1

Procesy Opis i

zarządzanie

Opracowanie wykładu: Zbigniew Sołtys na podst. Systemy Operacyjne - W.

Stallings

Niewiedza nie jest prostym brakiem wiedzy,
lecz postawą, postawą odmowy,
jest niezgodą na przyjęcie wiedzy.

2

Wymagania w stosunku

do systemu

operacyjnego

•

Wykonywanie wielu procesów w
celu pełnego wykorzystania czasu
procesora przy zapewnieniu
krótkiego czasu odpowiedzi.

•

Przydzielanie zasobów procesom

•

Wspieranie komunikacji pomiędzy
procesami i tworzenia procesów
przez użytkowników.

3

Zarządzanie

wykonywaniem aplikacji

•

Zasoby są dostępne dla wielu
aplikacji

•

Procesor jest przełączany
pomiędzy wiele aplikacji

•

Procesor i urządzenia I/O mogą
dzięki temu być
wykorzystywane optymalnie

4

Proces

•

Jest to program w stadium

wykonywania

•

Instancja programu uruchomionego

na komputerze

•

Instancja ta jest przypisana do

procesora i wykonywana z jego

użyciem

•

Zadanie charakteryzujące się

wykonywaniem sekwencji poleceń,

aktualnym stanem i przypisanym

zbiorem instrukcji systemowych.

5

Elementy Procesu

•

Identyfikator

•

Stan

•

Priorytet

•

Licznik programowy

•

Wskaźniki do pamięci

•

Dane kontekstowe

•

Informacja o stanie I/O

•

Informacje rozliczeniowe

(accounting)

6

Blok kontrolny Procesu

•

Zawiera informacje o procesie

•

Jest tworzony i zarządzany
przez system

•

Pozwala obsługiwać wiele
procesów w systemie

7

Process Control Block

8

Śledzenie wykonywania

procesu (trace)

•

Sekwencja instrukcji
wykonywanych w ramach
procesu

•

Zarządca przełącza procesor
pomiędzy procesami

9

Example Execution

10

Trace of Processes

11

12

Dwustanowy model

Procesu

•

Proces może być w jednym ze
stanów

Wykonywany
Nie wykonywany

13

Proces nie wykonywany

– w kolejce

14

Tworzenie procesu

- okoliczności

15

Kończenie procesu

16

Kończenie procesu

17

Procesy

•

Nie wykonywane

–

Gotowe do wykonania

•

Zablokowane

–

Oczekujące na I/O

•

Zarządca nie może wybierać
procesów z kolejki według
długości czasu oczekiwania
ponieważ niektóre procesy mogą
być zablokowane.

18

Pięciostanowy Model

Procesu

•

Running - wykonywany

•

Ready – gotowy do wykonania

•

Blocked - zablokowany

•

New – nowo utworzony

•

Exit – zakończenie procesu

19

Pięciostanowy Model

Procesu

20

Stany Procesu

21

Dwie kolejki

22

Wiele kolejek

zablokowanych

procesów

23

Procesy zawieszone

•

Procesor jest szybszy niż I/O może się

więc zdarzyć że wszystkie procesy

będą oczekiwać na I/O

•

Wymiata się te procesy na dysk w

celu uwolnienia pamięci (i

załadowania nowych procesów)

•

Stan zablokowany ma miejsce gdy

zawieszony proces jest wymiatany

•

Nowe stany procesu to

–

Zablokowany/zawieszony

–

Gotowy/zawieszony

24

Pojedynczy stan

zawieszenia

25

Podwójny stan

zawieszenia

26

Powody zawieszenia

27

Procesy i zasoby

28

Struktury kontrolne

systemu operacyjnego

•

Aktualna informacja o bieżącym
stanie każdego procesu i
zasobów

•

Tabele utrzymywane dla
każdego uruchomionego
procesu

29

Tablice pamięci

•

Służą alokacji głównej pamięci
dla procesów

•

Służą alokacji pomocniczej
pamięci dla procesów

•

Zawierają atrybuty pozwalające
udostępniać pamięć

•

Zawierają informacje potrzebne
do zarządzania pamięcią
wirtualną

30

Tablice I/O

•

Informacje czy I/O jest dostępne
czy też przypisane do procesu

•

Status operacji I/O

•

Lokalizacja w pamięci głównej
używanej jako zasób w
operacjach transferu do lub z
I/O

31

Tablice plików

•

Istnienie plików

•

Lokalizacja w pamięci
pomocniczej

•

Aktualny stan

•

Atrybuty

•

Te informacje są zazwyczaj
zarządzane przez podsystem
obsługi plików

32

Tablice procesów

•

Lokalizacja procesu

•

Attributes bloku kontrolnego
procesu

–

Program

–

Dane

–

Stos

33

Process Image

34

35

Blok kontrolny procesu

•

Identyfikacja procesu

–

Identyfikatory

•

W bloku kontrolnym procesu są:

–

Identyfikator procesu

–

Identyfikator przodka procesu (parent
process)

–

Identyfikator użytkownika – właściciela
procesu

36

Blok kontrolny procesu

•

Informacja o stanie procesu

–

Rejestry dostępne przez
użytkownika

•

Są to rejestry dostępne z poziomu
języka maszynowego podczas
wykonywania procesu w trybie
użytkownika

•

Zazwyczaj jest od 8 do 32 takich
rejestrów, niektóre rozwiązania RISC
mogą posiadać ponad 100 rejestrów.

