Блок управления процессом
Начиная с данной лекции, в курсе более подробно рассматриваются все ключевые концепции и задачи ОС и используемые для их реализации алгоритмы и структуры данных. Первая концепция, подробно рассматриваемая в данной и следующей лекциях, — концепция процесса и управления процессами. Рассматриваются следующие вопросы:
- понятие процесса;
- cостояния процесса;
- блок управления процессом;
- диспетчеризация процессов;
- операции над процессами.
Процесс (process) это программа пользователя при ее выполнении. При своей работе операционная системы исполняет множество классов программ: пакетные задания; пользовательские программы в режиме разделения времени; системные программы и процессы. Имеется несколько схожих терминов, характеризующих пользовательские программы: процесс (process), задание (job), задача (task) Однако не будем здесь преувеличивать различие между ними: для лучшего понимания специфики процессов и управления ими в ОС, мы можем считать приведенные термины синонимами, как и считается во многих учебниках поОС.
Важная особенность процесса: это единица вычислений, которая должна выполняться последовательно, т.е. каждый процесс имеет свой последовательный поток управления (control flow) –последовательность выполняемых процессом команд. Многие большие задачи успешно решаются путем параллельноговыполнения процессов, но об этом речь пойдет немного позже.
Процесс при его создании и управлении им операционной системой включает следующую основную информацию:
- Счетчик команд (program counter — PC)– адрес текущей выполняемой команды процесса; обычно хранится в специальном системном регистре аппаратуры;
- Стек (stack)– резидентная область основной памяти, выделяемая операционной системой при создании процесса, в которой хранятся локальные данные процедур процесса, их параметры (аргументы) и связующая информация между ними, необходимая для организации вычислений. При запуске очередной процедуры в стеке отводится запись активации (activation record),называемая также стековым фреймом (stack frame)и областью локальных данных (local data area)для хранения локальных данных текущего поколения (запуска)процедуры. По окончании ее выполнения запись активации удаляется из стека;
- Секция данных( data section ) – статическая (постоянно выделенная, неизменного размера) область основной памяти, выделяемая операционной системой процессу, в которой хранятся его глобальные переменные, массивы, структуры, объекты.
Исполняемый код (команды)процесса первоначально хранится во вторичной памяти (на диске) и загружается в основную память полностью или частично при обращении к нему.
При исполнении процесс может изменять свое состояние следующим образом:
Новый (new):Процесс создается операционной системой, но еще не начал выполняться.
Исполняемый (running):Исполняются команды процесса на процессоре или процессорах компьютерной системы под управлением ОС.
Ожидающий (waiting):Процесс ожидает наступления некоторого события, например, завершения ввода-вывода. В состоянии ожидания процесс не занимает процессор.
Готовый к выполнению (ready):Процесс ожидает получения ресурсов процессора для его исполнения. В состояние готовности к выполнению процесс попадает обычно либо при его создании, либо после завершения ввода-вывода (из состояния ожидания).
Завершенный (terminated):Исполнение процесса завершено.
Диаграмма состояний процесса представлена на рис. 8.1.
Рис. 8.1.Диаграмма состояний процесса.
Как видно из схемы, новый процесс, созданный в системе, проходит стадию допущен (admitted)– включается операционной системой в очередь всех процессов в системе, после чего ОС переводит его в состояние готовности к выполнению. Отметим сразу, что очередь готовых к выполнению процессов – одна из наиболее часто используемых системных структур для управления процессами. Из состояния готовности в состояние выполнения процесс переводится планировщиком ОС в результате диспетчеризации– выделения кванта процессорного времени. При выполнении процесс может быть прерван (потаймеру, в результате ошибки и т.п.), а после обработки прерывания операционной системой переходит снова в состояние готовности к выполнению. Если в процессе выполняется синхронный ввод-вывод, либо процесс должен ожидать наступления некоторого события (например, определенного момента времени), процесс переходит в состояние ожидания. При завершении ввода-вывода или при наступлении ожидаемого события процесс не получает сразу же квант процессорного времени, а переходит в состояние готовности к выполнению. Процесс переходит в завершенное состояние при завершении работы программы процесса — например, в результате системного вызова exit(c), где c – код завершения. Если c = 0,процесс считается благополучно завершенным.
