Курынин Р.В., Машечкин И.В., Терехин А.Н. - Конспект лекций по ОС (1114685), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Затем, исходя изпараметров настройки операционной системы, осуществляется формирование системных структурданных (в частности, создается таблица процессов). После этого ядро создает нулевой процесс.Отметим, что здесь мы оперируем определением процесса в ОС Unix: ядро формирует нулевуюзапись в таблице процессов, и более ничего, — это и есть создание нулевого процесса. Этотнулевой процесс в общем случае соответствует ядру (это процесс ядра), но этот процесс имеетособенность: он не имеет сегмента кода.
Это означает, что нулевая запись таблицы процессовссылается на контекст, в котором отсутствует ссылка на сегмент кода процесса. Нулевой процесссуществует на всем протяжении функционирования ОС, причем он иллюстрирует нештатноеформирование процесса в системе.1030111КонтекстпроцессаКонтекстпроцессаКонтекстпроцессаКонтекстпроцессаКодовыйсегментКодовыйсегментКодовыйсегментexec()Рис. 80.Формирование нулевого и первого процессов.Следующим этапом ядро начинает формирование первого процесса, который такжесоздается нестандартным образом, при этом выполняются следующие действия. Ядроосуществляет копирование нулевой записи в первую. После чего для первой записи выделяетсяпространство оперативной памяти и создается тело процесса.
В тело процесса записывается кодсистемного вызова exec(), после этого происходит внутри первого процесса обращение к этомусистемному вызову с параметром /etc/init. Таким образом, можно отметить, что сам первыйпроцесс формируется нестандартным путем, но его тело его в конце уже формируется«правильным» образом посредством вызова exec().Итак, в итоге в рамках первого процесса сформирован процесс init, который существует всистеме также на протяжении всего ее функционирования. Процесс init поддерживаетсоответствующую стратегию организации работы системы: либо это однопользовательскаясистема, либо многопользовательская. Эта стратегия определяется параметрами, которыевозникают на стадии загрузки ядра и инициализации системы. Соответственно, система опознаетодин из подключенных терминалов как системную консоль.
Если система однопользовательская,то происходит подключение интерпретатора команд к системной консоли. Если же режиммногопользовательский, то процесс init обращается к системной таблице терминалов, хранящейвсе терминальные устройства, которые могут быть в системе, и для каждого готового к работетерминала из этого перечня он запускает процесс getty. Процесс getty — это процесс, которыйобеспечивает работу конкретного терминала. Заметим, что процесс init создает процесс getty ужестандартным способом, и после вообще все процессы создаются лишь по схеме fork-exec.“1”initgettyТерминал 1gettyТерминал 1…gettyТерминал 1Рис.
81.Инициализация системы.После старта процесс getty печатает на экране приглашение ввести логин (2.2.4). Послетого, как пользователь вводит логин, процесс getty загружает на свое место программу login.Соответственно, программа login запрашивает ввода пароля, который после ввода и проверяет.
Впервых версиях ОС Unix все пароли хранились в зашифрованном виде в файле passwd. Есливведенный пароль оказывается верным, программа login загружает параметры работы конкретногопользователя, загружает интерпретатор команд (shell), и пользователь может начинать работать всистеме. Заметим, что тип загружаемого интерпретатора команд также задается среди параметровработы данного пользователя. А, вообще говоря, в настройках вместо интерпретатора команд104может присутствовать любой исполняемый файл, например, это может быть менеджер пообслуживанию СУБД, функционирующей в системе.Сеанс работы пользователя с системой представляется в виде файла, с которым происходятоперации чтения и записи. Соответственно, работа с системой заканчивает закрытием файла —подачей символа EOF (end of file), этот код нажатия комбинации клавиш Ctrl+D на клавиатуре.После передачи этого символа интерпретатор завершается.
