Гордеев А.В. Операционные системы (2-е изд., 2004) (1186250), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Для системных управ­ляющих процессов, в отличие от обрабатывающих, в большинстве операционныхсистем ресурсы распределяются изначально и однозначно. Эти вычислительныепроцессы сами управляют ресурсами системы, в борьбе за которые конкурируютвсе остальные процессы. Поэтому исполнение системных управляющих программне принято называть процессами, и термин «задача» следует употреблять толькопо отношению к процессам пользователей и к системным обрабатывающим про­цессам. Однако это справедливо не для всех операционных систем.

Например, в такназываемых «микроядерных» операционных системах (см. главу 9) большинствоуправляющих программных модулей самой операционной системы и даже драй­веры имеют статус высокоприоритетных процессов, для выполнения которыхнеобходимо выделить соответствующие ресурсы. В качестве примера можнопривести хорошо известную операционную систему реального времени QNXфирмы Quantum Software Systems. Аналогично и в UNIX-системах, которые хотьи не относятся к микроядерным, выполнение системных программных модулейтоже имеет статус системных процессов, получающих ресурсы для своего испол­нения.Очевидно, что если некий вычислительный процесс (назовем его первым) в дан­ный конкретный момент времени не исполняется, поскольку процессор занят ис­полнением какого-то другого процесса, то операционная система должна знать,что вычисления в первом процессе приостановлены.

Информация об этом зано­сится в специальную информационную структуру, сопровождающую каждый вы­числительный процесс. Таких приостановленных процессов может быть несколь­ко. Они могут образовывать очередь задач, которые возобновят свои вычисления,как только им будет предоставлен процессор. Некоторые процессы, при своем вы­полнении требующие ввода или вывода данных, на время выполнения этих запро­сов могут освобождать процессор.

Такие события тоже должны для операционнойсистемы помечаться соответствующим образом. Говорят, что процесс может нахо­диться в одном из нескольких состояний. Информация о состоянии процесса со­держится в упомянутой выше информационной структуре, доступной супервизору.Если обобщать и рассматривать не только традиционные системы общего назна­чения и привычные всем нам современные мультизадачные операционные систе­мы для персональных компьютеров, но и операционные системы реального време­ни, то можно сказать, что процесс может находиться в активном и пассивном(не активном) состоянии. В активном состоянии процесс может конкурировать заресурсы вычислительной системы, а в пассивном состоянии он известен системе,но за ресурсы не конкурирует (хотя его существование в системе и сопряжено с пре­доставлением ему оперативной и/или внешней памяти).

В свою очередь, актив­ный процесс может быть в одном из следующих состояний:Q выполнения — все затребованные процессом ресурсы выделены (в этом состоя­нии в каждый момент времени может находиться только один процесс, еслиречь идет об однопроцессорной вычислительной системе);32Глава 1. Основные понятияQготовности к выполнению — ресурсы могут быть предоставлены, тогда процессперейдет в состояние выполнения;Qблокирования, или ожидания, — затребованные ресурсы не могут быть предо­ставлены, или не завершена операция ввода-вывода.В большинстве операционных систем последнее состояние, в свою очередь, под­разделяется на множество состояний ожидания, соответствующих определенно­му виду ресурса, из-за отсутствия которого процесс переходит в заблокированноесостояние.В обычных операционных системах, как правило, процесс появляется при запускекакой-нибудь программы.

Операционная система организует (порождает, иливыделяет) для нового процесса уже упомянутую выше информационную структу­ру — так называемый дескриптор процесса, и процесс (задача) начинает выпол­няться. Поэтому пассивного состояния в большинстве систем не существует. В опе­рационных системах реального времени (ОСРВ) ситуация иная. Обычно припроектировании системы реального времени состав выполняемых ею программ(задач) известен заранее. Известны и многие их параметры, которые необходимоучитывать при распределении ресурсов (например, объем памяти, приоритет, сред­няя длительность выполнения, открываемые файлы, используемые устройства ипроч.).

