Преимущества многопоточности

Если операционная система поддерживает концепции потоков в рамках одного процесса, она называется многопоточной. Многопоточные приложения имеют ряд преимуществ.

• Улучшенная реакция приложения — любая программа, содержащая много не зависящих друг от друга действий, может быть перепроектирована так, чтобы каждое действие выполнялось в отдельном потоке. Например, пользователь многопоточного интерфейса не должен ждать завершения одной задачи, чтобы начать выполнение другой.
• Более эффективное использование мультипроцессирования — как правило, приложения, реализующие параллелизм через потоки, не должны учитывать число доступных процессоров. Производительность приложения равномерно увеличивается при наличии дополнительных процессоров. Численные алгоритмы и приложения с высокой степенью параллелизма, например перемножение матриц, могут выполняться намного быстрее.
• Улучшенная структура программы — некоторые программы более эффективно представляются в виде нескольких независимых или полуавтономных единиц, чем в виде единой монолитной программы. Многопоточные программы легче адаптировать к изменениям требований пользователя.
• Эффективное использование ресурсов системы — программы, использующие два или более процессов, которые имеют доступ к общим данным через разделяемую память, содержат более одного потока управления. При этом каждый процесс имеет полное адресное пространство и состояние в операционной системе. Стоимость создания и поддержания большого количества служебной информации делает каждый процесс более затратным, чем поток. Кроме того, разделение работы между процессами может потребовать от программиста значительных усилий, чтобы обеспечить связь между потоками в различных процессах или синхронизировать их действия.

Задачи

Как уже говорилось, СРВ — это программно-аппаратный комплекс, осуществляющий мониторинг какого-то объекта и/или управление им в условиях временнЫх ограничений. Возникающие на объекте события подлежат обработке в СРВ. Будем сопоставлять каждому типу события задачу.

ЗАДАЧА (TASK) — блок программного кода, ответственный за обработку тех или иных событий, возникающих на объекте управления.

Задача может быть «оформлена» в виде:

• Отдельного процесса
• Потока управления внутри процесса (нити, легковесного процесса)
• Обработчика прерывания/подпрограммы

РАБОТА ЗАДАЧИ (JOB) — процесс исполнения блока программного кода в ходе обработки события.

Каждая работа задачи характеризуется следующими временнЫми параметрами:

• r (Release Time) — момент времени, когда задача становится готовой к исполнению (например, процесс переходит в состояние готовности)
• d (Absolute Deadline) — абсолютный крайний срок, момент времени, к которому задача должна завершить очередную работу.
• s (Start Time) — момент времени, когда задача начала исполняться на процессоре
• с (Complition Time) — момент времени, когда задача закончила работу, обработав событие
• D (Relative Deadline) — относительный крайний срок. D = d — r
• e (Execution Time) — время исполнения задачи при выполнении ею очередной работы. e = c — s
• R (Response Time) — время отклика. R = c — r

Упомянутые параметры определяются следующим:

• Времена перехода задач в состояние готовности, по сути, определяются природой управляемого объекта.
• Крайние сроки определяет разработчик СРВ, исходя из свойств управляемого объекта.
• Времена исполнения задач определяются архитектурой процессора, его тактовой частотой и конкретной реализацией того или иного алгоритма.
• Для определения последней величины можно использовать 2 подхода.
• Первый заключается в подсчете количества тактов процессора, необходимых на выполнение той или иной задачи.
  Отметим, что такой подсчет чрезвычайно усложняется в случае, если процессор содержит механизмы типа конвейеров и всевозможных кэшей.
• Второй подход более прост и состоит в том, что времена исполнения непосредственно измеряются.
  Опять отметим, что в случае процессоров с конвейерами и кэшами такие измерения не дают гарантии, что будет измерено именно МАКСИМАЛЬНОЕ время исполнения того или иного кода (???). Наконец, системы, использующие механизмы подкачки страниц, также являются менее предсказуемыми и поэтому считается, что такого рода механизмы являются «врагами» систем реального времени. Недаром в различного рода стандартах, касающихся СРВ, предусмотрены средства блокировки страниц памяти.

116.

Приоритет процесса определяет, как часто данный процесс, по сравнению с другими процессами, стоящими в очереди на выполнение процессора, будет исполняться процессором.

Вы должны понять, что приоритет — понятие относительное. Ведь в данный момент в очереди на выполнение могут стоят двадцать процессов, а в следующий — два. Поэтому приоритет — это «плавающее» значение, которое определяет сама система в зависимости от текущей ситуации.

В Linux значение приоритета может быть равно числу в диапазоне сорока значений. Как же я туманно выразился. На самом деле, все зависит от версии ядра Linux. Значение приоритета может быть в диапазоне от -20 до 19 или от 0 до 39. В обоих случаях возможное значение ограничено сорока числами. В ядрах версии 2.6.х значение приоритета находится в диапазоне от 0 до 39.

Чем меньше число – тем выше приоритет процесса. То есть процесс с приоритетом 5 имеет больший приоритет, чем процесс с приоритетом 16.

