Bài giảng Hệ điều hành: Chương 2 - ThS. Huỳnh Triệu Vỹ

Bài giảng Hệ điều hành Chương 2 Quản lý tiến trình do ThS. Huỳnh Triệu Vỹ biên soạn với nội dung chính là: Các trạng thái của tiến trình, chế độ xử lý của tiến trình, các thao tác điều khển tiến trình,...

CHƯƠNG II: QUẢN LÝ TIẾN TRÌNH ThS Huỳnh Triệu Vỹ TỔNG QUAN VỀ TiẾN TRÌNH 1.1 Tiến trình(process)?   Tiến trình chương trình thực thi, sở hữu trỏ lệnh, tập ghi biến Để hoàn thành tác vụ mình, tiến trình cần đến số tài nguyên CPU, nhớ chính, tập tin thiết bị nhập/xuất 1.1 Tiến trình(process)?(tt)  Tiến trình bao gồm thành phần: Code, Data, Stack      Code: Thành phần câu lệnh thực Data: Thành phần liệu Stack: Thành phần lưu thông tin tạm thời Các câu lệnh code dùng data stack riêng ngoại trừ vùng dùng chung Tiến trình hệ thống phân biệt số hiệu pid (proccess identification) 1.2 Các trạng thái tiến trình  Trạng thái tiến trình thời điểm xác định hoạt động thời nó:      New: tiến trình tạo lập Ready: tiến trình sẵn sàng, chờ cấp CPU Running: tiến trình xử lý Waiting: tiến trình tạm dừng chờ thiếu tài nguyên hay chờ kiện Halt: Tiến trình hồn tất (Halt-> ngăn chặn,dừng,tạm dừng,ngưng ) Mơ tả chuyển trạng thái tiến trình (5) (1) New Ready (2) Running (4) (6) Waiting (3) Halt 1.2 Các trạng thái tiến trình(tt)  Tại thời điểm có tiến trình trạng thái Running xử lý có nhiều tiến trình trạng thái Ready Waiting 1.3 Chế độ xử lý tiến trình    Chế độ xử lý chia thành chế độ nhờ hỗ trợ phần cứng: Đặc quyền khơng đặc quyền Tiến trình HĐH cần bảo vệ khỏi xâm phạm tiến trình khác Tiến trình HĐH hoạt động chế độ đặc quyền người sử dụng hoạt động chế độ không đặc quyền 1.3 Chế độ xử lý tiến trình(tt)  Tập lệnh CPU chia thành tập users Chế độ không đặc quyền Shell, editor OS (HĐH) Hardware Chế độ đặc quyền 1.4 Các thao tác điều khển tiến trình a Khởi tạo tiến trình      HĐH gán PID (bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PIDProportional Integral Derivative)) đưa vào danh sách quản lý hệ thống Cấp phát không gian nhớ Khởi tạo thông tin cần thiết cho khối điều khiển tiến trình: Các PID p cha (nếu có), thơng tin trạng thái, độ ưu tiên, ngữ cảnh processor (bộ vi xử lý) Cung cấp đầy đủ tài nguyên (trừ processor) Đưa tiến trình vào danh sách P đó: ready list (DS sẵn sàng), waiting list (danh sách chờ) 3.1 Tắc nghẽn   Sự xung đột tài nguyên tiến trình hoạt động đồng thời hệ thống Tắc nghẽn thường xảy với xung đột tài ngun khơng phân chia được, xảy với tài nguyên phân chia 3.2 Điều kiện hình thành tắc nghẽn     Sử dụng tài nguyên chia sẻ Chiếm giữ yêu cầu tài ngun Khơng thu hồi tài ngun từ tiến trình chiếm giữ chúng Đợi vòng tròn 3.3 Các mức phòng tránh tắc nghẽn    Ngăn ngừa Dự báo tránh tắc nghẽn Nhận biết khắc phục ĐIỀU PHỐI TIẾN TRÌNH 4.1 Mục tiêu điều phối      Sự cơng Tính hiệu Thời gian đáp ứng hợp lý Thời gian lưu lại hệ thống Thông lượng tối đa 4.2 Cơ chế điều phối  Độc quyền: Tiến trình tồn quyền