Skip to content

Latest commit

 

History

History
134 lines (121 loc) · 14.7 KB

sixth-28.10.20.md

File metadata and controls

134 lines (121 loc) · 14.7 KB
Raw

Лекция 6

В прошлой лекции мы познакомились с процессами в операционных системах.

Управление процессами

Состояния процесса

img

  • Изначальнго нам достаточно 2 состояний:
    • Исполняется - испольщует ресурсы cpu
      • Процесс завершит свое исполнение
      • Процесс вернется в режим ожидания (например из-за таймера или ему потребюовалась операция ввода - вывода)
    • Ожидает
      • Перейдет в состояние исполнения

Когда процесс родился он попадлает в состяоние ожидания Когда планировщик решит, что процессу нужно испольняться, он поставит его в режим исполнения.

  • Проблема: * Мы не понимаем почему процесс находится в процессе ожидания

Новая идея - испольщовать различные очереди для процесса кооторый будет находиться в ожидании и для процесса, который готов исполняться, но мы принудительно отправили его выжидать.

img

  • Новое состяние - готовность
  • Родившийся процесс попадет в состояние готовности, таким образом процесс не может начаться с операции ввода-вывода
  • Мы образуем очередь из процессов готовых к выполнению
  • Таким образом процесс в течении одной операции сможет успешно выполниться
  • У нас есть 3 пути:
    • Завершение процесса
    • Процесс ожидает
    • Процесс находится в состоянии готовности

Такая модель реализуется любой операционной системой

Как пошло дальнейшее развитие этих состояний ?

  • Рождение - это процесс, который продолжителен во времени(копирование кода, смена идентификаторов, exec() и так далее...).
    • Таким образом появляется новое состояние, которое называется рождением.
  • Завершение процесесса это точно так же достаточно длительный процесс в силу того, что он требует выполнения определенного количества операций(например если дочерний процесс завершается аварийно, то родитель должен получить сигнал от него и корректно завершить дочерний процесс, но родитель в этот момент может находиться в сосотоянии ожидания, что не позволить сделат это моментально)
    • Таким образом появляется состояние завершения

В linux готовность и исполнение не разделяется между собой(состояние running - то есть готов или исполняется)

Ожидание в linux делится на 2 варианта

img

  • Ожидание не прерываемое
    • Например, когда нам нужно дождаться операции ввода - вывода
  • Ожидание прерываемое
    • Например есть процесс веб сервер, он ожидает события,

Так же в linux реализован отдельный способ завершения процесса - процесс зомби

  • Например родительский процесс должен считать сигнал SIGCHLD, который отправил ребенок, но родительский процесс находится в состоянии неприрываемого ожидания. Таким образом проходит какое-то время, и родтельский процесс не выходит из этого ожидания. Поэтому дочерний процесс остался и без родителся и не усыновился, потому что уже уничтожился. Таким образом этот процесс становится процессом зомби до тех пор, пока не перезагрузится операционная система.

В Linux выделяется отдельное состояние, называемое исключительной ситуацией. Exception.

img

Таким образом, процесс можно поставить в состояние исключительной ситуации. В этом состоянии можно использовать разные алгоритмы по разрешению исключительных ситуаций. Если процесс не пытается исправиться, мы его завершаем

В Linux есть состояние остановлен.

img

  • Процесс может вызвать некое негодавание со стороны системного администраора. Пример, процесс начинает нерационально потреблять память. (У нас есть процесс с СУБД, у нас возникла блокировка, начинает расти очередь, память для очерди нарастает, память закончится и мы перейдем к свопингу. ). В такой ситуации мы погружаем процесс в искуственную кому состояние остановки.
  • Такой процесс получается за счет принятия сигнала SIGSTOP
  • Такой процесс не реагирует не на что кроме сигнала SIGCONTINUE
  • Это состояние очень похоже на состояние исключительной ситуации.

Новая тема - задача планирования

А что мы понимаем под планированием ?

