Bài giảng môn Hệ điều hành - Chương 2: Quản lý Process & Thread

1.1 Khái niệm process

1.2 Tạo, xóa process

1.3 Trạng thái process

1.4 Khái niệm thread

1.5 Lập lịch chạy các process

1.6 Các phương pháp lập lịch

pdf14 trang | Chuyên mục: Hệ Điều Hành | Chia sẻ: dkS00TYs | Ngày: 22/10/2014 | Lượt xem: 924 | Lượt tải: 5download
Tóm tắt nội dung Bài giảng môn Hệ điều hành - Chương 2: Quản lý Process & Thread, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút "TẢI VỀ" ở trên
từng process, HĐH sẽ dùng 1 record dữ
liệu gồm nhiều field, mỗi field chứa 1 thông tin trạng thái mà HĐH 
muốn quản lý.
‰ Một field đặc biệt trong record quản lý là field chứa mã trạng thái 
vĩ mô của process tương ứng để HĐH biết process đang chạy hay 
đang Ready | Blocked.
‰ Các record quản lý của các process sẽ được hợp thành 1 bảng 
quản lý : bảng này rất quan trọng của HĐH
‰ Bảng quản lý trạng thái thường được hiện thực bằng danh sách 
liên kết để việc thêm/bớt từng record dễ dàng và hiệu quả (vì tần 
suất tạo/xóa process rất cao theo thời gian).
Khoa Công nghệ Thông tin
Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Môn : Hệ điều hành
Slide 12
Chương 2 : Quản lý process & thread
2.4 Khái niệm Thread
‰ Process tuần tự chỉ chứa 1 luồng thi hành lệnh (Thread) cho 1 
chương trình từ điểm nhập đến điểm kết thúc.
Hình bên miêu tả
1 máy tính đang 
chạy 3 chương 
trình đồng thời, 
mỗi chương trình 
được viết bằng 
giải thuật tuần 
tự, nghĩa là chỉ
chứa 1 thread.
7Khoa Công nghệ Thông tin
Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Môn : Hệ điều hành
Slide 13
Chương 2 : Quản lý process & thread
Process multi-thread
Computer
Process Thread Program 
counter 
của 
thread
Hình bên miêu tả 1 máy tính 
đang chạy 3 chương trình 
đồng thời, mỗi chương trình 
được viết bằng giải thuật 
song song gồm 3 tác vụ chạy 
đồng thời, mỗi tác vụ tương 
ứng với 1 thread độc lập. Tuy 
nhiên các thread của cùng 1 
process đều truy xuất đến 
không gian làm việc của 
process => có thể gây ra 
tranh chấp và làm hư hỏng 
tài nguyên bị tranh chấp.
Khoa Công nghệ Thông tin
Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Môn : Hệ điều hành
Slide 14
Chương 2 : Quản lý process & thread
Khác biệt giữa gọi hàm và tạo thread mới
F1();
Hàm F1
Process mono-thread 
(chỉ chứa 1 luồng màu 
đỏ)
CreateThread(F1,..);
Hàm F1
Process multi-thread (chứa 1 
luồng chính màu đỏ và 1 luồng 
con màu xanh)
Gởi sự kiện kết thúc
8Khoa Công nghệ Thông tin
Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Môn : Hệ điều hành
Slide 15
Chương 2 : Quản lý process & thread
2.5 Lập lịch cho các process chạy
ƒ Dùng cơ chế phân chia thời gian (time-sharing) để chạy các 
process đồng thời trên 1 CPU.
ƒ Dùng timer để tính khe thời gian. Mỗi lần hết khe hay process 
hiện hành chờ I/O, trình lập lịch sẽ thực hiện công việc “chuyển 
ngữ cảnh process” để dừng process hiện hành và cho phép 
process khác chạy.
Khoa Công nghệ Thông tin
Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Môn : Hệ điều hành
Slide 16
Chương 2 : Quản lý process & thread
Lập lịch cho các process chạy
Công việc “chuyển ngữ cảnh process” để dừng process hiện hành và
cho phép process khác chạy gồm các bước chính yếu sau đây :
1. Dừng process hiện hành (P1) lại.
2. Cất trạng thái của P1 vào record quản lý tương ứng để dùng 
sau.
3. Chọn 1 process (P2) trong bảng process để chạy tiếp (theo 
các tiêu chí nào đó).
4. Phục hồi trạng thái của P2 từ record quản lý.
5. Kích hoạt timer đếm khe thời gian.
6. Cho P2 tiếp tục chạy từ vị trí ngừng trước đây.
Công việc “chuyển ngữ cảnh process” là xác định, CPU có tốc độ