Как только оказывается, с терминаломне связан ни один процесс, процесс init запускает новый процесс getty, который ассоциируется сэтим терминалом, который, в свою очередь, снова печатает на экране приглашение ввести логин.initinitfork()/exec()вводлогинаПосле окончанияработы shell создаетновый gettyокончание работыgettyshellПечатает login иожидает входа всистемуВызываетпользовательскиепрограммыневерный парольloginЗапрашивает пароль и верный парольпроверяет егоРис.
82.Схема работы пользователя с ОС Unix.2.3Планирование2.4Взаимодействие процессов2.4.1Разделяемые ресурсы и синхронизация доступа к нимОдной из важных проблем, которые появились в современных операционных системах,является проблема взаимодействия процессов.Будем говорить, что процессы называются параллельными, если время их выполненияхотя бы частично перекрываются. Т.е. можно сказать, что все процессы, находящиеся в буфереобрабатываемых процессов, являются параллельными, т.к. в той или иной степени их выполненияво времени пересекаются, они существуют одновременно.
Не стоит забывать, что, говоря опараллельных процессах, речь идет лишь о псевдопараллелизме, поскольку реально напроцессоре может исполняться только один процесс.Параллельные процессы могут быть независимыми и взаимодействующими.Независимые процессы используют множество независимых ресурсов, т.е. те ресурсы, которыепринадлежат независимым процессам, в пересечении дают пустое множество.
Альтернативойнезависимым процессам являются взаимодействующие процессы — те процессы, пересечениемножеств ресурсов которых непустое. При этом одни процессы могут оказывать влияние надругие процессы, участвующие в этом взаимодействии.Совместное использование ресурсов двумя и более процессами, когда каждый из нихнекоторое время владеет этими ресурсами, называется разделением ресурсов (как аппаратных, таки программных, или виртуальных). Разделяемый ресурс, использование которого организованотаким образом, что он может быть доступен в каждый момент времени только одному извзаимодействующих процессов, называется критическим ресурсом.
Соответственно, часть105программы, в рамках которой осуществляется работа с критическим ресурсом, называетсякритической секцией.При организации корректного взаимодействия процессов очень важно требование,декларирующее, что результат работы взаимодействующих процессов не должен зависеть отпорядка переключения выполнения между этими процессами, т.е. от соотношения скоростивыполнения данного процесса со скоростями выполнения других процессов.Рассмотрим пример (2.4.1). Пусть имеется некоторая общая переменная (разделяемыйресурс) in и два процесса, которые работают с этой переменной. Пусть в некоторый моментвремени процесс A присвоил переменной in значение X.
Затем в некоторый момент процесс Bввел значение Y этой же переменной in. Далее оба процесса читают эту переменную, и в обоихслучаях процессы прочтут значение Y. Возможно, что процессы могли совершить эти действия вином порядке (поскольку по-другому могли быть обработаны на процессоре), и результат был быотличным от этого.
Соответственно, подобная ситуация, когда процессы конкурируют заразделяемый ресурс, называются гонкой процессов (race conditions).void main(){char in;input(in);output(in);}XYПроцесс Ainput(in);Процесс Binput(in);output(in);output(in);YYРис. 83.Гонка процессов.Для минимизации проблем, возникающих при гонках, используется взаимноеисключение — такой способ работы с разделяемым ресурсом, при котором в тот момент, когдаодин из процессов работает с разделяемым ресурсом, все остальные процессы не могут иметь кнему доступ.
Для организации модели взаимного исключения используются различные моделисинхронизации. Прежде, чем рассматривать их, необходимо отметить те проблемы, которые могутвозникать при организации взаимного исключения — это тупики и блокировки.Блокировка — это ситуация, когда доступ к разделяемому ресурсу одного извзаимодействующих процессов не обеспечивается за счет активности более приоритетныхпроцессов. Отметим следующее. Рассмотрим некоторую модель доступа к разделяемому ресурсу,построенную на приоритетах, когда более приоритетный запрос на обращение к ресурсу будетобработан быстрее, чем менее приоритетный. И пусть в этой модели работают два процесса, укоторого приоритеты доступа к разделяемому ресурсу разные.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
