- •Тема 1.
- •Понятия вычислительного процесса и Ресурса
- •Процессы и треды
- •Независимые и взаимодействующие вычислительные процессы
- •Прерывания.
- •Файловая система ntfs (New Technology File System)
- •Интерфейс прикладного программирования
- •Реализация функций api на уровне ос
- •Реализация функций api на уровне системы программирования
- •Реализация функций api с помощью внешних библиотек
- •Платформенно-независимый интерфейс posix
- •Семафорные примитивы Дейкстры
- •Мьютексы
- •Мониторы Хоара
- •Почтовые ящики
- •Конвейеры
- •Организация очереди на массиве
- •Очереди сообщений
- •Понятие тупиковой ситуации при выполнении параллельных вычислительных процессов
- •Студенты, не защитившие лабораторные работы, к сдаче зачетной единицы не допускаются
- •Общие сведения
- •Удаление элемента из списка.
- •Теоретическая часть (в популярном для студентов стиле).
- •0030:4012 (Всё шестнадцатиричное)
- •Выделение памяти.
- •(Каждый блок представляет байт)
- •Чтобы узнать, что происходит в памяти, при размещении и извлечении значений в стеке, см. На рисунок ниже:
- •Регистр eax почти всегда используется для хранения результата процедуры.
- •Строки.
- •Заполнение данными.
- •Все команды перехода имеют один операнд: смещение для перехода.
- •Организация циклов.
- •Имеются также другие формы:
- •Xor (не или) устанавливает бит результата в 1, если бит источника отличается от бита приемника. Not инвертирует бит источника.
- •Подпрограммы.
- •Структуры.
- •Упрощённый вызов api функций в tasm.
- •А вот и операторы, которые вы можете использовать:
- •Пример: команды ror (циклический сдвиг вправо)
- •Стековые операции.
Процессы и треды
Понятие процесса было введено для реализации идей мультипрограммирования. Напомним, в свое время различали термины «мультизадачность» и «мультипрограммирование». Таким образом, для реализации «мультизадачности» в её исходном толковании необходимо было тоже ввести соответствующую сущность. Такой сущностью и стали так называемые «легковесные» процессы, или, как их теперь преимущественно называют, - потоки или треды (нити). Рассмотрим эти понятия подробнее.
Когда говорят о процессах (process), то тем самым хотят отметить, что операционная система поддерживает их обособленность: у каждого процесса имеется свое виртуальное адресное пространство, каждому процессу назначаются свои ресурсы - файлы, окна, семафоры и т. д. Такая обособленность нужна для того, чтобы защитить один процесс от другого, поскольку они, совместно используя все ресурсы вычислительной системы, конкурируют друг с другом. В общем случае процессы просто никак не связаны между собой и могут принадлежать даже разным
пользователям, разделяющим одну вычислительную систему. Другими словами, в случае процессов ОС считает их совершенно несвязанными и независимыми. При этом именно ОС берет на себя роль арбитра в конкуренции между процессами по поводу ресурсов.
Однако желательно иметь ещё и возможность задействовать внутренний параллелизм, который может быть в самих процессах. Такой внутренний параллелизм встречается достаточно часто и его использование позволяет ускорить их решение. Потребность в потоках (threads) возникла ещё на однопроцессорных вычислительных системах, поскольку они позволяют организовать вычисления более эффективно. Для использования достоинств многопроцессорных систем с общей памятью треды уже просто необходимы, так как позволяют не только реально ускорить выполнение тех задач, которые допускают их естественное распараллеливание, но и загрузить процессорные элементы работой, чтобы они не простаивали. Заметим, однако, что желательно, чтобы можно было уменьшить взаимодействие тредов между собой, ибо ускорение от одновременного выполнения параллельных потоков может быть сведено к минимуму из-за задержек синхронизации и обмена данными.
Каждый тред выполняется строго последовательно и имеет свой собственный программный счётчик и стек. Треды, как и процессы, могут порождать треды-потомки, поскольку любой процесс состоит, по крайней мере, из одного треда. Подобно традиционным процессам (то есть процессам, состоящим из одного треда), каждый тред может находится в одном из активных состояний. Пока один тред заблокирован (или просто находится в очереди готовых к исполнению задач), другой тред того же процесса может выполняться. Треды разделяют процессорное время так же, как это делают обычные процессы, в соответствии с различными вариантами диспетчеризации. Как мы уже знаем, все треды имеют одно и то же виртуальное адресное пространство своего процесса. Это означает, что они разделяют одни и те же глобальные переменные. Поскольку каждый тред может иметь доступ к каждому виртуальному адресу, один тред может использовать стек другого треда. Между потоками нет полной защиты, так как это, во- первых, невозможно, а во-вторых, не нужно. Все потоки одного процесса всегда решают общую задачу одного пользователя, и механизм потоков используется здесь для более быстрого решения задачи путем её распараллеливания. При этом программисту очень важно получить в свое распоряжение удобные средства организации взаимодействия частей одной программы. Повторим, что кроме разделения адресного пространства, все треды разделяют также набор открытых файлов, используют общие устройства, выделенные процессу, имеют одни и те же наборы сигналов, семафоры и т. п. А что у тредов будет их собственным? Собственными являются программный счетчик, стек, рабочие регистры процессора, потоки-потомки, состояние.
Потоки хорошо работают, когда они независимы. Но они начинают работать непродуктивно, если вынуждены часто синхронизироваться для доступа к общим ресурсам. Блокировка и критические секции отнюдь не увеличивают скорость работы системы, хотя без использования этих механизмов взаимодействующие вычисления организовывать нельзя.
Не возлагайте на поток несколько функций. Сложные функциональные отношения затрудняют понимание общей структуры приложения, его алгоритм. Чем проще и менее многозначна каждая из рассматриваемых ситуаций, тем больше вероятность, что ошибок удастся избежать.