sử dụng processor kết thúc tự động trả lại   Quyết định điều phối tiến trình chuyển từ Running sang Waiting (blocked) kết thúc Khơng độc quyền: Tiến trình xử lý bị thu hồi processor để cấp cho tiến trình khác  Quyết định điều phối tiến trình chuyển từ Running sang Waiting (blocked) ready kết thúc từ Waiting sang ready 4.3 Các đặc điểm tiến trình       Tính hướng xuất nhập Tính hướng xử lý Tương tác hay xử lý theo lơ Độ ưu tiên tiến trình Thời gian sử dụng CPU Thời gian lại để tiến trình hoàn tất 4.4 Tổ chức điều phối  HĐH sử dụng loại danh sách để tổ chức lưu trữ tiến trình:   Danh sách Ready: Chỉ tồn danh sách Danh sách Waiting: Có thể tồn nhiều danh sách 4.5 Các chiến lược điều phối   Chiến lược FIFO: Tiến trình đưa vào danh sách ready trước cấp Processor trước Ví dụ Tiến trình Thời điểm t/g xử lý vào Thời điểm cấp processor P1 P2 P3 24 27 P1 24 P2 Thời gian chờ: P3 P1: P2: 23 P3: 25 4.5 Các chiến lược điều phối  Chiến lược phân phối xoay vòng:    Tiến trình vào danh sách Ready trước cấp processor trước Mỗi tiến trình sử dụng processor khoản thời gian gọi Quantum Ví dụ Tiến trình Thời điểm vào t/g xử lý P1 24 P2 P3 Quantum=4 Tiến P1 trình P2 P3 P1 P1 P1 P1 Thời điểm 10 14 18 22 4.5 Các chiến lược điều phối  Chiến lược theo độ ưu tiên:      Mỗi tiến trình gán cho độ ưu tiên tương ứng, tiến trình có độ ưu tiên cao chọn để cấp phát CPU Độ ưu tiên tiến trình HĐH gán bị thay đổi Giải thuật điều phối với độ ưu tiên theo nguyên tắc độc quyền hay không độc quyền Điều phối với độ ưu tiên không độc quyền thu hồi processor từ tiến trình hành để cấp cho tiến trình độ ưu tiên tiến trình cao Điều phối với độ ưu tiên độc quyền chèn tiến trình vào danh sách sẵn sàng vị trí phù hợp 4.5 Các chiến lược điều phối Ví dụ Thời điểm cấp processor Tiến trình Độ ưu tiên t/g xử lý P1 24 P2 P3 P1 P2 P3 24 27 Nhược điểm: Tiến trình có độ ưu tiên thấp dễ rơi vào trạng thái chờ vô hạn =>Cần giảm độ ưu tiên tiến trình sau lần cấp processor 4.5 Các chiến lược điều phối  Chiến lược công việc ngắn (shortest job first SJF):     Đây trường hợp đặc biệt giải thuật điều phối với độ ưu tiên độ ưu tiên p gán cho tiến trình nghịch đảo thời gian xử lý t mà tiến trình yêu cầu : p = 1/t CPU cấp phát cho tiến trình u cầu thời gian để kết thúc tiến trình Giải thuật độc quyền khơng độc quyền 4.5 Các chiến lược điều phối  Chiến lược nhiều cấp độ ưu tiên     Phân lớp tiến trình tùy theo độ ưu tiên chúng để có cách thức điều phối thích hợp cho nhóm Mỗi danh sách bao gồm tiến trình có độ ưu tiên áp dụng giải thuật điều phối thích hợp để điều phối Ngồi ra, có giải thuật điều phối nhóm, thường giải thuật giải thuật không độc quyền sử dụng độ ưu tiên cố định Một tiến trình thuộc danh sách cấp ưu tiên i cấp phát CPU danh sách cấp ưu tiên lớn i trống ... lock1, lock2: byte; begin lock1:=0; lock2:=1 p1: repeat while lock2=1 do; Lock1:=1 ; lock1:=0 ; until F p2: repeat while lock1=1 do; Lock2:=1 ; lock2:=0