càng cao thì thực hiện chuyển ngữ cảnh càng nhanh (càng tốt ít thời 
gian).
9Khoa Công nghệ Thông tin
Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Môn : Hệ điều hành
Slide 17
Chương 2 : Quản lý process & thread
Lập lịch cho các process chạy
Độ lớn của khe thời gian được xác định bằng cách dùng hòa giữa 2 
yêu cầu mâu thuẫn nhau :
1. Sao cho các ứng dụng chạy hiệu quả nhất : để được yêu cầu 
này, ta phải chọn khe càng lớn càng tốt để tỉ lệ thời gian 
process chạy thực sự/thời gian chuyển ngữ cảnh trong từng 
khe là lớn nhất.
2. Sao cho ứng dụng tương tác nhanh với người dùng để lừa họ
rằng ứng dụng luôn luôn chạy (chứ không phải chạy cà giựt) : 
để được yêu cầu này, ta phải chọn khe càng nhỏ càng tốt để
khoảng cách thời gian giữa 2 lần chạy liên tiếp của process là
nhỏ nhất.
Hiện nay, khe thời gian thường ở mức vài ms để 1 process có thể
chạy nhiều lần (>20) trong 1 giây.
Khoa Công nghệ Thông tin
Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Môn : Hệ điều hành
Slide 18
Chương 2 : Quản lý process & thread
2.6 Các phương pháp lập lịch cho các process
Trong việc “chuyển ngữ cảnh process”, bước chọn 1 process trong 
bảng process để chạy tiếp cần được nói rõ thêm. Tùy theo các tiêu 
chí cần đạt được mà ta sẽ chọn phương pháp nào. Hiện người ta đã 
đề nghị nhiều phương pháp, nhưng mỗi phương pháp chỉ đáp ứng 1 
vài tiêu chí cú thể. Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu 4 phương pháp 
điền hình :
1. Phương pháp Round-robin
2. Phương pháp dựa vào quyền ưu tiên
3. Phương pháp dùng nhiều hàng chờ quyền ưu tiên
4. Phương pháp cho process ngắn chạy trước.
10
Khoa Công nghệ Thông tin
Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Môn : Hệ điều hành
Slide 19
Chương 2 : Quản lý process & thread
Phương pháp Round-robin
Tiêu chí đạt được : xử lý các process theo tinh thần bình đẳng.
Ý tưởng :
- Dùng 1 hàng chờ trật tự (danh sách liên kết), process nào đến 
yêu cầu chạy trước được nằm trước, process nào yêu cầu sau 
phải nằm sau. 
- Khi hết khe thời gian mà vẫn cần chạy tiếp (thường là vậy), 
process phải quay về đuôi hàng chờ để được giải quyết cho lần 
chạy sau.
Khoa Công nghệ Thông tin
Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Môn : Hệ điều hành
Slide 20
Chương 2 : Quản lý process & thread
Phương pháp Round-robin
‰ Tùy góc nhìn mà tiêu chí bình đẳng có đạt được không ?
‰ Theo góc nhìn toán học và lý thuyết thì phương pháp Round-
robin đạt được tiêu chí bình đẳng hầu như tuyệt đối.
‰ Tuy nhiên trong thực tế, vì yêu cầu dùng CPU để chạy giải thuật 
của từng process rất khác nhau, có process rất phức tạp chạy 
nhiều ngày mới xong, có process rất đơn giản chỉ cần vài giây, 
thậm chí vài ms là xong rồi nên phương pháp Round-robin trở
nên rất bất bình đẳng thực tế.
11
Khoa Công nghệ Thông tin
Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Môn : Hệ điều hành
Slide 21
Chương 2 : Quản lý process & thread
Phương pháp dựa vào quyền ưu tiên
Tiêu chí đạt được : xử lý các process theo quyền ơu tiên của từng 
process : process có quyền cao thì được chạy nhiều hơn process 
có độ ưu tiên thấp.
Ý tưởng :
- Vị trí chờ của process trong hàng chờ không quan trọng,
- Mỗi process có chỉ số quyền ưu tiên xác định (lấy từ quyền ưu 
tiên của user kích hoạt process). 
- Khi cần chọn process chạy tiếp, hệ thống sẽ chọn process có 
độ ưu tiên cao nhất trong hàng chờ, bất chấp nó đến trước hay 
sau.
- Khi hết khe thời gian mà vẫn cần chạy tiếp (thường là vậy), 
process phải quay về hàng chờ để được giải quyết cho lần 
chạy sau.
Khoa Công nghệ Thông tin
Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Môn : Hệ điều hành