Поэтому для них заранее заводят дескрипторы задач с тем, чтобы впослед­ствии не тратить драгоценное время на организацию дескриптора и поиски длянего необходимых ресурсов. Таким образом, в ОСРВ многие процессы (задачи)могут находиться в состоянии бездействия, что мы и отобразили на рис. 1.7, отде­лив это состояние от остальных состояний пунктиром.ЧБездействие(пассивноесостояние)Готовностьк выполнениюУОжидание(состояниеблокирования)Рис. 1.7. Граф состояний процессаЗа время своего существования процесс может неоднократно совершать переходыиз одного состояния в другое, обусловленные обращениями к операционной сис­теме с запросами ресурсов и выполнения системных функций, которые предо­ставляет операционная система, взаимодействием с другими процессами, появле-33Понятия вычислительного процесса и ресурса1ем сигналов прерывания от таймера, каналов и устройств ввода-вывода, другихстройств.

Возможные переходы процесса из одного состояния в другое отобра­жены на рисунке в виде графа состояний. Рассмотрим эти переходы из одного сотряния в другое более подробно.роцесс из состояния бездействия может перейти в состояние готовности в следущих случаях.По команде оператора (пользователя). Имеет место в тех диалоговых операци­онных системах, где программа может иметь статус задачи, даже оставаясь пас­сивной, а не просто быть исполняемым файлом и получать статус задачи толь­ко на время исполнения (как это имеет место в большинстве современныхоперационных систем, в том числе и для персональных компьютеров).Q При выборе из очереди планировщиком (характерно для операционных сис­тем, работающих в пакетном режиме).При вызове из другой задачи (посредством обращения к супервизору один про­цесс может создать, инициировать, приостановить, остановить, уничтожитьдругой процесс).1По прерыванию от внешнего инициативного устройства (сигнал о свершениинекоторого события может запускать соответствующую задачу).При наступлении запланированного времени запуска программы.[оследние два способа запуска задачи, при которых процесс из состояния бездей­ствия переходит в состояние готовности, наиболее характерны для операционныхистем реального времени.Процесс, который может исполняться, как только ему будет предоставлен процес­сор (а для диск-резидентных задач в некоторых системах и оперативная память),находится в состоянии готовности.

Считается, что такому процессу уже выделенывсе необходимые ресурсы за исключением процессора.Из состояния выполнения процесс может выйти по одной из следующих при­чин.• Процесс завершается, при этом он посредством обращения к супервизору пере­дает управление операционной системе и сообщает о своем завершении. В ре­зультате этих действий супервизор либо переводит его в список бездействую­щих процессов (процесс переходит в пассивное состояние), либо уничтожает.Уничтожается, естественно, не сама программа, а именно задача, которая соот­ветствовала исполнению этой программы.

В состояние бездействия процессможет быть переведен принудительно: по команде оператора или путем обра­щения к супервизору операционной системы из другой задачи с требованиемостановить данный процесс. Само собой, что действие по команде операторареализуется системным процессом, который «транслирует» эту команду в за­прос к супервизору с требованием перевести указанный процесс в состояниебездействия.Устройство называется инициативным, если по сигналу запроса на прерывание от него должна за­пускаться некоторая задача.34Глава 1. Основные понятияО Процесс переводится супервизором операционной системы в состояние готов­ности к исполнению в связй-с появлением более приоритетной задачи или в свя­зи с окончанием выделенного ему кванта времени.•Процесс блокируется (переводится в состояние ожидания) либо вследствиезапроса операции ввода-вывода (которая должна быть выполнена прежде, чемон сможет продолжить исполнение), либо в силу невозможности предоставитьему ресурс, запрошенный в настоящий момент (причиной перевода в состоя­ние ожидания может быть отсутствие сегмента или страницы в случае органи­зации механизмов виртуальной памяти — см.

раздел «Сегментная, страничнаяи сегментно-страничная организация памяти» в главе 3), либо по команде опе­ратора на приостанов задачи, либо по требованию через супервизор от другойзадачи.При наступлении соответствующего события (завершилась операция ввода-вы­вода, освободился затребованный ресурс, в оперативную память загружена необ­ходимая страница виртуальной памяти и т. д.) процесс деблокируется и перево­дится в состояние готовности к исполнению.Таким образом, движущей силой, меняющей состояния процессов, являются со­бытия.

Характеристики

Список файлов книги