Распределение времени процессоров между выполняющиммися заданиями или процессами одного или несолкьких пользователй Причем это процессорное время должно удовлетворять нескольким критериями:

  • Скорость выполнения
  • Время отклика

Планирование процессов сводится к дисциплине обслуживания некоторой очереди.

  • У нас есть ядро
  • У нас есть очередь
    • Возникают алгоритмы как из этой очереди выбирать процессы

В процессе эволюции все усложняется, очередей становится большей, и у нас появляется задача эффективно этими очередями управлять.

Есть набор процессов, которым мы должны предоставить ресурс, мы должны составить очередь из этих процессов. Время каждого из этих процессов - это разная величина. Система открытая, могут произойти события, которые поменяют конфигурацию системы, таким образом в момент планирования мы выстроили некий план, который выстроился от данных, которые были даны в начале составления плана. Но этот плане может быть некорректен относительно состояния конфигурации системы на данный момент. Таким образом, чем длиннее наш план в процессе составления, тем больше вероятность, что в процессе реализации этого плана что-то произойдет и это приведет к тому, что этот план будет не оптимальным или даже не исполнимым.
  • Таким образом есть несколько вариантов по уменьшению этой вероятности:
    • Как только мы выполним одно действие, сразу же прерываться, смотреть на состояния других процессов и менять их местами в очереди.
      • Такой подход говорит о том, что у нас короткий горизонт планирования
        • Плюсы:
          • Мы очень точно можем контролировать состяние операционной системы
        • Минусы:
          • Принятие решения - это тоже трата ресурсов, таким образом эта стратегия достаточно затратна по времени процессора.
    • Один раз произвести планирование и составить очередь, по которой процессы будут исполняться последовательно.
      • Плюсы
        • Не сильно затратно по процессорному времени
      • Минусы
        • Есть вероятность, что наш план не будет оптимальным в процессе выполнения процессов.

В разным операционных системах используются разные методы планирования

  • Долгосрочное планирование
    • Оно находится между рождением и готовностью
    • Это принятие рещение о том, что этот процесс должен родиться
    • Тут используются алгоритмы, которые оценивают операционную систему на наличие ресурсов
  • Среднесрочное планирование
    • Оно находится между переходами в ожидание в оперативной памяти
    • Ресурс оперативной памяти, подойдя к концу может привести к остановке всей системе
      • У нас есть процесс, который пошел в ожидание
      • Он находится в этом состоянии давно и не скоро получит сигнал
      • Мы можем скинуть страницы этого процесса в подчкачку
      • Таким образом мы улучшим состояние нашей системы глобально
  • Коротко-срочное планирование
    • Оно находится между состояниями готовности процесса и его исполнения
    • Например раз в 200 секунд осуществляем перепланирование
  • Так же есть выделение очередей ввода-вывода
    • Диски
    • Порты
    • Клавиатура
    • Мыши
    • И так далее...
    • Любое такое устройство получает свою очередь
    • Когда процесс попадает в состояние непрерываемого ожидания, он попадает в одну из очередей этих устройств.
    • То есть пока мы не повзаимодействуем с одним из устройств, процесс будет находиться в состоянии непрерываемого ожидания

Критерии планирования

  1. Критерий справедливости - гарантировать каждому процессу равную долю процессорного времени
  2. Критерий эффективности - максимально эффективно использовать ресурсы(противоречие с 1 критерием)
  3. Сокращение полного времени выполнения
    1. Мы хотим, чтобы полное время исполнения было минимальным
  4. Сокращение ожидания
  5. Сокращение времени отклика
    1. Важно для систем реального времени - то есть сделать так, чтобы выполнение задачи вошло в заданный промежуток времени
    2. Например, система звуко-аудио отклика)

Свойства планирования

  1. Предсказуемость
    1. Если мы многократно запустим на одних и тех же данных алгоритмы, результат должен быть +- одинаковым.
    2. Минимальные накладные расходы - минимальное использование ресурсов.
    3. Масштабируемость
      1. Система может быть на сервере
      2. Система может быть на смартфоне
      3. Таким образом мы хотим, чтобы алгоритм работал одинаково хорошо на разных системах.