- •Тема 1: Основные компоненты ос
- •1.1 Роль и задачи операционных систем
- •1.2 История развития операционных систем
- •1.3. Классификация современных операционных систем
- •1.4 Основные функции типовых ос
- •1.4.1. Управление процессами и потоками
- •1.4.2. Управление памятью
- •1.4.3. Управление вводом-выводом
- •1.4.4. Управление файлами и файловые системы
- •1.4.5. Сетевая поддержка
- •1.4.6. Безопасность данных
- •1.4.7. Интерфейс пользователя
- •1.4.8 Поддержка 64-битовых процессоров
- •1.5 Аппаратная инициализация компьютера
- •1.6.1 Два этапа загрузки
- •1.6.2 Загрузка и инициализация ядра
- •1.6.3 Загрузка компонентов системы
- •1.7 Загрузка Windows хр
- •1.8 Базовые понятия архитектуры операционных систем
- •1.8.1 Ядро системы и вспомогательные модули ос.
- •1.8.2 Привилегированный режим и режим пользователя
- •1.9 Реализация архитектуры операционных систем
- •1.9.1. Монолитные системы
- •1.9.2 Системы с микроядром
- •1.10 Операционная система и ее окружение
- •1.10.1 Взаимодействие ос и аппаратного обеспечения
- •1.10.2 Взаимодействие ос и выполняемой программы
- •Тема 2: Управление процессами и потоками
- •2.1. Базовые понятия процессов и потоков
- •2.1.1. Процессы и потоки в современных ос
- •2.1.2. Модели процессов и потоков
- •2.1.3. Составные элементы процессов и потоков
- •2.2. Многопотоковость и ее реализация
- •2.2.1. Понятие параллелизма
- •2.2.2. Виды параллелизма
- •2.2.3. Преимущества и недостатки многопотоковости
- •2.2.4 Состояния процессов и потоков
- •Тема 3 Прерывания. Методы и реализация
- •3.1 Прерывания. Назначение и типы.
- •3.2 Механизм прерываний
- •3.3 Обработка прерываний
Тема 2: Управление процессами и потоками
План лекции: 2.1 Базовые понятия процессов и потоков
2.2 Многопотоковость и её реализация
2.1. Базовые понятия процессов и потоков
2.1.1. Процессы и потоки в современных ос
В современной операционной системе одновременно выполняются код ядра (что принадлежит к его разным подсистемам) и код программ пользователя. При этом происходят разные действия: одни программы и подсистемы выполняют инструкции процессора, другие занятые вводом-выводом, еще некоторые ожидают запросы от пользователя или других приложений. Для упрощения управления этими действиями в системе целесообразно выделить набор элементарных активных элементов и определить интерфейс взаимодействия ОС с этими элементами. Если активный элемент системы связать с программой, которая выполняется, мы придем к понятию процесса.
Дадим предыдущее определение процесса.
Под процессом понимают абстракцию ОС, которая объединяет все необходимое для выполнение одной программы в определенный момент времени.
Программа - это некоторая последовательность машинных команд, которая сохраняется на диске, в случае необходимости загружается в память и выполняется.
Можно сказать, что во время выполнения программу представляет процесс.
Однозначное соответствие между программой и процессом устанавливается только в конкретный момент времени:
-один процесс в разное время может выполнять код нескольких программ,
-код одной программы могут выполнять несколько процессов одновременно.
Для успешного выполнения программы нужны определенные ресурсы. К ним принадлежат:
-ресурсы, необходимые для последовательного выполнения программного кода (прежде всего процессорное время);
-ресурсы, которые дают возможность сохранять информацию, которая обеспечивает выполнение программного кода (регистры процессора, оперативная память и т.п.).
Эти группы ресурсов определяют две составные части процесса:
-последовательность выполняемых команд процессора;
-набор адресов памяти (адресное пространство), в котором расположенные эти команды и данные для них.
Выделение этих частей оправдано еще и тем, что в рамках одного адресного просторную может быть несколько параллельно выполняемых последовательностей команд, которые совместно используют одни и те же самые данные. Необходимость размежевания последовательности команд и адресного пространства подводит к понятию потока.
Потоком ( іhгеаd) называют набор последовательно выполняемых команд процессора, которые используют общее адресное пространство процесса.
Поскольку в системе может одновременно быть много потоков, задача ОС состоит в организации переключения процессора между ними и планирование их выполнения. В многопроцессорных системах код отдельных потоков может выполняться на отдельных процессорах.
Теперь можно дать еще одно определение процесса.
Процессом называют совокупность одного или нескольких потоков и защищенного адресного пространства, в котором эти потоки выполняются.
Защищенность адресного пространства процесса есть его важнейшей характеристикой. Код и данные одного процесса не могут быть прямо прочитанные или перезаписанные другим процессом; таким образом защищаются от многих программных ошибок и попыток несанкционированного доступа. Естественно, что недопустимым будет только прямой доступ (например, запись в память с помощью простой инструкции перенесения данных); обмен данными между процессами принципиально возможный, но для этого должны быть использованы специальные средства, которые называют средствами межпроцессорного взаимодействия. Такие средства более сложные чем прямой доступ и работают медленнее, но при этом обеспечивают защиту от случайных ошибок в случае доступа к данным.
В отличие от процессов потоки распоряжаются общей памятью. Данные потока не защищены от доступа к ним других потоков при условии, что все они выполняются в адресном пространстве одного процесса. Это предоставляет дополнительные возможности для разработки приложений, но усложняет программирование.
Защищенное адресное пространство процесса задает абстракцию выполнения кода на отдельной машине, а поток обеспечивает абстракцию последовательного выполнения команд на одном выделенном процессоре.
Адресное пространство процесса не всегда отвечает адресам оперативной памяти. Например, у него могут отображаться файлы или регистры контроллеров ввода-вывода, а потому запись по определенному адресу в этом пространстве приведет к записи в файл или к выполнению операции ввода-вывода. Такую технологию называют изображением в память (mamory mapping).