Блок управления процессом
Блок управления процессом (Process Control Block – PCB)– системная структура данных, используемая ОС для управления процессом, содержащая следующую информацию, ассоциируемую с каждым процессом:
- Состояние процесса
- Текущее значение счетчика команд (используется при продолжении выполнения процесса);
- Значения регистров процессора (также используются при возобновлении процесса);
- Информация для диспетчеризации процессора (указатель на стек процесса, номер процесса);
- Информация для управления памятью (границы области памяти процесса);
- Статистическая информация (общее время выполнения процесса, оставшееся из заявленного время выполнения, суммарное время ввода-вывода и т.д.)
- Информация о состоянии ввода-вывода (список открытых файлов).
Структура блока управления процессом изображена на рис. 8.2.
Рис. 8.2.Блок управления процессом (PCB).
Delphi Delco HSFI. Ещё один ремонт блока управления двигателем автомобиля Опель (ECU, MCU, АСУД).
Похожие статьи.
- Управление процессом интеграции спортивных и оздоровительных технологий в учебном процессе физкультурного образования студентов
- Ис управления технологическими процессами служат для автоматизации функций
- Проектирование блока управления цифровым замком.
- Особенности алгоритмов управления ресурсами.
Блок управления процессом.
Для того чтобы ОС могла выполнять операции над процессами, каждый из них представляется в ней некоторой структурой данных, содержащий следующую информацию специфическую для данного процесса:
- состояние в котором находится процесс
- программный счетчик процесса (адрес команды, которая должна быть выполнена для него следующей)
- содержимое регистров процессора
- данные необходимые для планирования использования процесса и управления памятью (приоритет процесса, размер и расположение адресного пространства и т. д.)
- учетные данные (идентификационный номер процесса,какой пользователь инициировал его работу,общее время использования процессора данным процессором и т. д.)
- информацию об устройствах ввода-вывода связанных с процессом.
- Открытые файлы — записывает файлы, открытые процессом, облегчая операции ввода и вывода.
- Приоритет процесса – указывает приоритет, назначенный процессу для целей планирования.
- Другая информация, специфичная для процесса – дополнительные атрибуты, специфичные для процесса, в зависимости от операционной системы и ее функций.
Состав и строение информации в структуре процесса зависит от конкретной ОС. Во многих ОС информация характеризующая процесс может храниться в нескольких связанных структурах данных. Также структуры данных могут иметь различные наименования, содержать дополнительную информацию или только её часть. Важно, что для любого процесса находящегося в вычислительной системе вся его информация для работы доступна ОС. Будем считать, что вся информация хранится в одной структуре данных, называемой блоком управления процессом (PCB – Process Control Block). Любая операция производимая или выполняемая ОС над процессом вызываем определенные изменения в PCB. Информация для хранения которой предназначен PCB разделен на две части: 1. регистровый контекст (к нему относится содержимое всех регистров процессора, в том числе значения программного счетчика) 2. системный контекст процесса (к нему относится вся остальная информация). Использования значения описанных выше контекстов достаточно для управления поведения процесса в ОС при совершении над ним операций, но недостаточно для полного описания процесса. Поэтому вводим понятие 3. пользовательского контекста (к нему относятся код и данные находящиеся в его адресном пространстве). Совокупность описанных выше трёх контекстов процессов, объединяет понятие контекст процесса, таким образом процесс в любой момент времени полностью характеризуется своим контекстом.
Одноразовые операции.
Жизненный путь любого процесса в компьютере начинается в компьютере начинается с его рождения. Любая ОС поддерживающая концепцию процессов должна обладать средстами для их создания. В очень простых системах (например в системах спроектированных для работы только одного приложения) все процессы могут быть порождены на этапе старта системы. Более сложные ОС создают процессы динамически, по мере необходимости. Инициатором рождения нового процесса после старта ОС может выступить либо процесс пользователя совершивший специальный системный вызов, либо сама ОС. Процесс инициировавший создание нового процесса принято называть процессом родителем. А вновь созданный процесс процессом ребенком. Процессы дети могут порождать новых детей и т. д. В общем случае внутри системы организуется набор генеалогических деревьев процессов — генеалогический лес. Все пользовательские процессы вместе с некоторыми процессами ОС принадлежат к одному и тому же дереву леса. При рождении процесса система заводит новый PCB и начинает его заполнение. Новый процесс получает свой собственный уникальный идентификационный номер. Для хранения данного номера процесса в ОС отводится определнное кол-во бит. Кол-во одновременно присутствующих в ОС процессах должно быть ограничено.
После завершения какого либо процесса его освободившийся идентификационный номер может быть повторно использован для другого процесса. Обычно для выполнения своих функций процесс ребенок требует определенных ресурсов: памяти, файлов, устройств ввода-вывода и т. д. Существуют два подхода к их выделению: 1. при первом подходе новый процесс может получить в своё пользование некоторую часть родительских ресурсов, разделяя с процессом родителем и другими процессами детьми права на них. 2. при втором подходе новый процесс может получить свои ресурсы непосредственно из самой ОС. Вся информаци
я о выделенных ресурсах заносится в PCB. Далее необходимо занести в адресное пространство процесса ребенка программный код, значения данных, установить программный счетчик — это осуществляется одним из двух способов: 1. процесс ребенок становится дубликатом процесса родителя по регистровому и пользовательскому контекстам, при этом должен существовать способ определения родителя из двух процессов двойников. 2. существование программ, т. е. исполняемых файлов для работы которых организуется более одного процесса. После того как процесс был наделен содержанием в PCB дописывается оставшаяся информация и состояние нового процесса изменяется на состояние готовности. После рождения процесса ребенка процесс родитель может продолжать своё выполнение с ним или может ожидать завершения работы некоторых или всех своих процессов детей.
После того как процесс завершит свою работу ОС переведет его в состояние закончил исполнение и освобождает все ассоциированные с ним ресурсы. При этом производятся соответствующие записи в PCB. Далее блок не удаляется а остаётся в системе на некоторое время для того, чтобы в дальнейшем процесс родитель смог при запросе у ОС получить сведения о причине завершения процесса ребенка или (и) статистическую информацию о его работе. Данная информация сохраняется в PCB законченного процесса ребенка, до запроса процесса родителя или до конца его деятельности. После этого вся информация о процессе ребенке удаляется из системы. К примеру в ОС unix процессы находящиеся в состоянии: закончил исполнение называются процессы-зомби.
Блок управления процессом
Структура данных, содержащая дополнительную информацию или, наоборот, лишь часть описанной информации для любого процесса, находящегося в / Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Блок управления процессом (на англ. PCB — Process control block ) — это структура данных, используемая компьютерными операционными системами для хранения всей информации о процессе. Также известен как дескриптор процесса. Когда процесс создается (инициализируется или устанавливается), операционная система создает соответствующий блок управления процессом [1] [2] [3] [4] [5] .
Такая структура позволяет определить состояние процесса, такое как: новый, готовый, выполняющийся, ожидающий, завершенный и т. п.
Oops something went wrong:
Таблица процессов и блок управления процессом (PCB)
Надлежащее управление и контроль процессов являются неотъемлемыми компонентами эффективной функциональности системы. В этом произведении. Мы рассмотрим два важных аспекта: таблицу процессов и блок управления процессом (PCB). Мы углубимся в их определения, назначение и значение в операционных системах.
Таблица процессов
Определение и цель
Операционные системы используют так называемую «таблицу процессов» как средство точного мониторинга активных процессов в своей инфраструктуре. Такие таблицы отвечают за сбор важной информации, касающейся каждой запущенной программы/компонента системы, находящейся под контролем ОС.
Таким образом, ведение исчерпывающего реестра этих деталей помогает беспрепятственно контролировать/распределять их, когда это необходимо, что приводит к повышению операционной эффективности при выполнении таких задач, как межкомпонентная связь, распределение/распределение ресурсов или планирование, без сбоев из-за недопонимания в промежутках между случаями, когда таблицы отсутствовали. наряду с реальными последствиями.
Структура и содержание
Сегодня для бесперебойной работы любой интеллектуальной операционной системы зачастую требуется тщательное проектирование и разработка сопроводительной таблицы процессов. Такая таблица представляет собой важнейший компонент, который связывает воедино различные записи с целью отразить существенные особенности, относящиеся к множеству процессов, одновременно выполняемых в системе. По сути, каждая запись таблицы обычно включает в себя различные входные данные, такие как распределение памяти, использование регистра центрального процессора (ЦП) и различные состояния процесса, среди прочего. Эта информация имеет основополагающее значение для улучшения контроля и управления этими отдельными процессами.
За обеспечение бесперебойной работы всех этих различных задач или программ отвечает еще одна основная концепция, называемая блоком управления процессом (PCB). Он служит специальной структурой данных, специально предназначенной для работы с каждым процессом. Он помогает заранее идентифицировать, хранить и управлять важной информацией, связанной со всеми этими дискретными процессами, открывая путь к эффективному управлению системой и оптимизации результатов производительности.
Таблица процессов и плата вместе предоставляют комплексное представление о состоянии и атрибутах всех активных процессов в системе, способствуя эффективному управлению и контролю процессов.
Блок управления процессом (PCB)
Блок управления процессом (PCB) является важнейшим компонентом таблицы процессов. Он представляет собой структуру данных, связанную с каждым процессом, содержащую подробную информацию, необходимую операционной системе для эффективного управления и контроля процесса.
Печатная плата обычно включает следующую информацию −
Каждому процессу в компьютерной системе присваивается уникальный идентификатор, известный как идентификатор процесса (PID). Состояние процесса указывает текущую активность процесса. Независимо от того, запущен ли он, готов, заблокирован или прекращен. Регистры ЦП хранят значения, которые имеют решающее значение при переключении контекста. Счетчик программ сохраняет адрес следующей инструкции, которая будет выполнена процессом. Указатель стека указывает, где найти информацию в стеке выполнения процессов. Наконец. Распределение памяти отслеживает области, выделенные для конкретного процесса.
Плата служит важнейшим связующим звеном между таблицей процессов и фактическим выполнением процессов. Он содержит необходимую информацию для операционной системы, чтобы управлять выполнением процесса, отслеживать его ход, распределять ресурсы и выполнять операции, связанные с процессом.
Таблица процессов и функции платы
Идентификация процесса
Таблица процессов присваивает каждому процессу уникальный идентификатор процесса (PID), что позволяет операционной системе различать и отслеживать отдельные процессы. PID служит эталоном для операций, связанных с процессом, и облегчает взаимодействие процесса.
Функция идентификации процесса таблицы процессов и платы имеет решающее значение для различных функций системы, таких как межпроцессное взаимодействие, обработка сигналов и завершение процесса.
Управление состоянием процесса
Таблица процессов поддерживает текущее состояние каждого процесса, указывая, запущен ли он, готов, заблокирован или завершен. Плата в таблице процессов хранит дополнительную информацию, связанную с состоянием процесса, включая значения регистров ЦП, программный счетчик и указатели стека.
Функция управления состоянием процесса позволяет операционной системе точно отслеживать ход и поведение процессов. Это позволяет операционной системе эффективно планировать процессы, распределять ресурсы в зависимости от их состояния и обрабатывать переходы процессов между различными состояниями.
Управление ресурсами
Таблица процессов и плата облегчают управление ресурсами, сохраняя информацию о ресурсах, выделенных каждому процессу. Сюда входят сегменты памяти, открытые файлы, устройства ввода-вывода и другие системные ресурсы. Операционная система может эффективно распределять и освобождать ресурсы на основе данных, хранящихся в таблице процессов и на плате.
Управление ресурсами — это важнейшая функция, обеспечиваемая таблицей процессов и платой. Он обеспечивает оптимальное использование системных ресурсов, предотвращает конфликты ресурсов между процессами и позволяет операционной системе распределять ресурсы на основе приоритетов и требований процессов.
