38. Определение процесса и операции в иерархической операционной системе.

Под процессом понимается контейнер ресурсов, используемых потоками. Процесс включает: закрытое адресное пространство, в котором располагаются код, данные и стеки потоков; список открытых описателей ресурсов; контекст защиты; идентификатор процесса.

Поток команд исполняемой программы, или просто поток - сущность внутри процесса, получающая процессорное время. Поток характеризуется набором регистров (состоянием), идентификатором потока, стеками режимов ядра и пользователя.

Задача ОС состоит в том, чтобы организовать поддержку процессов, которая подразумевает, что каждый процесс получит все необходимые ему ресурсы (место в памяти, процессорное время и т.д.). Считается также, что независимые процессы не должны влиять друг на друга, а процессы, которым необходимо обмениваться информацией, должны иметь возможность сделать это путем межпроцессного взаимодействия.

39. Отношения предшествования между процессами и развитие процесса в системе.

Состояние системы определяется действиями производимыми процессами, которые могут затребовать захватить и освободить ресурсы. При минимальном аппаратном параллелизме часто полезно рассматривать процессы как протекающие параллельно. Тогда типы отношения предшествования, которые могут возникнуть между процессами, можно представить следующим образом:

Отношения предшествования обозначаются направленной дугой графа. Каждая дуга представляет трассу развития по времени наборов процессов и связано описывает отношение представления процесса. Эти графы обычно называют- графы развития процессов.

Пусть S(a;b) означает последовательную связь процессов a и b, а P(a;b) параллельную связь процессов a и b. Тогда граф развития процесса является правильно вложенным, если он может быть описан средствами S , P или только композицией этих функций. Тогда первые три графа могут быть описаны так:

S (P1, S (P2, S (P3, P4)))-последовательный

P (P1, P (P2, P (P3, P4)))-параллельный

S(P1 , S(P(P2,P(S,(P3,P(P4,P5))P6))P7,P8)))

Общий граф предшествования не является правильно вложенным, так как любое описание сделанное с помощью функциональной композиции должно включать на самом внутреннем уровне выражение в виде S(P_i, P_j) P(P_i,P_j) P_ij = {P_k / n=1,2,3…8}. Связь P не может появиться, так как этот граф не содержит не одного подграфа в этой форме. Все последовательно связанные p_i p_j имеют ещё один процесс P_k который начинается или заканчивается между P_i и P_j но становится недоступным для дальнейшего использования если появляется связь от P_i к P_j, так как тогда связь процесса P_k не может быть описана. Таким образом, S(P_i,P_j) не может быть использована и описание правильно вложенного графа не возможно.

40. Понятие критической области.

Когда несколько процессов могут асинхронно изменять содержимое общей области данных, необходимо защитить данные от одновременного изменения двумя и более процессами. Рассмотрим два процесса P1 и P2 работающих на центральных процессорах C1 и C2. Эти процессы увеличивают значение переменной X, которая представляет число единиц ресурса. Если P1 выполняется на C1, а P2 выполняется на C2, то может возникнуть одна из следующих последовательностей:

3. P1:R1:=x; R1:=R1+1; x:=R1; ….

P2:… R2:=x; R2:=P2+1; x:=R2;

t0 → time

4. P1:R1=x; R1:=R1+1; x:=R1;…

P2:… R2:=x; R2:=R2+1; x:=R2;

Пусть х содержит значение V в момент времени t₀. В момент t_k переменная содержала бы V+1 , если бы выполнение шло на процессорах С1 и С2 выполнялось бы по 1) и переменная х содержала бы V+2 , если выполнялось по 2). Оба значение могут быть реализованы, если Р1 и Р2 разделены во времени. При этом должно учитываться каждое приращение х. Решение заключается в x:=x+1 только одному процессу. Если имеется несколько последовательных процессов, которые могут связываться друг с другом через общую память для хранения данных, то каждая программа, выполняемая процессорами, содержит критическую область, в которой организован доступ к общим данным. Проблема заключается в том, чтобы запрограммировать процессы так, чтобы в любой момент только один из процессов находился в своей критической области. Если процесс P входит в свою критическую область (CS) то никакой другой процесс не может сделать, то же самое до тех пор, пока P не покинет свою CS. Следует иметь в виду, что в любом случае должны выполняться следующие предположения:

4. Считывание из общей памяти и запись в неё есть неделимая операция.

5. Критические области не могут иметь связанных с ними приоритетов.

6. Программа может останавливаться и вне своей критической области.

Схема работы с критической областью может быть представлена следующим образом:

Основной целью является взаимное исключение. Одновременно должны быть устранены два возможных типа блокировки:

3. Процесс нормально работающий вне своей CS не может блокировать другой процесс при вхождении другого процесса в свою CS.

4. Два процесса, готовые войти в свои критические области не могут откладывать неопределённо долго решение о том какой из них действительно войдёт в CS первым, используя принцип «сверхвежливости».