Подсистема управления процессами

Одной из основных подсистем мультипрограммной ОС, непосредственно влияю­щей на функционирование вычислительной машины, является подсистема управ­ления процессами и потоками, которая занимается их созданием и уничтожени­ем, поддерживает взаимодействие между ними, а также распределяет процессор­ное время между несколькими одновременно существующими в системе процес­сами и потоками.

Подсистема управления процессами и потоками ответственна за обеспечение процессов необходимыми ресурсами.

• ОС поддерживает в памяти специальные ин­формационные структуры, в которые записывает, какие ресурсы выделены каж­дому процессу.
• ОС может назначить процессу ресурсы в единоличное пользо­вание или в совместное пользование с другими процессами.
• Некоторые из ресур­сов выделяются процессу при его создании, а некоторые — динамически по за­просам во время выполнения. Ресурсы могут быть приписаны процессу на все время его жизни или только на определенный период.
• При выполнении основных функций подсистема управления процессами взаимодействует с другими подсис­темами ОС, ответственными за управление ресурсами, такими как подсистема управления памятью, подсистема ввода-вывода, файловая система.
• Синхронизацияпотоков является одной из важных функций подсистемы управления процессами и потоками. Хотя потоки возникают и выполняются асинхронно, у них может возникнуть необходимость во взаимодействии, напри­мер при обмене данными. Согласование скоростей потоков также очень важно для предотвращения эффекта «гонок» (когда несколько потоков пытаются изме­нить один и тот же файл), взаимных блокировок или других коллизий, которые возникают при совместном использовании ресурсов.
• По завершении процесса подсистема управления процессами за­крывает все файлы, с которыми работал процесс, освобождает области опера­тивной памяти, отведенные под коды, данные и системные информационные структуры процесса. Выполняется коррекция всевозможных очередей ОС и спи­сков ресурсов, в которых имелись ссылки на завершаемый процесс.

Понятия «процесс» и «поток»

Единицы работы ОС

В настоящее время в большинстве ОС определены два типа единиц работы. Более крупная еди­ница работы, обычно носящая название процесса,или задачи, требует для своего выполнения нескольких более мелких работ, для обозначения которых исполь­зуют термины «поток», или «нить».

И с процессом, и с потоком связывается оп­ределенный программный код, который для этих целей оформляется в виде ис­полняемого модуля. Чтобы этот программный код мог быть выполнен, его необ­ходимо загрузить в оперативную память, возможно, выделить некоторое место на диске для хранения данных, предоставить доступ к устройствам ввода-выво­да, например к последовательному порту для получения данных по подключен­ному к этому порту модему, и т. д. В ходе выполнения программе может также понадобиться доступ к информационным ресурсам, например файлам, портам TCP/UPD. И, конечно же, невозможно выполнение программы без предоставления ей процессорного времени, то есть времени, в течение которого процессор выполняет коды данной программы.

В операционных системах, где существуют и процессы, и потоки, процесс рассматривается операционной системой как заявка на потребление всех видов ре­сурсов, кроме одного — процессорного времени.Этот последний важнейший ресурс распределяется операционной системой между другими единицами рабо­ты — потоками, которые и получили свое название благодаря тому, что они представляют собой последовательности (потоки выполнения) команд.

В простейшем случае процесс состоит из одного потока, в таких системах понятие «поток» полностью поглощается понятием «процесс», то есть остается только одна единица работы и потребления ресур­сов — процесс. Мультипрограммирование осуществляется в таких ОС на уровне процессов.

Для того чтобы процессы не могли вмешаться в распределение ресурсов, а также не могли повредить коды и данные друг друга, важнейшей задачей ОС является изоляция одного процесса от другого. Для этого ОС обеспечи­вает каждый процесс отдельным виртуальным адресным пространством, так что ни один процесс не может получить прямого доступа к командам и данным дру­гого процесса. (Виртуальное адресное пространство процесса — это совокупность адресов, которыми может манипулировать программный модуль процесса. ОС отображает вирту­альное адресное пространство процесса на отведенную процессу физическую память.)