Умение грамотно использовать основные механизмы операционных систем при разработке программного обеспечения — одно из основных условий успешного развития современного технического специалиста в области компьютерных наук. Курс «Использование механизмов операционных систем в разработке программного обеспечения» поможет: • расширить знание в области компьютерных наук и в области ОС; • научится грамотно и обоснованно выбирать верные механизмы ОС при разработке программных средств; • овладеть навыками использования функций ОС в программном коде; • развить индивидуальные профессиональные способности по разработке современных программ.
Граф состояний нити
Loading...
来自 National Research Nuclear University MEPhI 的课程
Использование механизмов операционных систем в разработке программного обеспечения
2 个评分
National Research Nuclear University MEPhI
2 个评分
从本节课中
Ресурсы и потоки в операционной системе
В этом модуле будут рассмотрены основные моменты операционных систем, связанные с управлением ресурсами. Так же в этом модуле вы изучите понятие потока
与讲师见面
Котельников Андрей СергеевичАссистент
Кафедра компьютерных систем и технологий
Красникова Светлана АнатольевнаСтарший преподаватель
Отделение интеллектуальных кибернетических систем офиса образовательных программ
Атовмян Игорь ОгановичПрофессор
Отделение интеллектуальных кибернетических систем офиса образовательных программ
В Windows реализована вытесняющая многозадачность,
при которой операционная система не ждет,
когда нить сама захочет освободить процессор,
а принудительно снимает ее с выполнения после того,
как та израсходовала отведенный ей квант времени,
или если в очереди готовых
появилась нить с более высоким приоритетом.
При такой организации разделения процессора
ни одна нить не займет процессор на очень долгое время.
В операционной системе Windows нить
в ходе своего существования может иметь
одно из шести состояний, как представлено на рисунке.
Жизненный цикл нити начинается в момент,
когда программа создает новую нить.
Запрос передается команду на выполнение,
менеджер процессов выделяет память для объекта-нити
и обращается к ядру,
чтобы инициализировать объект ядра нитиь.
После инициализации нить проходит через следующие состояния.
Готовность. При поиске нити на выполнение
диспетчер просматривает только нити,
находящиеся в этом состоянии,
у которых есть все для выполнения,
но не хватает только процессора.
Первоочередная готовность. Для каждого процессора
системы выбирается одна нить,
которая будет выполняться следующей
(самая первая нить в очереди).
Когда условия позволяют, происходит переключение
на контекст этой нити.
Выполнение.
Как только происходит переключение контекстов,
нить переходит в состояние выполнения
и находится в нем до тех пор, пока
либо ядро не вытеснит ее из этого состояния,
когда появится более приоритетная нить,
или закончился квант времени, выделенный этой нити,
либо нить завершится вообще
по собственной инициативе перейдет в состояние ожидания.
Состояние ожидание.
Нить может входить в состояние ожидания
несколькими способами: нить по своей инициативе
ожидает некоторый объект
для того, чтобы синхронизировать свое выполнение;
операционная система (например,
подсистема ввода-вывода)
может ожидать в интересах нити;
подсистема окружения может непосредственно
заставить нить приостановить себя.
Когда ожидание нити подойдет к концу,
она возвращается в состояние готовности.
Переходное состояние.
Нить входит в переходное состояние,
если она готова к выполнению, но ресурсы,
которые ей нужны, заняты. Например, страница, содержащая
стек нити, может быть выгружена из оперативной памяти на диск.
При освобождении ресурсов
нить переходит в состояние готовности.
И последний этап — это завершение.
Когда выполнение нити закончилось,
она входит в состояние завершения.
Находясь в этом состоянии, нить может
быть либо удалена, либо не удалена.
Это зависит от алгоритма работы менеджера объектов,
в соответствии с которым он и решает,
когда удалять объект.
Если исполнительная подсистема Windows
имеет указатель на объект-нить,
то она может быть инициализирована
и использована снова.
Диспетчер ядра использует для определения
порядка выполнения нитей алгоритм,
основанный на приоритетах, в соответствии с которым
каждой нити присваивается число — приоритет.
И нити с более высоким приоритетом
выполняются раньше нитей с меньшим приоритетом.
В самом начале нить получает приоритет от процесса,
который создает ее.
В свою очередь, процесс получает приоритет
в тот момент, когда его создает подсистема
той или иной прикладной среды.
Значение базового приоритета присваивается
процессу системой по умолчанию
или системным администратором.
Нить наследует этот базовый приоритет
и может изменить его, немного увеличив или уменьшив.
На основании получившегося в результате приоритета,
называемого приоритетом планирования.
В ходе выполнения приоритет планирования может меняться.
Windows поддерживает 32 уровня приоритетов,
разделенных на два класса —
класс реального времени и класс переменных приоритетов.
Нити реального времени, приоритеты которых
находятся в диапазоне от 16 до 31,
являются более приоритетными процессами
и используются для выполнения задач, критичных ко времени.
Каждый раз, когда необходимо выбрать нить
для выполнения, диспетчер, прежде всего, просматривает
очередь готовых нитей реального времени
и обращается к другим нитям, только тогда
когда очередь нитей реального времени пуста.
Большинство нитей в системе попадают в класс
нитей с переменными приоритетами,
диапазон приоритетов которых от 0 до 15.
Этот класс имеет название "переменные приоритеты",
потому что диспетчер настраивает систему, выбирая
(понижая или повышая) приоритеты нитей этого класса.
Алгоритм планирования нитей в Windows
объединяет в себе две базовых концепции —
квантование и приоритеты.
Как и во всех других алгоритмах,
основанных на квантовании,
каждой нити назначается квант,
в течение которого она может выполняться.
Нить освобождает процессор, если блокируется,
уходя в состояние ожидания или завершается,
или исчерпан квант;
в очереди готовых появляется более приоритетная нить.
Использование динамических приоритетов, изменяющихся
во времени, позволяет реализовать адаптивное планирование,
при котором не дискриминируются интерактивные задачи,
часто выполняющие операции ввода-вывода
и недоиспользующие выделенные им кванты.
Если нить полностью исчерпала свой квант,
то ее приоритет понижается на некоторую величину.
В то же время приоритет нитей,
которые перешли в состояние ожидания,
не использовав полностью выделенный им квант, повышается.
Приоритет не изменяется, если нить
вытеснена более приоритетной нитью.
Для того чтобы обеспечить хорошее время реакции системы,
алгоритм планирования использует наряду
с квантованием концепцию абсолютных приоритетов.
В соответствии с этой концепцией при появлении
в очереди готовых нитей такой, у которой приоритет выше,
чем у выполняющейся в данный момент,
происходит смена активной нити на нить
с самым высоким приоритетом.
В многопроцессорных системах при диспетчеризации
и планировании нитей играет роль их процессорная совместимость:
после того, как ядро выбрало нить с наивысшим приоритетом,
оно проверяет, какой процессор может выполнить
данную нить и, если атрибут нити
"процессорная совместимость" не позволяет
нити выполняться ни на одном из свободных процессоров,
то выбирается следующая в порядке приоритетов нить.
