Тақырып 5-6. Басқару үрдістері және ағындары (жіптері)

Мақсаты: Басқару үрдістері және  ағындары мен Unix-тегі үрдістерде  ядро мен қолданушы құраушыларын қарастыру

Кілттік сөздер: ресурс, пакеттік өңдеу, уақытты бөлу, шынайы уақыт жүйелері, режим, мультибағдарламалау, енгізу-шығару процессоры, нұсқаулар, ағын, үрдіс, сыртқы жады, блок, индекс

Дәріс жоспары (2 сағат)

1.  Үрдіс ұғымы. Көпағындықты қолдайтын үрдістер. Үрдістерді диспетчерлеу. Үрдістерді жүргізушілер және үлестіруші жоспарлаушылар. Үрдістер мен кезектер арасындаы статикалық және динамикалық байланыс.

2.  Жүйелік деректер және ОЖ ядросы үстірттері (примитивов)  құрылымдарымен жоспарлаушының өзара әрекеті.

3.  Unix-тегі үрдістерде  ядро мен қолданушы құраушылары. Сигналдар коммутацияның қарапайым құралдары ретінде.

4.  Деккер алгоритмі. Бұғаттаудың түрлері. Семафоралар.

Операциялық жүйенің маңызды функциясының бірі барлық аппараттық және ақпараттық ресурстарын рационалды қолдану болып табылады. Негізгі ресурстарға процессор, жады, сыртқы құрылғылар, деректер және бағдарламалар жатады. Аппараттық ресурстары бірдей болғанымен, әр түрлі операциялық жүйелермен басқарылатын есептеу жүйелерінің жұмыс істеу тиімділігі де әр түрлі болады. Бір есепті операциялық жүйелерде ресурстарды басқару есебін шешу маңызды болып табылғанымен (мысалы, операциялық жүйе мен қосымша арасында жадының бөлінуі), бұл жолдағы ең басты қиындық мультибағдарламалық операциялық жүйелерде туындайды. Өйткені бұл жағдайда ресурстарға бір уақытта бірнеше қосымша таласады. Сол себепті де біз әңгімен көбінесе мультибағдарламалау төңірегінде өрбітетін боламыз.

Мультибағдарламалау

мультибағдарламалау немесе көпесептілік (multitasking) дегеніміз бұл бір процессорде бір уақытта бірнеше бағдарламаның жұмыс істеуін қаматамасыз ететін есептеу үрдісін ұйымдастыру. Бұл бағдарламалар тек қана процессорды емес сонымен қатар оперативті және сыртқы жады, енгізу-шығару құрылғылары, деректер секілді клмпьютердің басқа да ресурстарын қолданады. Мультибағдарламалау негізінен есептеу жүйесінің тиімділігін арттыруға негізделеді, бірақ тиімділік әр түрлі мағынада түсіндірілуі мүмкін. Есептеу жүйесінің тиімділігін барынша арттыратын негізгі критерийлер төмендегілер:

1.  өткізу қабілеті – уақыт бірлігіндегі есептеу жүйесімен орындалатын есептер саны;

2.  қолданушылар жұмысының ыңғайлылығы – біруақытта бір машинада отырып бірнеше бағдарламалармен жұмыс істеу мүмкіндігі.

3.  Жүйенің реактивтілігі – жүйенің алдын-ала берілген бағдарламаны жүктеу мен нәтижені алу аралығындағы интервалды ұстау қабілеті.

Таңдап алынған тиімділік критериіне сәйкес операциялық жүйелер пакеттік өңдеу, уақытты бөлу және шынайы уақыт жүйелері болып бөлінеді. Операциялық жүйенің әр түрінің өзіндік арнайы ішкі механизмдері мен ерекше қолдану облыстары бар. Кейбір операциялық жүйелер бір уақытта бірнеше режимде жұмыс істей алады. Мысалы есептің бір бөлігі пакеттік өңдеу режимінде, ал тағы бір бөлігі шынай уақыт немесе уақытты бөлу режимінде орындалып жатуы мүмкін.