Вы не можете непосредственно изменять приоритет процесса, это прерогатива операционной системы. Но Вы можете определить, на сколько больше или меньше процесс будет «нравиться» системе. Для этого следует использовать поле nice. То есть для изменения приоритета администратор должен изменять значение поля nice. Если значение nice равно нулю — значит, у программы приоритет не изменен. Если в поле nice записано отрицательное число – приоритет процесса увеличен, положительное — уменьшен.

117.

Доступ любой задачи к центральному процессу осуществляется через системные программы планировщика, диспетчера. Планирование это организация процессов в некоторую последовательность. Планировщик – программа ответственная за постановку процессов в очередь. Диспетчер – это программа, которая выбирает процесс из очереди, переводит его в активное состояние. Планирование диспетчеризации сокращенно называется планирование.

Планирование процессов включает в себя решение следующих основных задач:

1) Определение момента времени для смены определяемого процесса;

2) Вывод процесса на выполнения из очереди готовых процессов;

3) Переключение контекстов в процессы;

Первые две задачи решаются программными средствами, последняя – незначительной степени аппарата. Существует множество различных алгоритмов планирования процессов, рассмотрим подробнее две группы, наиболее чаще встречающихся алгоритмов:

1) Алгоритмы, основанные на квантование;

2) Алгоритмы, основанные на приоритетах.

В соответствие с алгоритмами основанные на квантование, смена активного процесса происходит если:

1) Исчерпан квант процессорного времени;

2) Процесс завершился и покинул систему;

3) Процесс перешел в состояние ожидания;

4) Произошла ошибка.

Процесс, который исчерпал свой квант, переводится в состояние готовность и ожидает, когда ему будет предоставлен новый квант процессорного времени. На дополнение в соответствие с определенными правилами выбирается новый процесс из очереди готовых, таким образом, не один процесс не занимает процессор на долго. Поэтому квантование широко используется в современной ОС.

Кванты, выделяемые процессом, могут быть одинаковыми для всех процессов или различными, могут быть фиксированным величины или изменятся в разные периоды жизни процесса. Процессы, которые не полностью использовали выделенный квант, могут получить компенсацию в виде привилегий.

По-разному могут организованными очереди процессов. На пример первый пришел первый обслужился(fee fo).

Идея мультипрограммирования связанна с наличием очередей, процессор – основной ресурс многопроцессной системы. Использования ресурса осуществляется с помощью различных механизмов распределения ресурсов.

118.

Функции ОС по управлению памятью

Под памятью (memory) здесь подразумевается оперативная память компьютера. В отличие от памяти жесткого диска, которую называют внешней памятью (storage), оперативной памяти для сохранения информации требуется постоянное электропитание.

Память является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления со стороны мультипрограммной операционной системы. Особая роль памяти объясняется тем, что процессор может выполнять инструкции протравы только в том случае, если они находятся в памяти. Память распределяется как между модулями прикладных программ, так и между модулями самой операционной системы.

В ранних ОС управление памятью сводилось просто к загрузке программы и ее данных из некоторого внешнего накопителя (перфоленты, магнитной ленты или магнитного диска) в память. С появлением мультипрограммирования перед ОС были поставлены новые задачи, связанные с распределением имеющейся памяти между несколькими одновременно выполняющимися программами.

Функциями ОС по управлению памятью в мультипрограммной системе являются:

§ отслеживание свободной и занятой памяти;

§ выделение памяти процессам и освобождение памяти по завершении процессов;

§ вытеснение кодов и данных процессов из оперативной памяти на диск (полное или частичное), когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место;

§ настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.

Помимо первоначального выделения памяти процессам при их создании ОС должна также заниматься динамическим распределением памяти, то есть выполнять запросы приложений на выделение им дополнительной памяти во время выполнения. После того как приложение перестает нуждаться в дополнительной памяти, оно может возвратить ее системе. Выделение памяти случайной длины в случайные моменты времени из общего пула памяти приводит к фрагментации и, вследствие этого, к неэффективному ее использованию. Дефрагментация памяти тоже является функцией операционной системы.

Во время работы операционной системы ей часто приходится создавать новые служебные информационные структуры, такие как описатели процессов и потоков, различные таблицы распределения ресурсов, буферы, используемые процессами для обмена данными, синхронизирующие объекты и т. п. Все эти системные объекты требуют памяти»» В некоторых ОС заранее (во время установки) резервируется некоторый фиксированный объем памяти для системных нужд. В других же ОС используется более гибкий подход, при котором память для системных целей выделяется динамически. В таком случае разные подсистемы ОС при создании своих таблиц, объектов, структур и т. п. обращаются к подсистеме управления памятью с запросами.

Защита памяти — это еще одна важная задача операционной системы, которая состоит в том, чтобы не позволить выполняемому процессу записывать или читать данные из памяти, назначенной другому процессу. Эта функция, как правило, реализуется программными модулями ОС в тесном взаимодействии с аппаратными средствами.

119.

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: