2.2Жизненный цикл процесса.
С момента запуска и до завершения выполнения процесс может находиться в различных активных или пассивных состояниях, которые в совокупности описывают жизненный цикл процесса в вычислительной системе. Количество и характеристики таких состояний может меняться в зависимости от конкретной вычислительной системы. Можно выделить несколько основных состояний процесса:
-
ПОРОЖДЕНИЕ – состояние процесса, когда он уже создан, но не готов к запуску, при этом создаются информационные структуры, описывающие данный процесс; загружается кодовый сегмент процесса в оперативную память или в область свопинга.
-
ВЫПОЛНЕНИЕ - активное состояние процесса, во время которого процесс обладает всеми необходимыми ресурсами и непосредственно выполняется процессором;
-
ОЖИДАНИЕ - пассивное состояние процесса, процесс заблокирован, он не может выполняться по своим внутренним причинам, т.е. он ждет осуществления некоторого события, например, завершения операции ввода-вывода, получения сообщения от другого процесса, освобождения какого-либо необходимого ему ресурса;
-
ГОТОВНОСТЬ - также пассивное состояние процесса: процесс имеет все требуемые для него ресурсы, он готов выполняться, однако процессор занят выполнением другого процесса.
-
ЗАВЕРШЕНИЕ – конечное состояние в жизненном цикле процесса, процесс выгружается из памяти и разрушаются все структуры данных, связанные с ним.
Рис. 1 Общая схема состояний процесса.
В общем случае жизненный цикл процесса представлен на Рис. 1. Жизненный цикл любого процесса начинается с момента его создания, когда он попадает в очередь готовых к выполнению процессов. Жизненный цикл процесса во всех состояниях, кроме собственно выполнения, всегда связан с той или иной очередью, количество которых также зависит от операционной системы (см. Рис. 1). Основной причиной попадания процесса в ту или иную очередь является невозможность взаимодействия с тем или иным устройством (это может быть как центральный процессор, так и любое устройство ввода-вывода) в данный момент времени. Поэтому основные состояния процесса описываются набором очередей в операционной системе: очередь на начало обработки, очередь готовых процессов, очередь заблокированных процессов. Последняя есть совокупность очередей, связанных с ожиданием использования конкретных ресурсов в вычислительной системе. Количество таких очередей меняется в зависимости от конкретной архитектуры или операционной системы. Это множество очередей может состоять из очередей распределения процессов по функциональным устройствам, времени ЦП, доступа к внешним или внутренним устройствам ввода вывода, памяти. Итак, жизненный цикл процесса есть совокупность состояний, которые в основном характеризуются либо работой процесса, либо ожиданием в какой-либо очереди.
Как видно из Рис. 1, начальным этапом обработки процесса в операционной системе является очередь на запуск. Существование и длина такой очереди зависит от конкретной операционной системы. Если это однозадачная ОС, то длина такой очереди равна нулю, или попросту говоря ее не существует. Если ОС является мультизадачной, то длина такой очереди определяется конкретной ОС. Движение в этой очереди может быть организовано как с помощью элементарных алгоритмов типа FIFO, так и с помощью более сложных алгоритмов с использованием понятия приоритета и динамического планирования.
Из очереди на запуск, если такая существует, процесс переходит в стадию выполнения. Время его обработки ЦП также определяется алгоритмами планирования для конкретной ОС, т.е. процесс может работать, пока он не завершится, а может возникнуть переключение на другой процесс спустя некоторый квант времени или при появлении готового на выполнение более приоритетного процесса.
Процесс также может остановить свое выполнение, если он ожидает некоторого события, например, ввода с внешнего устройства. Тогда он попадает в очередь процессов, ожидающих ввод/вывод, и будет находится там до тех пор, пока ожидаемое событие не произойдет. Если процесс больше не ожидает никакого события, и он готов к выполнению, он попадает в очередь готовых процессов и ждет, пока ему будет выделено процессорное время. Алгоритмы планирования очереди готовых процессов, как впрочем и всех других очередей, также зависят от конкретной операционной системы и во многом определяют ее тип, о чем будет подробнее рассказано ниже.
Описанная схема для различных ОС может отличаться как отсутствием некоторых состояний, так и присутствием некоторых дополнительных.
Еще раз подчеркнем, что для любой многозадачной операционной системы существует проблема управления различными очередями и временем центрального процессора. Операционная система должна обладать четкими критериями для определения того, какому готовому к выполнению процессу и когда предоставить ресурс процессора, какой процесс взять из очереди и какой поставить. Некоторые задачи планирования решаются программными средствами, а некоторые аппаратно. Существует множество различных алгоритмов планирования, преследующих различные цели и обеспечивающих различное качество мультипрограммирования1.
|
