработки прерыва!ний таймера, поскольку именно здесь инициируютсяпланирова!ния и ряд других действий, например, отложенные вызовыи(alarm).Обработка прерываний таймераКаждый компьютер имеет аппаратный таймер или системные часы, кото!рые генерируют аппаратное прерывание через фиксированные интервалывремени. Временной интервал между соседними прерываниями называетсятиком процессора или просто тиком (CPU tick, clock tick).
Как правило,системный таймер поддерживает несколько значений тиков, но в UNIXэто значение обычно устанавливается равным 10 миллисекундам, хотя этозначение может отличаться для различных версий операционной системы.Большинство систем хранят это значение в константе H Z , которая опреде!лена в файле заголовков <param.h>. Например, для тика в 10 миллисекундзначение HZ устанавливается равным 100.Обработка прерываний таймера зависит от конкретной аппаратной архи!тектуры и версии операционной системы.
Мы остановимся на принципахобработки прерываний, общих для большинства систем. Обработчик пре!рываний ядра вызывается аппаратным прерыванием таймера, приоритеткоторого обычно самый высокий. Таким образом, обработка прерываниядолжна занимать минимальное количество времени. В общем случае, об!работчик решает следующие задачи:Обновление статистики использования процессора для текущегопроцессаПВыполнение ряда функций, связанных с планированием процессов,например пересчет приоритетов и проверку истечения временногокванта для процессаПроверка превышения процессорной квоты для данного процесса иотправка этому процессу сигналав случае превышенияwww.books-shop.comГлава 3.управления процессамиП Обновление системного времени (времени дня) и других связанных сним таймеровП Обработка отложенных вызововП Обработка(alarm)П Пробуждение в случае необходимости системных процессов, напри!мер диспетчера страниц и свопераЧастьзадач не требует выполнения на каждом тике.
Боль!шинство систем вводят нотацию главного тика (major tick), который про!исходит каждыетиков, гдезависит от конкретной версии системы.Определенный набор функций выполняется только на главных тиках. На!пример,производит пересчет приоритетов каждые 4 тика, a SVR4обрабатываети производит пробуждение системных процессов разв секунду.Отложенные вызовывызов определяет функцию, вызов которой будет произведенядром системы через некоторое время. Например, в SVR4 любая подсис!тема ядра может зарегистрировать отложенный вызов следующим образом:int co_ID =arg, longгде f nопределяет адрес функции, которую необходимо вызвать, приэтом ей будет передан аргумент arg, а сам вызов будет произведен черезd e l t a ТИКОВ.Ядро производит вызов f nв системном контексте, таким образомфункция отложенного вызова не должна обращаться к адресному про!странству текущего процесса (поскольку не имеет к нему отношения), атакже не должна переходить в состояние сна.Отложенные вызовы применяются для выполнения многих функций, на!пример:Выполнение ряда функций планировщика и подсистемы управленияпамятьюП Выполнение ряда функций драйверов устройств для событий, веро!ятность ненаступления которых относительно велика.
Примеромможет служить модуль протокола TCP, реализующий таким образомповторную передачу сетевых пакетов по тайм!аутуОпрос устройств, не поддерживающих прерыванияЗаметим, что функции отложенных вызовов выполняются в системномконтексте, а не в контексте прерывания. Вызов этих функций выполняетсяне обработчиком прерывания таймера, а отдельным обработчиком отло!женных вызовов, который запускается послеобработки прс!www.books-shop.comПланирование выполнения процессовтаймера.
При обработке прерывания таймера система проверяетнеобходимость запуска тех или иных функций отложенного вызова и уста!навливает соответствующий флаг для них. В свою очередь обработчик от!ложенных вызовов проверяет флаги и запускает необходимыевсистемном контексте.Эти функции хранятся в системной таблице отложенных вызовов, органи!зация которой отличается для различных версий UNIX. Поскольку про!смотр этой таблицы осуществляется каждый тик при обработке высоко!приоритетного прерывания, для минимизации влияния этой операции нафункционирование системы в целом, организация этой таблицы должнаобеспечивать быстрый поиск нужных функций.
Например, виSCO UNIX таблица отложенных вызовов организована в виде списка, от!сортированного по времени запуска. Каждый элемент хранит разницу ме!жду временем вызова функции и временем вызова функции предыдущегоэлемента таблицы. На каждом тике значение этой величины уменьшаетсяна единицу для первого элемента таблицы. Когда это значениеравным 0, производится вызов соответствующей функции и запись удаля!ется. На рис.
3.14 приведена схема организации этой таблицы.Рис. 3.14. Организация таблицы отложенных вызововПроцесс может запросить ядро отправить сигнал по прошествии опреде!ленного интервала времени. Существуют три типа алармов — реального(real!time), профилирования (profiling) и виртуального(virtual time). С каждым из этих типов связан таймер интервалаtimer, илиЗначениеуменьшается на единицу при каждомтике. Когда значение itimer достигает нуля, процессу отправляется соот!сигнал.Ⱦɚɧɧɚɹɜɟɪɫɢɹɤɧɢɝɢɜɵɩɭɳɟɧɚɷɥɟɤɬɪɨɧɧɵɦɢɡɞɚɬɟɥɶɫɬɜɨɦ%RRNVVKRSɊɚɫɩɪɨɫɬɪɚɧɟɧɢɟɩɪɨɞɚɠɚɩɟɪɟɡɚɩɢɫɶɞɚɧɧɨɣɤɧɢɝɢɢɥɢɟɟɱɚɫɬɟɣɁȺɉɊȿɓȿɇɕɈɜɫɟɯɧɚɪɭɲɟɧɢɹɯɩɪɨɫɶɛɚɫɨɨɛɳɚɬɶɩɨɚɞɪɟɫɭpiracy@books-shop.com220Глава 3.управления процессамиУказанные таймеры обладают следующими характеристиками:ITIMER_REALITIMER_PROFЭтот таймер используется для отсчета реального времени.Когда значение таймера становится равным нулю, процессуотправляется сигналЭтот таймер уменьшается только когда процесс выполняется врежиме ядра или задачи.
Когда значение таймера становитсяравным нулю, процессу отправляется сигналЭтот таймер уменьшается только когда процесс выполняется врежиме задачи. Когда значение таймера становится равнымнулю, процессу отправляется сигналВ версиях BSD UNIX для установки таймеров всех трех типов использует!ся системный вызов settimer(2), для которого значение таймера устанавли!вается вЯдро системы преобразует это значение в тики,на основании которых и производится уменьшение таймера. Напомним,что тик является максимальным временным разрешением, которое можетобеспечить система. В версиях System V для установки таймера реальноговремени используется вызовпозволяющий указать интервал всекундах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
