Материал: Лекции_ОС

Скачать

Заказать новую работу

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

2.2.4 Реализация потоков в пространстве пользователя, ядра и смешанное

 

А - потоки в пространстве пользователя

B - потоки в пространстве ядра

В случае А ядро о потоках ничего не знает. Каждому процессу необходима таблица потоков, аналогичная таблице процессов.

Преимущества случая А:

  • Такую многопоточность можно реализовать на ядре не поддерживающим многопоточность

  • Более быстрое переключение, создание и завершение потоков

  • Процесс может иметь собственный алгоритм планирования.

Недостатки случая А:

  • Отсутствие прерывания по таймеру внутри одного процесса

  • При использовании блокирующего (процесс переводится в режим ожидания, например: чтение с клавиатуры, а данные не поступают) системного запроса все остальные потоки блокируются.

  • Сложность реализации

Мультиплексирование потоков пользователя в потоках ядра

Поток ядра может содержать несколько несколько потоков пользователя.

 

2.2.5 Особенности реализации Windows

Используется четыре понятия:

  • Задание - набор процессов с общими квотами и лимитами

  • Процесс - контейнер ресурсов (память ...), содержит как минимум один поток.

  • Поток - именно исполняемая часть, планируемая ядром.

  • Волокно - облегченный поток, управляемый полностью в пространстве пользователя. Один поток может содержать несколько волокон.

Потоки работают в режиме пользователя, но при системных вызовах переключаются в режим ядра. Из-за переключения в режим ядра и обратно, очень замедляется работа системы. Поэтому было введено понятие волокна. У каждого потока может быть несколько волокон.

 

Лекция 3

Взаимодействие между процессами.

3.1 Взаимодействие между процессами

Ситуации, когда приходится процессам взаимодействовать:

  • Передача информации от одного процесса другому

  • Контроль над деятельностью процессов (например: когда они борются за один ресурс)

  • Согласование действий процессов (например: когда один процесс поставляет данные, а другой их выводит на печать. Если согласованности не будет, то второй процесс может начать печать раньше, чем поступят данные).

Два вторых случая относятся и к потокам. В первом случае у потоков нет проблем, т.к. они используют общее адресное пространство.

 

3.1.1 Передача информации от одного процесса другому

Передача может осуществляться несколькими способами:

  • Разделяемая память

  • Каналы (трубы), это псевдофайл, в который один процесс пишет, а другой читает.

  • Сокеты - поддерживаемый ядром механизм, скрывающий особенности среды и позволяющий единообразно взаимодействовать процессам, как на одном компьютере, так и в сети.

  • Почтовые ящики (только в Windows), однонаправленные, возможность широковещательной рассылки.

  • Вызов удаленной процедуры, процесс А может вызвать процедуру в процессе В,  и получить обратно данные.  

 

Схема для канала

 

 

Схема для сокетов

 

3.1.2 Состояние состязания

Состояние состязания - ситуация когда несколько процессов считывают или записывают данные (в память или файл) одновременно.

Рассмотрим пример, когда два процесса пытаются распечатать файл. Для этого им нужно поместить имя файла в спулер печати, в свободный сегмент.

in - переменная указывающая на следующий свободный сегмент

out - переменная указывающая на следующее имя файла для печати

 

Пример состязания

Распишем события по пунктам.

Процесс А считывает переменную in (равную 7), и сохраняет ее в своей переменной next_free_slot.

Происходит прерывание по таймеру, и процессор переключается на процесс В.

Процесс В считывает переменную in  (равную 7), и сохраняет ее в своей переменной next_free_slot.

Процесс В сохраняет имя файла в сегменте 7.

Процесс В увеличивает переменную next_free_slot на единицу (next_free_slot+1), и заменяет значение in на 8.

Управление переходит процессу А, и продолжает с того места на котором остановился.

Процесс А сохраняет имя файла в сегменте 7, затирая имя файла процесса В.

Процесс А увеличивает переменную next_free_slot на единицу (next_free_slot+1), и заменяет значение in на 8.

Как видно из этой ситуации, файл процесса В не будет напечатан.

 

3.1.3 Критические области

Критическая область - часть программы, в которой есть обращение к совместно используемым данным.

Условия избегания состязания и эффективной работы процессов:

  1. Два процесса не должны одновременно находиться в критических областях.

  2. Процесс, находящийся вне критической области, не может блокировать другие процессы.

  3. Невозможна ситуация,  когда процесс вечно ждет (зависает) попадания в критическую область.

Пример:

Взаимное исключение с использованием критических областей

 

3.1.4 Взаимное исключение с активным ожиданием

Рассмотрим методы взаимного исключения

Запрещение прерываний

Заключается в запрещении всех прерываний при входе процесса в критическую область.

Недостаток этого метода в том, что если произойдет сбой процесса, то он не сможет снять запрет на прерывания.

Переменные блокировки

Вводится понятие переменной блокировки, т.е. если значение этой переменной равно, например 1, то ресурс занят другим процессом, и второй процесс переходит в режим ожидания (блокируется) до тех пор, пока переменная не примет значение 0.

метод блокирующих переменных

Проблема, как и с процессом печати, после того как первый процесс считает 0, второй может занять процессор и тоже считать 0. Заблокированный процесс находится в режиме активного ожидания, постоянно проверяя, не изменилась ли переменная блокировки.

Строгое чередование

В этой модели, процессы могут выполняться строго по очереди, используя переменную.

Строгое чередование

 

Недостатки метода:

  • Заблокированный процесс постоянно находится в цикле, проверяя, не изменилась ли переменная.

  • Противоречит третьему условию, когда процесс, находящийся вне критической области, может блокировать другие процессы.

Существуют еще алгоритмы с активным ожиданием (алгоритм Петерсона, команда TSL), но у всех них есть общий недостаток - расходуется бесцельно время процессора на циклы проверки изменения переменной.

 

3.1.5 Примитивы взаимодействия процессов

Вводится понятия двух примитивов.

sleep - системный запрос, в результате которого вызывающий процесс блокируется, пока его не запустит другой процесс.

wakeup - системный запрос, в результате которого блокированный процесс будет запущен.

 

Применение примитивов

 

Основное преимущество - это отсутствие активного ожидания..

Проблема заключается в следующем, если спулер пуст, то wakeup срабатывает в пустую.

 

Проблема переполненного буфера (проблема производителя и потребителя)

Рассмотрим два процесса, которые совместно используют буфер ограниченного размера, один процесс пишет в буфер, другой считывает данные.

Чтобы первый процесс не писал, когда буфер полный, а второй не считывал, когда он пуст, вводится переменная count для подсчета количества элементов в буфере.

Проблема переполненного буфера

 

В этой ситуации оба процесса могут попасть в состояние ожидания, если пропадет сигнал активации.

Алгоритм такой ситуации:

Процесс В, считал count=0 (заблокироваться он еще не успел)

Планировщик передал управление процессу А

Процесс А, выполнил все вплоть до wakeup, пытаясь разблокировать процесс В (но он не заблокирован, wakeup срабатывает впустую)

Планировщик передал управление процессу В

И он заблокировался, и больше сигнала на разблокировку не получит

Процесс А в конце концов заполнит буфер и заблокируется, но сигнала на разблокировку не получит.

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/284616

Смотрите также:

2014 biblioonline ru