Контекст процесса. Уровни и слои контекста

Компоненты контекста процесса

Слои контекста

Ядро помещает контекстный слой, когда возникает прерывание или программа делает системный вызов.

Ядро выталкивает контекстный слой, когда происходит завершение обработки прерывания либо возврат в режим задачи, т.е. в состояние 1.

Переключение контекста

∙ процесс переходит в состояние сна;

∙ процесс делает системный вызов еxit и завершает работу;

∙ процесс переходит в режим задачи после обработки прерывания;

∙ процесс переходит в режим задачи после системного вызова.

Алгоритм переключения контекста:

1. принять решение о необходимости и допустимости переключения контекста;

2. сохранить контекст;

3. выбрать подходящий процесс;

4. восстановить его контекст.

Прерывания

6 уровней прерывания:

По получении сигнала прерывания ядро операционной системы сохраняет свой текущий контекст (застывший образ выполняемого процесса), устанавливает причину прерывания и обрабатывает прерывание. После того, как прерывание будет обработано ядром, прерванный контекст восстановится и работа продолжится так, как будто ничего не случилось.

Устройствам обычно приписываются приоритеты в соответствии с очередностью обработки прерываний. В процессе обработки прерываний ядро учитывает их приоритеты и блокирует обслуживание прерывания с низким приоритетом на время обработки прерывания с более высоким приоритетом.

Обработка прерываний:

Системный вызов

Системный вызов можно рассматривать как внутреннее прерывание операционной системы.

Алгоритм системного вызова:

1. найти запись в таблице системных функций;

2. определить число параметров и скопировать их из адресного пространства задачи;

3. сохранение контекста;

4. запуск системного вызова;

5. номер ошибки записывается в регистр общего назначения;

6. возврат

Планирование процессов

Алгоритмы планирования

1) First Come, First Served (первым пришел, первым обслужен)

Очередь FIFO (First In, First Out (первым вошел, первым вышел)).

Такой алгоритм выбора процесса осуществляет невытесняющее планирование. Процесс, получивший в свое распоряжение процессор, занимает его до истечения своего текущего CPU burst. После этого для выполнения выбирается новый процесс из начала очереди.

Недостатки:

- если процесс с длительным CPU burst, то короткие процессы, перешедшие в состояние «готовность» после длительного процесса, будут очень долго ждать начала своего выполнения

- алгоритм FCFS практически неприменим для систем разделения времени

- слишком большое среднее время отклика в интерактивных процессах

2) Round Robin (RR)

(Round Robin – это вид детской карусели в США)

При выполнении процесса возможны два варианта:

• Время непрерывного использования процессора, требующееся процессу, (остаток текущего CPU burst) меньше или равно продолжительности кванта времени. Тогда процесс по своей воле освобождает процессор до истечения кванта времени, на исполнение выбирается новый процесс из начала очереди и таймер начинает отсчет кванта заново.

• Продолжительность остатка текущего CPU burst процесса больше, чем квант времени. Тогда по истечении этого кванта процесс прерывается таймером и помещается в конец очереди процессов готовых к исполнению, а процессор выделяется для использования процессу, находящемуся в ее начале.

Недостатки:

- при слишком малой величине кванта времени и, соответственно, слишком частом переключении контекста, накладные расходы на переключение резко снижают производительность системы

3) Shortest-Job-First (SJF)

(“кратчайшая работа первой” или Shortest Job First (SJF))

Квантование времени не применяется.

SJF алгоритм краткосрочного планирования может быть как вытесняющим, так и невытесняющим. При невытесняющем SJF планировании процессор предоставляется избранному процессу на все требующееся ему время, независимо от событий происходящих в вычислительной системе. При вытесняющем SJF планировании учитывается появление новых процессов в очереди готовых к исполнению (из числа вновь родившихся или разблокированных) во время работы выбранного процесса. Если CPU burst нового процесса меньше, чем остаток CPU burst у исполняющегося, то исполняющийся процесс вытесняется новым.