37

Blok kontrolny procesu

•

Informacje o stanie procesora

–

Rejestry kontroli i stanu

Jest to zbiór rejestrów procesora
wykorzystywanych do kontroli operacji na
procesorze . Są to:

•

Licznik programowy: Zawiera adres
następnej instrukcji do wykonania

•

Kody stanu: Wynik ostatniej operacji
arytmetycznej lub logicznej (np. znak, zero,
równy, przepełnienie)

•

Informacja o stanie: Stan obsługi przerwań
aktywny/pasywny, flagi, tryb wykonywania

38

Blok kontrolny procesu

•

Informacje o stanie procesora

–

Wskaźniki stosu

•

Każdy proces posiada przypisany do
niego jeden lub więcej last-in-first-out
(LIFO) stos systemowy. Stos jest
używany do przechowywania
parametrów i adresów odwołań dla
procedur i wywołań systemowych.
Wskaźnik stosu wskazuje na adres
wierzchołka.

39

Blok kontrolny procesu

•

Informacje kontrolne o procesie

–

Informacje o stanie i szeregowaniu

Potrzebne do realizacji szeregowania przez system

operacyjny. Są to:

•

Stan procesu: określa gotowość procesu do

szeregowania w celu wykonania (np. uruchomiony,

gotowy, oczekujący, zatrzymany).

•

Priorytet: Jedno lub więcej pól określających priorytet

procesu. W niektórych systemach potrzebne jest kilka

wartości (np. domyślna, aktualna, maksymalna

dopuszczalna)

•

Informacje związane z szeregowaniem: Zależą od

użytego algorytmu szeregowania. Np. czas oczekiwania

procesu, czas wykorzystany procesora, ostatni czas

dostępu.

•

Wydarzenie: Informacja o wydarzeniu na które oczekuje

proces w stanie zawieszenia

40

Blok kontrolny procesu

•

Informacje kontrolne o procesie

–

Struktura danych

•

Procesy mogą być powiązane z innymi
procesami poprzez kolejki, pętle lub
inne struktury. Np.. Wszystkie procesy
oczekujące o tym samym priorytecie
mogą być powiązane w kolejkę. Procesy
mogą również wskazywać na relacje
potomek – przodek z innymi procesami.
W bloku kontrolnym mogą znajdować
się wskaźniki do tych procesów.

41

Blok kontrolny procesu

•

Informacje kontrolne o procesie

–

Komunikacja pomiędzy procesami

•

Flagi, sygnały i wiadomości mogą być

związane z komunikacją pomiędzy dwoma

niezależnymi procesami. Niektóre z tych

informacji są przechowywane w bloku

kontrolnym procesu.

•

Uprawnienia procesów

Procesy mają uprawnienia w znaczeniu –

pamięć która może być użyta, typy

instrukcji które mogą być wykonane, a

także zasoby i usługi systemowe które

mogą być użyte .

42

Blok kontrolny procesu

•

Informacje kontrolne o procesie

–

Zarządzanie pamięcią

•

This section may include pointers to

segment and/or page tables that describe

the virtual memory assigned to this

process.

–

Resource Ownership and Utilization

•

Resources controlled by the process may

be indicated, such as opened files. A

history of utilization of the processor or

other resources may also be included; this

information may be needed by the

scheduler.

43

Processor State

Information

•

Contents of processor registers

–

User-visible registers

–

Control and status registers

–

Stack pointers

•

Program status word (PSW)

–

contains status information

–

Example: the EFLAGS register on
Pentium machines

44

Pentium II EFLAGS

Register

45

Modes of Execution

•

User mode

–

Less-privileged mode

–

User programs typically execute
in this mode

•

System mode, control mode, or
kernel mode

–

More-privileged mode

–

Kernel of the operating system

46

Process Creation

•

Assign a unique process identifier

•

Allocate space for the process

•

Initialize process control block

•

Set up appropriate linkages

–

Ex: add new process to linked list
used for scheduling queue

•

Create of expand other data
structures

–

Ex: maintain an accounting file

47

When to Switch a

Process

•

Clock interrupt

–

process has executed for the
maximum allowable time slice

•

I/O interrupt

•

Memory fault

–

memory address is in virtual
memory so it must be brought into
main memory

48

When to Switch a

Process

•

Trap

–

error or exception occurred

–

may cause process to be moved to
Exit state

•

Supervisor call

–

such as file open

49

Change of Process

State

•

Save context of processor including

program counter and other registers

•

Update the process control block of

the process that is currently in the

Running state

•

Move process control block to

appropriate queue – ready; blocked;

ready/suspend

•

Select another process for execution

50

Change of Process

State

•

Update the process control
block of the process selected

•

Update memory-management
data structures

•

Restore context of the selected
process

51

Execution of the

Operating System

•

Non-process Kernel

–

Execute kernel outside of any process

–

Operating system code is executed as a

separate entity that operates in

privileged mode

•

Execution Within User Processes

–

Operating system software within

context of a user process

–

Process executes in privileged mode

when executing operating system code

52

53

Execution of the

Operating System

•

Process-Based Operating
System

–

Implement operating system as a
collection of system processes

–

Useful in multi-processor or multi-
computer environment

54

UNIX SVR4 Process

Management

•

Most of the operating system
executes within the environment of a
user process

55

UNIX Process Image

56

57

58

UNIX Process States

59