TIẾN TRÌNH VÀ TIÊU TRÌNH Process and Thread

TT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH Process and Thread Please purchase a personal license Mục tiêu Hiểu Tiến trình loại tiến trình Mơ hình tiến trình Tiểu trình mơ hình đa tiểu trình Các trạng thái tiến trình Cấu trúc liệu khối quản lý tiến trình Các thao tác điều khiển tiến trình TT CƠNG NGHỆ THÔNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread Tiến trình loại tiến trình Định nghĩa tiến trình Tiến trình phận chương trình thực hiện, đơn vị thực tiến trình processer Định nghĩa khác Saltzer: Tiến trình chương trình processor logic thực Horning & Rendell: Tiến trình trình chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác tác động hàm hành động, xuất phát từ trạng thái ban đầu TT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread Tiến trình loại tiến trình (tt) Các loại tiến trình: Có thể chia thành hai loại: tiến trình (MS_DOS ) tiến trình song song (uniprocessor multiprocessor ) Tiến trình tiến trình mà điểm khởi tạo điểm kết thúc tiến trình trước Tiến trình song song tiến trình mà điểm khởi tạo tiến trình mằn thân tiến trình khác, tức khởi tạo tiến trình tiến trình trước chưa kết thúc Tiến trình song song chia thành nhiều loại: TT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread Các loại tiến trình Tiến trình song song độc lập: Các tiến trình hoạt động song song khơng có quan hệ thơng tin với nhau, trường hợp hệ điều hành phải thiết lập chế bảo vệ liệu tiến trình, cấp phát tài nguyên cho tiến trình cách hợp lý Tiến trình song song có quan hệ thơng tin: Trong q trình hoạt động tiến trình trao đổi thơng tin với TT CƠNG NGHỆ THÔNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread Các loại tiến trình Tiến trình song song phân cấp: Trong qua trình hoạt động tiến trình khởi tạo tiến trình khác hoạt động song song với nó, tiến trình khởi tạo gọi tiến trình cha, tiến trình tạo gọi tiến trình Trong mơ hình hệ điều hành phải giải vấn đề cấp phát tài nguyên cho tiến trình Tiến trình nhận tài nguyên đâu? từ tiến trình cha hay từ hệ thống TT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread Các loại tiến trình Giải quyết: Thứ nhất, mơ hình tập trung, mơ hình hệ điều hành chịu trách nhiệm phân phối tài nguyên cho tất tiến trình hệ thống Thứ hai, mơ hình phân tán, mơ hình hệ điều hành cho phép tiến trình nhận tài nguyên từ tiến trình cha, tức tiến trình khởi tạo có nhiệm vụ nhận tài nguyên từ hệ điều hành để cấp phát cho tiến trình mà tạo ra, có nhiệm vụ thu hồi lại tài nguyên cấp phát trả cho hệ điều hành trước kết thúc TT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread Các loại tiến trình Tiến trình song song đồng mức: Là tiến trình hoạt động song song sử dụng chung tài nguyên theo nguyên tắc lần lượt, tiến trình sau khoảng thời gian chiếm giữ tài nguyên phải tự động trả lại tài nguyên cho tiến trình TT CƠNG NGHỆ THƠNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread Các loại tiến trình P1 P2 P3 Time a Trong hệ thống uniprocessor P1 P2 P3 Time b Trong hệ thống Multiprocessor Hình 2.1: Sự thực đồng thời tiến trình hệ thống uniprocessor (a) hệ thống multiprocessor (b) TT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread Mơ hình tiến trình Mong muốn: đưa đa chương, đa nhiệm vào hệ thống Tức là, có nhiều chương trình hoạt động đồng thời (concurrence) Về nguyên tắc: hệ thống phải có nhiều processor Trên thực tế xuất nhiều hệ điều hành thực điều hệ thống có processor TT CƠNG NGHỆ THƠNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread 10 Các trạng thái tiến trình Tiến trình trạng thái: Việc tổ chức Queue để lưu tiến trình chưa thể hoạt động cần thiết, tồn nhiều tiến trình Queue (chính xác nhớ chính) dẫn đến trình trạng lãng phí nhớ, khơng cịn đủ nhớ để nạp tiến trình khác cần thiết Mặt khác tiến trình Queue chiếm giữ tài nguyên hệ thống, mà tài nguyên lại tài nguyên tiến trình khác cần, điều dẫn đến tình trạng sử dụng tài nguyên không hợp lý, làm cho hệ thống thiếu tài nguyên (thực chất thừa) trầm trọng làm cho hệ thống tắc nghẽn TT CƠNG NGHỆ THÔNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread 30 Các trạng thái tiến trình Tiến trình trạng thái: Với lý hệ điều hành đa nhiệm thiết kế thêm trạng thái tiến trình mới, trạng thái Suspend (tạm dừng) Trạng thái cần thiết cho hệ thống sử dụng kỹ thuật Swap việc cấp phát nhớ cho tiến trình New Ready Running Activate End Suspend Blocked Suspend Sơ đồ chuyển trạng thái tiến trình có suspend TT CƠNG NGHỆ THƠNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread 31 Các trạng thái tiến trình Tiến trình trạng thái: Trạng thái Suspend trạng thái tiến trình lưu trữ nhớ phụ, hay xác tiến trình trạng thái blocked và/hoặc ready bị hệ điều hành chuyển đĩa để thu hồi lại không gian nhớ cấp cho tiến trình thu hồi lại tài nguyên cấp cho tiến trình để cấp cho tiến trình khác cần nạp vào nhớ thời điểm TT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread 32 Các trạng thái tiến trình Tiến trình trạng thái: Trong thực tế hệ điều hành thiết kế trạng thái suspend, trạng thái suspend dành cho tiến trình