Пакеттік өңдеу жүйелеріндегі мультибағдарламалау

Мультибағдарламалауды қолдану барысында компьютердің өткізу қабілетін арттыру үшін басты мақсат компьютердің барлық құрылғыларының, соның ішінде процессордың тұрып қалуын барынша азайту болып табылады. Мұндай тұрып қалулар есептің ішкі, мысалы өндеу үшін деректердің енгізілуін күтуі сияқты себептеіне байланысты пайда болуы мүмкін. Деректер дискіде сақталуы немесе оларды терминалда жұмыс істеп отырған қолданушы енгізуі мүмкін. Сонымен қатар, ішкі техникалық объектілерде орналасқан өлшеу аппараттарынан да берілуі мүмкін. Мұндай тұрып қалулар барысында, жұмыс тиімділігін арттыру үшін процессорге өңделетін деректері дайын тұрған басқа есептерді шешуге ауыстыру керек. Мультибағдарламалаудың мұндай концепциялары пакеттік жүйелер деп аталатын ұғымның негізін құрайды.

Пакеттік өңдеу жүйелері негзінен есептеуге арналған, яғни нәтижелердің тез алынуын талап етпейтін есептерді шешуге арналған. Пакеттік өңдеу жүйелерінің басты мақсаты мен критериі максимальді өткізу қабілеті, яғни уақыт бірлігінде барынша көп есептерді шешуі.

Бұл мақсатқа жету үшін пакеттік өңдеулерде функционерлеудің келесі схемасы қолданылады: жұмыстың басында есеп пакеті құрылады, әрбір есеп жүйелік ресурстарға қойылатын талаптарды қамтиды; бұл есептер пакеті мультибағдарламалау қоспасын, яғни бір уақытта орындалатын  есептер жиынын құрайды. Есептеу машинасының барлық құрылғыларының жүктелуінің тепе-теңдігін сақтауа үшін ресурстарға әр түрлі талаптар қоятын есептер бір уақытта орындалатын есептер ретінде топталады. Мысалы, мультибағдарламалау қоспасында біруақытта есептеу есептері мен интенсивті енгізу-шығару есептерінің болғаны абзал. Осыған орай, есептер пакетінен есепті таңдау ішкі жағдайға баяланысты. Нақты айтсақ есептің «тиімдісі» таңдалады. Байқағанымыздай, пакеттік операциялық жүйелердің басқаруымен жұмыс істейтін есептеу жүйелерінде белгілі уақыт периодында да нақты бір есептің орындалуына кепілдік беруге болмайды.

Енді енгізу-шығару операциясы мен есептеу операциясының бірігіп қалай жұмыс істейтінін қарастырып көрелікү

Мұндай бірігу әр түрлі әдістермен жүзеге асады. Бұлардың бірі арнайы енгізу-шығару процессорымен жабдықталған компьютерлерге тән. Мэйнфреим класындағы компьютерлерде мұндай үрдістерді каналдар деп атайды. Әдетте каналдардың орталық процессордің командалар жүйесінен өзгеше өз командалар жүйесі болады. Бұл командалар сыртқы құрылғылармен жұмыс істеу үшін арналған, мысалы «құрылғының жағдайын тексеру», «магнитті басушы инені орнату», «беттің басын орнату», «жолды басып шығару». Каналдық бағдарламалар орталық процессордың бағдарламалары орналасқан оперативті жадыда сақталады. Орталық процессордың командалар жүйесінде каналға қандай енгізу-шығару бағдарламаларын орындау керектігіне бағыт беретін нұсқау қарастырылады. Осы сәттен бастап орталық процессор мен канал параллель жұмыс істей алады (1а-сурет).

Есептеу мен енгізу-шығару операцияларының бірігіп жұмыс істеуіне мүмкіндік беретін тағы бір әдіс сыртқы құрылғылары енгізу-шығару процессорымен емес, қадағалаушылармен басқарылатын компьютерлерде іске асады. Әрбір ішкі құрылғысының (немес бірдей ішкі құрылғылар тобы) өз қадағалаушылары бар. Олар орталық процессордан келген нұсқауларды автоматты түрде өңдейді. Бұл жағдайда процессор мен қадағалаушылар асинхронды жұмыс істейді.