Управление вычислительным процессом

Организация вычислительного процесса

При изучении операционных систем необходимо определить следующие основные понятия: вычислительный процесс, ресурс, поток, прерывание, операционная система, операционная среда.

Вычислительный процесс

Под вычислительным процессомбудем понимать выполнение какой-либо программы с ее данными на процессоре. Вычислительный процесс требует задания исходных данных, их обработки, записи результатов обработки и, возможно, их последующего хранения.

Вычислительным процессом может являться выполнение прикладных программ пользователей, системных программ управления выполнением программ пользователей, программ системной обработки данных и т.д. синонимом термина «процесс» служит термин «задача».

Для того, что бы программа могла выполняться она должна храниться в системе. Местом хранения программы может быть оперативная память, дисковая память, внешние устройства памяти. Если программа хранится в оперативной памяти, она называется резидентной. Если программа записана во внешней памяти на системном магнитном диске ЭВМ и загружается в оперативную память только на время выполнения, то она называется диск-резидентной.

Ресурс

Под ресурсом будем понимать некоторую характеристику средства, которая требуется для выполнения вычислительного процесса. К таким средствам, в частности, относятся:

- процессор (для выполнения вычислительного процесса важен промежуток времени, в течение которого происходит обработка данных в процессоре, производительность которого является постоянной; это время называется процессорным временем; фактически, эта характеристика и принимается за ресурс),

- оперативная, и дисковая память ЭВМ (характеризуется объемом), необходимые для обработки данных;

- каналы ввода-вывода для считывания исходных данных и записи результатов обработки;

- каналы обмена данными при работе вычислительных средств в сети (характеристикой является единица средства, т.е. само средство или количество средств).

К ресурсам можно отнести и программные средства, файлы данных, сообщения и синхросигналы, которыми обмениваются различные вычислительные процессы. Таким образом, ресурсы могут быть вычислительными, сетевыми, программными и информационными.

Вычислительный процесс запрашивает ресурс у вычислительной системы. При одновременном выполнении нескольких вычислительных процессов один и тот же ресурс может быть затребован ими. Вместе с тем ресурс может быть разделяемым или неделимым.

Если ресурс не может принадлежать разным процессам он называется неделимым. Ресурс является разделяемым, когда разные процессы могут его использовать одновременно или попеременно.

Процессорное время делится попеременно. Существует большое количество способов разделения этого ресурса. Эту функцию выполняют специальные системные программы, называемые диспетчерами процессов или диспетчерами задач.

Оперативная память может быть разделена одновременно и попеременно. Одновременное выделение памяти нескольким процессам означает, что в памяти одновременно могут располагаться несколько процессов или фрагменты процессов, стоящие в очереди на выполнение. Попеременное выделение состоит в том, что в разные моменты времени оперативная память предоставляется поочередно разным процессам.

Внешняя память и доступ к ней являются разными видами ресурсов. Разные процессы одновременно часто имеют выделенные им области внешней памяти. Однако доступ для записи или считывания информации одновременно может быть выделен только одному из процессов. Поэтому доступ к внешней памяти предоставляется процессам попеременно.

Доступ к внешним устройствам может быть одновременным или попеременным в зависимости от типа устройства.

Под программным ресурсом обычно понимают системные программы, доступ к которым требуется определенным процессам.

Программные модули могут быть однократно и повторно используемые. Однократно используемые модули в процессе их выполнения допускают стирание части своих кодов и, поэтому, могут быть выделены только одному процессу. Таким образом, они являются неделимым ресурсом.

Повторно используемые модули планируемого стирания кодов не допускают и могут быть предоставлены различным процессам. Данные модули можно разделить на следующие типы: привилегированные, непривилегированные и реентерабельные программные модули.

Привилегированные программные модули не допускают своего прерывания и при их запуске выполняются до конца. После этого этот модуль может быть востребован другим процессом. Таким образом, модули данного типа могут быть отнесены к попеременно разделяемым ресурсам.

Непривилегированными программными модулямиявляются все обычные модули, выполнение которых может быть прервано системой. Однако, при этом, если не проводить специальных действий по сохранению информации, прерывание выполнение такого модуля влечет потерю полученных результатов вычислений. Поэтому модули этого типа должны принадлежать конкретному процессу и являются неразделяемым ресурсом.

Реентерабельные программные модули допускают прерывание своего исполнения и запуск этого модуля в интересах другого процесса. Информация при этом не теряется вследствие наличия в этих модулях специального механизма динамического выделения памяти. Этот механизм обеспечивает выделение дополнительных областей памяти для записи промежуточных результатов вычислений при каждом обращении к модулю из нового процесса. Количество таких обращений ограничено свободными объемами памяти. Таким образом, реентерабельные модули могут одновременно использоваться несколькими процессами и, в связи с этим, рассматриваться как одновременно используемый ресурс.

По порядку использования ресурсов организацию вычислительных процессов разделим на последовательную, одновременную и параллельную.

Вычислительная система обязана распределять и контролировать использование своих ресурсов.

При последовательномтипе организации процессов требуемые ресурсы в необходимом порядке выделяются сначала одному процессу, затем, по окончании первого, другому, затем следующему. В этих случаях освободившиеся ресурсы «простаивают» и не могут быть заняты следующим процессом, так он не является активным.

Параллельнаяорганизация вычислительных процессов подразумевает такую последовательность распределения ресурсов, при которой освободившийся ресурс может быть востребован другим процессом. При этом типе организации вычислительная система должна иметь несколько управляемых средств, характеризуемых определенным ресурсом. В частности, для организации параллельного режима распределения процессорного времени, объема и доступа к памяти и канала ввода-вывода система должна иметь процессор, контроллер доступа к блокам памяти, контроллер управления канала ввода-вывода.

Одновременныйтип вычислительного процесса требует несколько цепочек требуемых средств. В рамках одной цепочки процесс является последовательным. Одновременное использование такого ресурса как процессорное время требует использование многопроцессорных вычислительных систем

ЛЕКЦИЯ№2

Управление вычислительным процессом