2Завершение процессов
Процесс завершает свою работу, когда завершается выполнение его последней команды, и передает ОС запрос на удаление процесса с помощью соответствующего системного вызова (в ОС UNIX – exit). При этом процесс может вернуть результирующие данные своему отцу. ОС удаляет процесс и освобождает все его ресурсы, включая физическую и виртуальную память, открытые файлы, буферы ввода-вывода.
Возможны и другие причины завершения процесса. Процесс может быть принудительно завершен с помощью соответствующего системного вызова (abort). Кроме того, пользователь может прекратить выполнение любой своей задачи. Заметим, что родительский процесс должен знать идентификаторы своих сыновей.
Родительский процесс может прекратить выполнение своих сыновей по многим причинам, например:
запросы процесса-сына превышают возможности некоторых выделенных ему ресурсов;
задача, решаемая процессом-сыном, более не потребуется;
процесс-отец завершается, и ОС не разрешает сыну продолжаться после прекращения работы процесса-отца.
Чтобы выявить первую причину, процесс-отец должен иметь механизм проверки состояния своих сыновей.
Во многих операционных системах при завершении процесса-отца автоматически удаляются все порожденные ими процессы. Это носит название каскадного удаления процессов (cascading termination).
Контрольные вопросы
Что такое процесс? Чем отличается процесс от программы? Какие состояния процесса Вы знаете?
Изобразите диаграмму состояний процесса, поясните все возможные переходы из одного состояния в другое.
В чем состоит принципиальное отличие состояний «ожидание» и «готовность» ?
Какую информацию о процессе хранит операционная система в блоке управления процессами (дескрипторе процесса)?
Опишите схему обработки прерывания нижним уровнем операционной системы.
Что такое потоки (нити)? Чем они отличаются от обыкновенных процессов?
Укажите синонимы в следующих сочетаниях: А) процесс, поток; B) поток, нить; C) процесс, нить; D) программа, процесс
Потоки создаются с целью:
a. ускорения работы процесса
b. защиты областей памяти
c. улучшения межпроцессного взаимодействия
Как с точки зрения экономии ресурсов лучше распараллелить работу:
a. создать несколько процессов
b. создать несколько потоков
c. случаи a) и b) равнозначны, можно выбирать любой из них
Каких смен состояний не существует в системе:
a. выполнение → готовность
b. ожидание →выполнение
c. ожидание → готовность
d. готовность → ожидание
Планирование процессора
Планирование процессов. Очереди
Идея многозадачности относительно проста. Процесс выполняется до тех пор, пока не будет вынужден ожидать, обычно из-за выполнения некоторого запроса ввода-вывода. В простых компьютерных системах процессор в это время простаивает. Все это время ожидания является потерянным, так как не выполняется никакой полезной работы. С помощью многозадачности мы пытаемся продуктивно использовать это время. В то время как некоторый процесс ожидает окончания запроса, операционная система переключает процессор на выполнение другого процесса.
Основное назначение мультипрограммирования – параллельное выполнение нескольких процессов с целью максимального использования ресурсов. Назначение разделения времени – обеспечение настолько быстрого переключения CPU между процессами, чтобы пользователь, ведущий интерактивный диалог с программой, не заметил замедления. В каждой момент времени на однопроцессорной системе может выполниться только один процесс. Если имеется несколько процессов, то остальные должны ожидать освобождения CPU и могут быть перепланированы.
Распределение процессов между имеющимися ресурсами носит наименование планирования процессов. Планирование процессов должно обеспечивать эффективное использование всех ресурсов (то есть их максимальную загрузку). Планирование является важнейшей функцией ОС. Практически все ресурсы компьютера распределяются перед их использованием.
Одним из методов планирования процессов, ориентированных на эффективную загрузку ресурсов является метод очередей к ресурсам.
Когда процесс поступает в систему, он попадает во входную очередь или очередь заданий (job queue). Очередь заданий содержит информацию обо всех процессах системы. Она располагается во внешней памяти, и процессы ожидают в ней освобождения адресного пространства и основной памяти. Процессы, размещенные в оперативной памяти и готовые к выполнению, связаны с очередью готовых процессов (ready queue). Обычно эта очередь представляется в виде связного списка. Заголовок этой очереди содержит указатели на первый и последний блок управления процессами РСВ в списке. Каждый РСВ содержит указатель на следующий процесс в очереди. В этой очереди процессы ожидают освобождение центрального процессора.
В системе существуют и другие очереди. Например, если процесс прерывается для выполнения операции ввода, может случиться, что требуемый ресурс уже занят другим процессом. Список процессов, ожидающих освобождения соответствующего устройства, называется очередью к устройству (device queue). Каждому устройству соответствует собственная очередь. Общее представление о планировании очередей дает диаграмма очередей на рис.7.1.
Рисунок 7.12 - Диаграмма очередей
Прямоугольные блоки представляют очередь готовых процессов и множество очередей к устройствам. Овалы представляют ресурсы, обслуживаемые очередями, а стрелки – потоки процессов в системе.
Новый процесс сначала попадает в очередь готовых заданий. Здесь он ожидает до тех пор, пока не будет выбран для выполнения и подан на центральный процессор.
Если процессу распределен CPU и процесс выполняется, то может случиться одно из нескольких событий:
Процесс выработал запрос ввода-вывода и помещен в соответствующую очередь.
Процесс создал новый подпроцесс и ожидает его завершения.
Процесс насильственно прерван, и в результате возвращен в очередь готовых процессов.
В двух первых случаях процесс, в конце концов, перейдет из состояния ожидания в состояние «готовый» и попадет в очередь готовых процессов.
Такой цикл продолжается до тех пор, пока процесс не завершится, после чего он будет удален из всех очередей.