Slide 22
Chương 2 : Quản lý process & thread
Phương pháp dựa vào quyền ưu tiên
‰ Khuyết điểm chính của phương pháp này là rất dễ dẫn đến tình 
trạng “tắt nghẻn có chọn lọc” : process có quyền ưu tiên thấp sẽ
phải chờ rất lâu, thậm chí là không thời hạn vì luôn có process 
quyền ưu tiên cao hơn mình nằm trong hàng chờ (trình trạng này 
dễ xảy ra).
12
Khoa Công nghệ Thông tin
Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Môn : Hệ điều hành
Slide 23
Chương 2 : Quản lý process & thread
Phương pháp dùng nhiều hàng chờ
Tiêu chí đạt được : dung hòa giữa 2 phương pháp Round-robin và
dựa vào quyền ưu tiên để khắc phục các khuyết điểm của chúng.
Ý tưởng :
- Tạo nhiều hàng chờ khác nhau, mỗi hàng dành cho các 
process cùng quyền ưu tiên tương ứng. Trong hàng, process 
nào đến trước được xử lý trước.
- Khi cần chọn 1 process chạy tiếp, hệ thống sẽ dò tuần tự từng 
hàng chờ theo thứ tự quyền ưu tiên từ cao xuống thấp, hàng 
chờ nào có process thì chọn process ở đầu hàng đề chạy tiếp.
- Khi hết khe thời gian mà vẫn cần chạy tiếp (thường là vậy), 
process phải quay về hàng chờ để được giải quyết cho lần 
chạy sau.
Khoa Công nghệ Thông tin
Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Môn : Hệ điều hành
Slide 24
Chương 2 : Quản lý process & thread
Phương pháp dùng nhiều hàng chờ
13
Khoa Công nghệ Thông tin
Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Môn : Hệ điều hành
Slide 25
Chương 2 : Quản lý process & thread
Phương pháp dùng nhiều hàng chờ
Ý tưởng (tt) :
- Quyền ưu tiên của process được thiết lập lần đầu dựa vào 
quyền của user kích hoạt nó. Theo thời gian chạy, tùy tính chất 
chạy của process mà hệ thống sẽ hiệu chỉnh lại cho phù hợp.
- Process sẽ được tăng quyền ưu tiên khi (1) chờ N khe thời gian 
mà chưa chạy được, (2) dùng CPU rất hiệu quả chứ không chờ
I/O, (3)…
- Process sẽ bị giảm quyền ưu tiên khi (1) chạy được N khe thời 
gian rồi, (2) dùng CPU rất kém hiệu quả vì phải chờ I/O quá
nhiều, (3)…
Khoa Công nghệ Thông tin
Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Môn : Hệ điều hành
Slide 26
Chương 2 : Quản lý process & thread
Phương pháp cho process ngắn chạy trước
Tiêu chí đạt được : cho người dùng cảm thấy hệ thống chạy hiệu 
quả nhất.
Ý tưởng :
- Theo góc nhìn người dùng, họ nói hệ thống chạy càng hiệu quả
khi thấy thời gian đáp ứng cho phần mềm của họ nhanh nhất.
- Thời gian đáp ứng phần mềm của hệ thống là khoảng thời gian 
từ lúc phần mềm được kích hoạt chạy đến lúc nó hoàn thành 
nhiệm vụ.
- Thời gian đáp ứng cho từng phần mềm riêng lẻ không có độ tin 
cậy cao, do đó người ta dùng thời gian đáp ứng trung bình của 
hệ thống cho n phần mềm trong khoảng thời gian khảo sát làm 
thước đo độ hiệu quả của hệ thống.
14
Khoa Công nghệ Thông tin
Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Môn : Hệ điều hành
Slide 27
Chương 2 : Quản lý process & thread
Phương pháp cho process ngắn chạy trước
Ý tưởng (tt) :
- Để hệ thống đáp ứng tốt nhất, ta nên chọn process ngắn nhất 
chạy trước rồi cứ thế đến process dài nhất sau cùng.
- Thí dụ tại thời điểm t0, có 4 process sau cần chạy : P1 chạy 
tốn 70s, P2 chạy tốn 10s, P3 chạy tốn 2s, P4 chạy tốn 1s.
- Nếu ta lập lịch cho P1 chạy trước rồi mới tới P2, rồi P3 rồi P4 
thì thời gian đáp ứng trung bình cho 4 phần mềm trên là : 
(70+80+82+83)/4 = 78.75s.
- Còn nếu ta lập lịch theo phương pháp cho process ngắn nhất 
chạy trước thì thứ tự chạy sẽ là P4 → P3 → P2 → P1 và thời 
gian đáp ứng trung bình cho 4 phần mềm trên là : 
(1+3+13+83)/4 = 25s.

File đính kèm:

  • pdfBài giảng môn Hệ điều hành - Chương 2 Quản lý Process & Thread.pdf