từ blocked chuyển đến, trạng thái gọi blocked-suspend trạng thái suspend dành cho tiến trình từ ready chuyển đến, trạng thái gọi ready-suspend TT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread 33 Các trạng thái tiến trình Tiến trình trạng thái: Tới ta hiểu trạng thái tiến trình sau: Ở trạng thái Ready tiến trình định vị nhớ chờ cấp processor để thực Ở trạng thái Blocked tiến trình định vị nhớ đợi kiện hay trình I/O Ở trạng thái Blocked-suspend tiến trình bị chứa nhớ phụ (đĩa) đợi kiện Ở trạng thái Ready-suspend tiến trình bị chứa nhớ phụ sẵn sàng thực sau nạp vào nhớ TT CƠNG NGHỆ THƠNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread 34 Các trạng thái tiến trình Tiến trình trạng thái: Admit Admit New Suspend Activate Ready Ready suspend suspend Ready Running Suspend Exit Event Occurs Event Occurs Release Blocked Blocked suspend suspend Blocked Activate Sơ đồ chuyển trạng thái tiến trình với suspend TT CƠNG NGHỆ THƠNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread 35 Các thao tác điều khiển tiến trình Cấu trúc liệu khối quản lý tiến trình Để quản lý điều khiển tiến trình, hệ điều hành phải biết vị trí nạp tiến trình nhớ chính, phải biết thuộc tính tiến trình cần thiết cho việc quản lý tiến trình nó: Định vị tiến trình (process location): • • Tiến trình lưu khối nhớ liên tục nhớ phụ (thường đĩa), để tiến trình thực tiến trình phải nạp vào nhớ Hệ điều hành cần phải biết định vị tiến trình đĩa TT CƠNG NGHỆ THƠNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread 36 Các thao tác điều khiển tiến trình Cấu trúc liệu khối quản lý tiến trình Các thuộc tính tiến trình: thơng tin tiến trình cần cho cơng tác quản lý tiến trình hệ điều hành, thơng tin thường trú khối quản lý tiến trình (PCB: process control block) • • Định danh tiến trình (PID: process identification): tiến trình gán định danh để phân biệt với tiến trình khác hệ thống Thông tin trạng thái processor (processor state information): bao gồm ghi User-visible, ghi trạng thái điều khiển, trỏ stack TT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread 37 Các thao tác điều khiển tiến trình Cấu trúc liệu khối quản lý tiến trình Các thuộc tính tiến trình: • Thơng tin điều khiển tiến trình (process control information): bao gồm thông tin trạng thái lập lịch, cấu trúc liệu, truyền thơng liên tiến trình, quyền truy cập tiến trình, quản lý nhớ, tài nguyên khởi tạo tài nguyên sinh TT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread 38 Các thao tác điều khiển tiến trình Khi khởi tạo tiến trình hệ điều hành thực thao tác sau: Gán PID cho tiến trình đưa tiến trình vào danh sách quản lý hệ thống Cấp phát không gian nhớ cho tiến trình Khởi tạo thơng tin cần thiết cho khối điều khiển tiến trình PID tiến trình cha (nếu có), thơng tin trạng thái tiến trình, độ ưu tiên tiến trình, thơng tin ngữ cảnh processor (bộ đếm chương trình ghi khác), vv TT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread 39 Các thao tác điều khiển tiến trình Khi khởi tạo tiến trình hệ điều hành thực thao tác sau: Cung cấp đầy đủ tài nguyên cần thiết nhất, trừ processor, để tiến trình vào trạng thái ready bắt đầu hoạt động Đưa tiến trình vào danh sách tiến trình đó: ready list, suspend list, waiting list, vv, cho phù hợp với chiến lược điều phối tiến trình phận điều phối tiến trình hệ điều hành TT CƠNG NGHỆ THƠNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread 40 Các thao tác điều khiển tiến trình Khi kết thúc tiến trình hệ điều hành thực thao tác sau: Thu hồi tài nguyên cấp phát cho tiến trình Loại bỏ tiến trình khỏi danh sách quản lý hệ thống Huỷ bỏ khối điều khiển tiến trình TT CƠNG NGHỆ THƠNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread 41 Các thao tác điều khiển tiến trình Khi thay đổi trạng thái tiến trình hệ điều hành thực bước sau: Khi chuyển từ running sang trạng thái khác (ready, blocked, …) hệ điều hành phải tạo thay đổi môi trường việc Sau bước mà hệ điều hành phải thực đầy đủ thay đổi trạng thái tiến trình: Lưu (save) ngữ cảnh processor, bao gồm ghi đếm chương trình (PC: program counter) ghi khác Cập nhật PCB tiến trình, cho phù hợp với trạng thái tiến trình, bao gồm trạng thái tiến trình, thơng tin tính tốn, vv TT CƠNG NGHỆ THÔNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread 42 Các thao tác điều khiển tiến trình Khi thay đổi trạng thái tiến trình hệ điều hành thực bước sau: Di chuyển PCB tiến trình đến hàng đợi thích hợp, đế đáp ứng yêu cầu công tác điều phối tiến trình Chọn tiến trình khác phép thực Cập nhật PCB tiến trình vừa chọn thực trên, chủ yếu thay đổi trạng thái tiến trình đến trạng thái running Cập nhật thông tin liên quan đến quản lý nhớ Bước phụ thuộc vào yêu cầu chuyển đổi địa nhớ sử dụng Khôi phục (Restore) lại ngữ cảnh processor thay đổi giá trị đếm chương trình ghi khác cho phù hợp với tiến trình chọn trên, để tiến trình bắt đầu hoạt động TT CƠNG NGHỆ THÔNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread 43 Các thao tác điều khiển tiến trình TT CƠNG NGHỆ THƠNG TIN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Process and Thread 44