Содержание
1 Введение ........................................... 3
2 Алгоритм Round Robin .............................. 5
3 Перепланировка процессов .......................... 8
4 Дескриптор и контекст процесса .................... 10
5 Спецификация на разработку программного комплекса «Планировщик и диспетчер процессов» ................................ 15
5.1 Общее описание ............................. 15
5.2 Основные компоненты ........................ 15
5.3 Ответственность компонентов ................ 16
5.4 Правила коммуникации ....................... 16
5.5 Основные структуры данных .................. 16
6 Системные вызовы «Создать процесс» и «Удалить процесс» ............................................ 18
6.1 Системный вызов «Создать процесс» .......... 18
6.2 Системный вызов «Удалить процесс» .......... 20
7 Заключение ........................................ 22
Приложение А. Графические материалы ............... 23
Библиографический список .......................... 26
1 Введение
1.1 Когда компьютер работает в многозадачном режиме, на нем могут быть активными (находится в состоянии готовности) несколько процессов (от двух и более), пытающихся одновременно получить доступ к одному процессору. Поэтому необходимо выбирать, какой процесс запустить следующим. Отвечающая за это часть Операционной системы (ОС) называется планировщиком, а используемый алгоритм – алгоритмом планирования. Помимо правильного выбора следующего процесса, планировщик также должен заботится об эффективном использовании процессора, поскольку переключение между процессами требует затрат.
1.2 В многозадачном режиме процессы могут находиться в одном из трех основных состояний: исполнение, готовность или ожидание. Граф изменения состояний процессов проиллюстрирован на рисунке 1.1. В состоянии исполнения может находиться только один процесс. В состоянии готовности могут находиться несколько процессов. Для оперативной выборки процессов на исполнение ОС всегда поддерживает двусвязный список готовых процессов. В данном списке всегда находится хотя бы один элемент (процесс, запускаемый в случае «простаивания» системы). В состоянии ожидания также могут находиться несколько процессов. Для организации ожидающих процессов также используются двусвязные списки. Но, в отличие от списка готовых процессов, для ожидающих процессов используется один список для каждого конкретного ресурса. Сколько разделяемых ресурсов, столько и списков заблокированных процессов.
Рисунок 1.1 – Граф изменения состояния процессов
На рисунке 1.1 номерами обозначены ситуации, когда происходит данный переход: 1 – планировщик выбирает данный процесс из списка готовых процессов, 2 – квант данного процесса истек и планировщик выбирает другой процесс, 3 – процесс блокируется, ожидая входных данных, 4 – поступили ожидаемые входные данные.
2 Алгоритм Round Robin
2.1 Одним из наиболее старых, простых, справедливых и часто используемых алгоритмов планирования является алгоритм циклического планирования или Round Robin (RR). Он работает по следующему принципу. Каждому процессу предоставляется некоторый интервал времени процессора (квант времени). Если к концу кванта времени процесс все еще работает, он прерывается, а управление передается другому процессу. Если процесс блокируется или прекращает работу раньше отведенного ему кванта времени, то переход управления происходит в этот момент. Алгоритм работы проиллюстрирован на рисунке 2.1. Так как используется приоритетное планирование, то сначала из списка готовых процессов выбирается процесс с наивысшим приоритетом. Если в списке остались только процессы с одинаковым приоритетом, то выбирается самый первый. После того, как новый процесс попадает в очередь готовых процессов, он помещается в конец очереди. Когда процесс отработал свой квант или вышел из состояния блокировки, он также помещается в конец очереди.
Рисунок 2.1 – Схема работы алгоритма RR
Самым важным атрибутом данного алгоритма является длина кванта времени, отводимого процессу. Слишком малый квант времени приведет к частому переключению процессов и небольшой эффективности. Слишком большой квант времени может привести к медленному реагированию на короткие интерактивные запросы. «Значение кванта времени около 20-50 мс часто является разумным компромиссом [1].»
3 Перепланировка процессов
3.1 Перепланировка - это процесс выбора следующего запускаемого процесса и переключение на него. Перепланировка должна происходить только в строго определенные моменты времени. Пример выбора моментов перепланировки в ОС с относительным приоритетом и фиксированным квантом времени представлен в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Моменты перепланировки
№ п/п
Момент перепланировки
1
Завершение процессом своей работы (системные вызовы exit(), cancel() и др.).
2
Блокирование процесса на системном вызове (операции ВВ, семафоре, в ожидании сигнала и т.д.).
3
Добровольное блокирование процесса (системный вызов wait(), sleep() и др.).
4
Истечение кванта времени, отведенного процессу.
Этапы переключения между процессами представлены в таблице 3.2.
Таблица 3.2 – Этапы переключения между процессами
№ этапа
Описание этапа
Переключиться из режима пользователя в режим ядра (через прерывание).
Сохранить контекст текущего процесса.
Сохранить карту памяти (биты-признаки обращения к страницам памяти) текущего процесса.
Запустить планировщик для выбора нового процесса.
5
Загрузить контекст нового процесса.
6
Загрузить карту памяти нового процесса в блок управления памятью.
7
Запустить новый процесс.
4 Дескриптор и контекст процесса
4.1 Для обеспечения многозадачности в ОС используется таблица процессов (список), в которой находятся указатели на дескрипторы процессов. Дескрипторы содержат статическую информацию о процессе. Кроме этого в ОС также используется динамическая информация о текущем (работающем) процессе. Совокупность этой информации называется контекстом процесса. Примеры дескриптора и контекста процесса представлены в таблицах 4.1 и 4.2 соответственно.
Таблица 4.1 – Дескриптор процесса
Название поля
Описание
Диапазон допустимых значений
Идентификатор процесса
Число, однозначно идентифицирующее процесс в ОС. В системе не должно быть процессов с одинаковыми идентификаторами.
0 - 216
Оставшийся квант времени
Назначается ОС при создании процесса. С каждым прерыванием от таймера данное значение уменьшается на едини цу (у активного процесса).
0 - 255
Продолжение таблицы 4.1
Когда значение достигнет 0, процесс переносится в конец очереди готовых процессов.
Приоритет процесса
Условное значение, по которому планировщик определяет, какой процесс выбрать на обслуживание. От 0 до 4 – приоритеты, назначаемые ядром ОС для своих нужд. От 5 до 9 – приоритеты, назначаемые пользователем для своих нужд. 0 – самый высокий приоритет, 9 – самый низкий приоритет.
0 - 9
Базовый адрес контекста процесса
Содержимое регистра TR (содержит селектор дескриптора в GDT). Команда LTR загружает регистр TR. Кроме загрузки непосредственно селектора, процессор автоматически загружает базовый адрес, лимит и атрибуты из дескриптора, находящегося в GDT. Команда STR сохраняет содержимое регистра TR в РОН или ОЗУ.
Информация о ресурсах
Список, содержащий информацию об открытых файлах, программных каналах, именованных каналах, общих областях ОП и т.д.
Идентификатор родительского процесса
Для ускоренной работы системного вызова getppid().
Список идентификаторов процессов-потомков
Для ускоренной работы системного вызова wait().
Идентификатор пользователя
Для обеспечения многопользовательского режима.
Страницы: 1, 2
