Stavový diagram procesů

Jednotlivé stavy. Pojem multitaskingu a jeho druhy. Správa procesů v reálných OS.

Proces

Proces je instancí aplikace/programu uvnitř OS. Uživatel spustí appku a ta si po svém spuštění vytvoří proces.

Jedná se o základní jednotku práce OS.

V rámci OS běží současně jednak procesy appek a jednak procesy OS. Každý z procesů si může pustit další procesy, těm následně říkáme synovské. Jsou tedy 2 druhy procesů:

• rodičovské
• synovské

Synovský zaniká se zánikem rodičovského procesu.

Každý proces je reprezentován záznamem v paměti - Process Control Block (PCB) obsahujícím informace o procesu:

• status procesu
• program counter
• CPU registry
• CPU plánovaní - priorita procesu
• info správy paměti
• info o času přidělení CPU, časový limit, číslo procesu
• I/O stavové informace

obr. 1: Stavový diagram procesu
zdroj: PECH, J. Operační systémy 1: Procesy. České Budějovice: Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Přírodovědecká fakulta, 2019.

Popis diagramu

1. Nový - proces je zaveden a vzniká jeho PCB
2. Připraven - proces je v operační paměti
   • OS vybere proces ke zpracování
3. Probíhající - pokud jej OS vybral pro zpracování
   • zde se proces nachází na CPU a běží
4. Ukončen - proces končí
5. Čekající - proces čeká na I/O událost, pro ukončení I/O události se opět proces dostane do stádia čekající (I/O zde může být čtení z klávesnice, čtení z disku, tisk na tiskárně)

Pokud je procesu odejmut čas na CPU, tak se proces přeruší a rovněž se vrací do stádia Připraven.

Přidělení CPU

Slouží k tomu dva moduly:

1. CPU Scheduler - vybere vhodný proces pro spuštění
2. Dispatcher - zavede proces na CPU
   • přepnutí kontextu - uvolnění procesu z CPU a uložení důležitých informací (stav registru, následující instrukce ke zpracování, stack...) a zavedení nového procesu na CPU (zde info o stacku, registrech a následující zpracovávané instrukci nahráváme)

Čas, který má proces na CPU přidělen se nazývá časové kvantum.

Metody výběru procesu ke zpracování:

• FIFO
• First Come First Served - úlohy, které je třeba spravovat opakovaně nemusí dostat potřebný čas na CPU
• Short Job First - úlohy s dlouhým během se moc nedostanou k CPU
• Prioritní fronta - tasky s nízkou prioritou se nemusí na CPU vůbec dostat; tomuto se zamezuje tím, že po určitém počtu cyklů se zvýší priorita daného procesu, takže se časem na CPU zkrátka dostane

Priority v Reálných OS

Linux - priority od -19 (nejvyšší) do 20 (nejnižší)

• Defaultní priorita je 0. Uživatel může prioritu snížit, ale nemá oprávnění ji navyšovat.

Windows - 0 až 31 (nejvyšší)

Priority je možné nastavit staticky - tj. při spuštění, nebo dynamicky, kdy se mění za běhu.

Multitasking

Střídání procesů na procesoru a současné spouštění vícera procesů.

Rozlišujeme:

• Preemptivní multitasking - zaručuje pravidelné střídání
  • pokud proces neodejde do určité doby do stavu Přerušen nebo Ukončen, tak je mu CPU odebrán a dojde k přepnutí kontextu
• Nepreemptivní multitasking - nemáme zaručeno pravidelné střídání procesů na CPU
  • pseudomultitasking - MS-DOS
    • MD-DOS je sice monotaskový OS, ale například při tisku na tiskárně; uživatel jinak procesu přepínat nemůže
  • kooperativní multitasking
    • procesor sám předává proces
    • externí program přepíná appky na CPU (program Finder na MacOS 8 a 9)
    • procesy přepíná sám uživatel

Procesy a vlákna

V moderních OS se procesy dělí na vlákna a při přidělování vláken mluvíme o přidělování nikoli na CPU, ale na jádro CPU. Rozdíl mezi procesem a vláknem je dobře představitelný na Browseru a jeho záložkách. Browser je proces a jeho záložky jsou jednotlivá vlákna.

Vlákna se mohou nacházet ve stavu: připraveno, blokováno, spuštěno či ukončeno. Dále mohou vytvářet synovská vlákna.

Vlákna jsou na sobě (na rozdíl od procesu) závislá. Všechna vlákna mají přístup na libovolnou adresu úlohy. Jedno vlákno může číst nebo zapisovat do libovolného zásobníku jiného vlákna téže úlohy. Ochrana paměti mezi vlákny není zapotřebí. Vlákna jsou naprogramována tak, aby si navzájem pomáhala.

Životní cyklus procesu v reálném OS - Linux

obr. 2: Životní cyklus procesu na Linuxu
zdroj: PECH, J. Operační systémy 1: Procesy. České Budějovice: Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Přírodovědecká fakulta, 2019.

ZDROJE

• PECH, J. Operační systémy 1: Procesy. České Budějovice: Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Přírodovědecká fakulta, 2019.