3.4 Процеси та потоки в операційних системах.
Концепция процесса объединяет 2-е независимые концепции: 1-ая - владение ресурсасами (resource ownership), 2 -ая – планирование/выполнение (scheduling/execution) процессов.
Владение ресурсами– процесс включает виртуальное и адресное пространство, в котором содержится образ процесса, и время от времени может владеть такими ресурсами, как основная память, каналы и уст-ва ввода-вывода, или файлы. ОС выполняет защитные ф-ции, предотвращая нежелательные взаимодействия процессов на основе владения ресурсами.
Планирование/выполнение процесса осуществляется путем выполнения кода одной или нескольких программ; выполнение процесса может чередоваться с выполнением других процессов. Таким образом, процесс имеет такие параметры, как состояние (выполня-ющийся, готовый к выполнению процесс и т.д.) и текущий приоритет, в соответствии с кото-рым ОС осуществляет его планирование и диспетчеризацию.
В современных ОС эти 2 характеристики рассматриваются независимо. Поток (thread)- это единица диспетчеризации, а единица владения ресурсами – процесс (process).
Многопоточностью (multithreading) называется способность ОС поддерживать в рамках одного процесса выполнение нескольких потоков.
Однопоточная и многотопоточная модели процесса
Две левые части рис. 1 иллюстрируют однопоточные подходы.
Рис. 1. Потоки и процессы
На рис.2 показано различие между потоками и процессами с точки зрения управления про-цессами. В однопоточной модели процесса в его представление входит управляющий блок этого процесса, пользовательское адресное пространство и стеки ядра и пользователя, с помощью которых осуществляются вызовы процедур и возвраты из них при выполнении процесса. В многопоточной среде с каждым процессом тоже связаны управляющий блок и адресное пространство, но теперь для каждого потока создаются свои отдельные стеки, и свой управляющий блок. В нем содержатся значения регистров, приоритет и другая информация о состоянии потока.
Т. о., все потоки процесса разделяют между собой состояние и ресурсы этого процесса
Основные преимущества использования потоков с точки зрения производительности:
создание нового потока в уже существующем процессе занимает намного меньше времени, чем создание совершенно нового процесса. Например скорость создания процессов по сравнению с такой же скоростью в UNIX-совместимых приложениях, в которых не используются потоки, возрастает в 10 раз;
завершение поток более быстрое, чем процесса;
более быстрое переключение потоков в рамках одного и того же процесса;
4) при использовании потоков повышается эффективность обмена информацией между двумя выполняющимися программами
Рис. 2. Однопоточная и многопоточная модели процесса
Реальний та захищений режими адресації.
Защищённый режим (режим защищённой виртуальной адресации) — режим работы процессора. Разработан фирмой Digital Equipment (DEC) для 32-разрядных компьютеров VAX-11, а также фирмой Intel для своих процессоров. Несмотря на то, что защищённый режим частично был реализован уже в процессоре 80286, там существенно отличался способ работы с памятью, так как процессоры еще были 16-битными и не была реализована страничная организация памяти. Применяется в процессорах и других производителей. Данный режим позволил создать многозадачные операционные системы — UNIX 1969 г., Microsoft Windows 1985 г. и другие.