Вопрос 32. Управление процессами в многопроцессорных и однопроцессорных компьютерах

Управление процессами в многопроцессорном компьютере

Рассмотрим проекты ВС, включающие три компоненты: среду, процессоры и управление. Отметим, что центральный процессор управляется последовательностью команд, вызываемых откуда-то из среды, а периферийный процессор действует в соответствии с фиксированной, встроенной последовательностью команд.

ПРОЕКТ 1. Предположим, что имеется достаточное количество процессоров различного типа, чтобы обслуживать любой родившийся процесс.

Управление будет состоять из центрального процессора (ЦП), управляемого процедурой, расположенной в памяти. Управляющий процессор соединен линиями связи с другими процессорами, запуская их и получая всю информацию об их состоянии. Обычное состояние ЦП - ожидание какого-нибудь события. При возбуждении управления оно определяет причину возбуждения, обрабатывает ее и. если возможно, запускает этот и/или другой процесс. Закончив обслуживание какого-то устройства, ЦП, прежде чем перейти в режим ожидания, проверяет, пуста ли очередь на обслуживание.

Важной особенностью таких структур является необходимость защиты информации от несанкционированного чтения-записи.

ПРОЕКТ 2. На втором этапе снимем наше предположение о бесконечном количестве процессоров различных типов. Теперь процессы будут выстраиваться в очередь из-за отсутствия свободного процессора. При освобождении очередного процессора управляющий процессор (УП) должен решать, кому его предоставить. Если снабдить УП механизмом прерывания всех процессоров, то УП после сигнала об освободившемся процессоре может перераспределить работу всех процессоров заново. Этот проект оптимальнее предыдущего.

ПРОЕКТ 3. На третьем этапе из-за того, что УП часто простаивает, мы можем функции УП распределять между всеми ЦП. Центральные процессоры, работая в обычном режиме, выполняют какой-то процесс и могут быть прерваны ЦП. работающим в режиме управления. Последний не может быть прерван. Работой всех ЦП в управляющем режиме руководит одна и та же управляющая процедура.

ПРОЕКТ 4. На четвертом этапе предположим, что в управляющем режиме могут работать одновременно несколько ЦП. В этом случае следует принять меры защиты информации при операциях с таблицами состояния процессов.

Возбуждение управляющей процедуры (УП) может происходить одним из следующих способов:

- если процесс, выполняющийся в ЦП, выдает сигнал связи, то этот же ЦП переключается в управляющий режим и выполняет соответствующие действия:

- освободившийся от управления ЦП передает себя какому-нибудь процессу;

- прерывание от периферийного устройства переводит один из ЦП в режим управления. Просмотр всех ЦП происходит поочередно, и если все они находятся в режиме у правления, прерывание помешается в очередь.

В целях упрощения реализации можно все прерывания адресовать одному ЦП. Однако при этом увеличивается время обработки каждого события.

Управление процессами в однопроцессорном компьютере

Так как большинство существующих ВС имеет один центральный процессор, то этот случай изучим подробнее.

Рассмотрим абстрактную ВС с ОП, одним ЦП, устройством ввода и устройством печати.

Пусть в исходном состоянии все периферийные устройства (ПУ) находятся в состоянии покоя, а ЦП выполняет процесс Р_i, управляемый последовательностью команд. Если в момент t_i этот процесс выдает код, возбуждающий процесс в ПУ, то ЦП переходит в управляющий режим и посылает сигнал по линии связи А_1, A₂ или А₃. Затем ЦП возвращается к выполнению своего процесса. По окончании работы одно из ПУ посылает сигнал прерывания по линии В_1, устанавливая тем самым i-й разряд регистра прерываний в соответствующее состояние. ЦП переходит в управляющий режим, анализирует состояние регистра прерываний для опознания ПУ, вызвавшеuj прерывания, и выполняет соответствующие действия. До перехода в режим управления ЦП запоминает состояние прерываемого процесса. Если во время обработки прерывания приходит новое прерывание, обработка предыдущего прерывания будет доведена до конца.