Процессы и потоки. Понятие процесса было введено для реализации идей мультипрограммирования

Понятие процесса было введено для реализации идей мультипрограммирования. Для реализации «мультизадачности» в её исходном толковании необходимо было тоже ввести соответствующую сущность. Такой сущностью и стали так называемые «легковесные» процессы или потоки, треды (нити).

Когда говорят о процессах (process), то тем самым хотят отметить, что ОС поддерживает их обособленность, в случае процессов ОС считает их совершенно несвязанными и независимыми. При этом именно ОС берет на себя роль арбитра в конкуренции между процессами по поводу ресурсов.

Однако желательно иметь ещё и возможность задействовать внутренний параллелизм, который может быть в самих процессах. Такой внутренний параллелизм встречается достаточно часто и его использование позволяет ускорить их решение. В однопроцессорной системе треды разделяют между собой процессорное время так же, как это делают обычные процессы, а в мультипроцессорной системе могут выполняться одновременно, если не встречают конкуренции из-за обращения к иным ресурсам.

Главное, что обеспечивает много поточность, – это возможность параллельно выполнять несколько видов операций в одной прикладной программе. Параллельные вычисления теперь уже часто реализуется на уровне тредов, и программа, оформленная в виде нескольких тредов в рамках одного процесса, может быть выполнена быстрее за счёт параллельного выполнения её отдельных частей. Итак, сущность «поток» была введена для того, чтобы именно с помощью этих единиц распределять процессорное время между возможными работами. Сущность «процесс» предполагает, что при диспетчеризации нужно учитывать все ресурсы, закрепленные за ним. А при манипулировании тредами можно менять только контекст задачи, если мы переключаемся с одной задачи на другую в рамках одного процесса. Все остальные вычислительные ресурсы при этом не затрагиваются. Каждый процесс всегда состоит, по крайней мере, из одного потока, и только если имеется внутренний параллелизм, программист может «расщепить» один тред на несколько параллельных.

Между потоками нет полной защиты, так как это, во-первых, невозможно, а во-вторых, не нужно. Все потоки одного процесса всегда решают общую задачу одного пользователя, и механизм потоков используется здесь для более быстрого решения задачи путем её распараллеливания. При этом программисту очень важно получить в свое распоряжение удобные средства организации взаимодействия частей одной программы.

Понятие и стратегии планирования

ОС выполняет следующие основные функции, связанные с управлением задачами:

С оздание и удаление задач;

П ланирование процессов и диспетчеризация задач;

С инхронизация задач, обеспечение их средствами коммуникации.

Система управления задачами обеспечивает прохождение их через компьютер. В зависимости от состояния процесса ему должен быть предоставлен тот или иной ресурс.

Создание и удаление задач осуществляется по соответствующим запросам от пользователей или от самих задач. Задача может породить новую задачу. При этом между процессами появляются «родственные» отношения. «Предок» может приостановить или удалить свою дочернюю задачу, тогда как «потомок» не может управлять «предком».

Можно столкнуться с ситуациями, когда невозможно эффективно распределять ресурсы с тем, чтобы они не простаивали. Недоступность одного ресурса может привести к тому, что длительное время не будут использоваться и многие другие ресурсы. Возникает задача подбора такого множества процессов, что при выполнении они будут как можно реже конфликтовать из-за имеющихся в системе ресурсов. Такая задача называется планированием вычислительных процессов. На первый план уже очень давно вышли задачи динамического (или краткосрочного) планирования, то есть текущего наиболее эффективного распределения ресурсов, возникающего практически при каждом событии. Задачи динамического планирования стали называть диспетчеризацией. Основное отличие между долгосрочным и краткосрочным планировщиками заключается в частоте запуска (30 или 100 мс)-(один раз за несколько минут). Долгосрочный планировщик решает, какой из процессов, находящихся во входной очереди, должен быть переведен в очередь готовых процессов в случае освобождения ресурсов памяти. Краткосрочный планировщик решает, какая из задач, находящихся в очереди готовых к выполнению, должна быть передана на исполнение. Стратегия планирования определяет, какие процессы мы планируем на выполнение для того, чтобы достичь поставленной цели. Известно большое количество различных стратегий выбора процесса, которому необходимо предоставить процессор. Среди них, прежде всего, можно назвать следующие стратегии:

- по возможности заканчивать вычисления (вычислительные процессы) в том же самом порядке, в котором они были начаты;

- отдавать предпочтение более коротким процессам;

- предоставлять всем пользователям (процессам пользователей) одинаковые услуги, в том числе и одинаковое время ожидания.