Планирование процессов и переключение контекста
Планирование процессов
Таблица процессов играет жизненно важную роль в планировании процессов. Здесь представлена ценная информация относительно приоритета, времени выполнения и других параметров. Операционная система во многом зависит от этих деталей при установлении определенной последовательности событий для выполнения процесса. Планировщик процессов использует таблицу процессов для эффективного распределения времени ЦП между процессами.
Планировщик процессов, используя информацию, хранящуюся в таблице процессов и на плате, реализует алгоритмы планирования для определения следующего процесса, который будет выполняться, и количества процессорного времени, выделяемого каждому процессу. Он направлен на оптимизацию производительности системы, повышение оперативности и обеспечение справедливого распределения ресурсов между процессами.
Переключение контекста
Переключение контекста включает сохранение текущего состояния выполнения процесса и восстановление сохраненного состояния другого процесса. Таблица процессов и плата хранят необходимую информацию для эффективного переключения контекста, что позволяет операционной системе беспрепятственно переключаться между процессами.
Во время переключения контекста операционная система сохраняет текущее состояние процесса, включая значения регистров ЦП, программный счетчик и указатели стека, в соответствующую запись платы в таблице процессов. Извлекая сохраненное состояние следующего процесса из его блока управления процессом (PCB), вычисления могут возобновиться с того места, где они были ранее приостановлены.
Переключение контекста — это фундаментальный механизм, который обеспечивает многозадачность, позволяя операционной системе имитировать одновременное выполнение различных задач. Таблица процессов и плата играют важную роль в обеспечении плавности и эффективности операций переключения контекста.
Таблица процессов и печатная плата в операционных системах
Примеры операционных систем
Различные операционные системы реализуют свои собственные варианты таблицы процессов и платы. Примеры включают в себя:
Эти примеры представляют некоторые из наиболее широко используемых операционных систем, каждая из которых имеет свою уникальную реализацию таблицы процессов и платы. Хотя конкретные детали могут различаться, основные принципы и функции остаются одинаковыми в разных операционных системах.
Значение таблицы процессов и печатной платы
Таблица процессов и плата необходимы системным администраторам, разработчикам и аналитикам производительности. Они предоставляют централизованный механизм для мониторинга процессов и управления ими, оптимизации распределения ресурсов и диагностики проблем, связанных с выполнением процессов и использованием ресурсов.
Сохраняя исчерпывающую информацию об активных процессах, таблица процессов и плата позволяют системным администраторам эффективно отслеживать состояние и ход процессов. Эта информация имеет решающее значение для выявления узких мест в производительности, устранения неполадок системы и оптимизации распределения ресурсов.
Разработчики могут использовать таблицу процессов и плату для реализации функций, связанных с процессами, в приложениях и системах. Они могут использовать таблицу процессов и плату для управления межпроцессным взаимодействием, синхронизации выполнения процессов и обеспечения эффективного использования системных ресурсов.
Аналитики производительности могут изучать данные, хранящиеся в таблице процессов и на плате, для анализа поведения системы, выявления закономерностей производительности и оптимизации конфигураций системы. Информация, предоставляемая таблицей процессов и платой, помогает диагностировать узкие места производительности, улучшать скорость реагирования системы и максимизировать использование ресурсов.
Заключение
Таблица процессов и блок управления процессами (PCB) являются жизненно важными компонентами операционных систем. Они обеспечивают эффективное управление процессами, распределение ресурсов и планирование. Эффективно используя таблицу процессов и печатную плату, операционные системы могут оптимизировать производительность, расширить возможности многозадачности и обеспечить бесперебойную работу вычислений.
Понимание функций и значения таблицы процессов и платы имеет решающее значение для системных администраторов и разработчиков для максимизации эффективности операционных систем. Таблица процессов и плата служат основой для различных операций, связанных с процессами, облегчая планирование процессов, управление ресурсами и межпроцессное взаимодействие.
Используя возможности таблицы процессов и печатной платы, операционные системы могут повысить производительность системы, улучшить использование ресурсов и оптимизировать управление процессами, что в конечном итоге приведет к более эффективной и гибкой вычислительной среде.