Bài giảng Hệ điều hành - Chương 8: Quản lý tiến trình

HỆ ĐIỀU HÀHH Quản lý tiến trình -9.*- Quaûn lyù quaù trình Khaùi nieäm cô baûn Ñònh thôøi CPU Caùc taùc vuï cô baûn: taïo/keát thuùc quaù trình Söï coäng taùc giöõa caùc quaù trình Giao tieáp giöõa caùc quaù trình -9.*- Khaùi nieäm cô baûn Heä thoáng maùy tính thöïc thi nhieàu chöông trình khaùc nhau Batch system: jobs Time-shared systems: user programs, tasks Job  process Quaù trình (process) moät chöông trình ñang thöïc thi Moät quaù trình bao goàm Text section (program code), data section (chöùa global variables) Hoaït ñoäng hieän thôøi: program counter (PC), process status word (PSW), stack pointer (SP), memory management registers -9.*- Khaùi nieäm cô baûn -9.*- Khôûi taïo quaù trình Caùc böôùc heä ñieàu haønh khôûi taïo quaù trình Caáp phaùt moät ñònh danh duy nhaát (process number hay process identifier, pid) cho quaù trình Caáp phaùt khoâng gian nhôù ñeå naïp quaù trình Khôûi taïo khoái döõ lieäu process control block (PCB) cho quaù trình PCB laø nôi heä ñieàu haønh löu caùc thoâng tin veà quaù trình Thieát laäp caùc moái lieân heä caàn thieát (vd: saép PCB vaøo haøng ñôïi ñònh thôøi,…) -9.*- Caùc traïng thaùi cuûa quaù trình Caùc traïng thaùi cuûa quaù trình (process states): new: quaù trình vöøa ñöôïc taïo ready: quaù trình ñaõ coù ñuû taøi nguyeân, chæ coøn caàn CPU running: caùc leänh cuûa quaù trình ñang ñöôïc thöïc thi waiting: hay laø blocked, quaù trình ñôïi I/O hoaøn taát, tín hieäu. terminated: quaù trình ñaõ keát thuùc. -9.*- Caùc traïng thaùi cuûa quaù trình Caùc traïng thaùi cuûa quaù trình (process states): -9.*- Process control block Moãi quaù trình trong heä thoáng ñeàu ñöôïc caáp phaùt moät process control block (PCB) PCB laø moät trong caùc caáu truùc döõ lieäu quan troïng nhaát cuûa heä ñieàu haønh -9.*- Không gian địa chỉ Văn bản Đoạn mã chương trình Dữ liệu Dữ liệu được cấp phát tĩnh Vùng nhớ heap Dữ liệu được cấp phát động Ngăn xếp Hỗ trợ lời gọi hàm Logical address space -9.*- Process control block -9.*- Chuyeån ngöõ caûnh (context switch) Ngöõ caûnh (context) cuûa moät quaù trình laø traïng thaùi cuûa quaù trình Ngöõ caûnh cuûa quaù trình ñöôïc bieåu dieãn trong PCB cuûa noù Chuyeån ngöõ caûnh (context switch) laø coâng vieäc giao CPU cho quaù trình khaùc. Khi ñoù caàn: löu ngöõ caûnh cuûa quaù trình cuõ vaøo PCB cuûa noù naïp ngöõ caûnh töø PCB cuûa quaù trình môùi ñeå quaù trình môùi thöïc thi -9.*- Chuyeån ngöõ caûnh (context switch) -9.*- Yeâu caàu ñoái vôùi heä ñieàu haønh Hoã trôï söï thöïc thi luaân phieân giöõa nhieàu quaù trình Hieäu suaát söû duïng CPU Thôøi gian ñaùp öùng Phaân phoái taøi nguyeân heä thoáng hôïp lyù traùnh deadlock, trì hoaõn voâ haïn ñònh,… Cung caáp cô cheá giao tieáp vaø ñoàng boä hoaït ñoäng caùc quaù trình Cung caáp cô cheá hoã trôï user taïo/keát thuùc quaù trình -9.*- Quaûn lyù caùc quaù trình: caùc haøng ñôïi Ví duï running ready waiting 7 11 4 2 17 19 15 process number caùc PCB -9.*- Ñònh thôøi quaù trình Taïi sao phaûi ñònh thôøi? Multiprogramming Coù nhieàu quaù trình phaûi thöïc thi luaân phieân nhau Muïc tieâu: cöïc ñaïi hieäu suaát söû duïng cuûa CPU Time-sharing Cho pheùp users töông taùc khi quaù trình ñang thöïc thi Muïc tieâu: toái thieåu thôøi gian ñaùp öùng Moät soá khaùi nieäm cô baûn Caùc boä ñònh thôøi (scheduler) Caùc haøng ñôïi ñònh thôøi (scheduling queue) -9.*- Ñònh thôøi quaù trình Taïi sao phaûi ñònh thôøi? Multiprogramming Coù nhieàu quaù trình phaûi thöïc thi luaân phieân nhau Muïc tieâu: cöïc ñaïi hieäu suaát söû duïng cuûa CPU Time-sharing Cho pheùp users töông taùc khi quaù trình ñang thöïc thi Muïc tieâu: toái thieåu thôøi gian ñaùp öùng Moät soá khaùi nieäm cô baûn Caùc boä ñònh thôøi (scheduler) Caùc haøng ñôïi ñònh thôøi (scheduling queue) -9.*- Caùc taùc vuï ñoái vôùi quaù trình Taïo quaù trình môùi (process creation) Moät quaù trình coù theå taïo quaù trình môùi thoâng qua moät system call (vd: fork trong Unix) Ví duï: (Unix) Khi user ñaêng nhaäp heä thoáng, moät command interpreter (shell) seõ ñöôïc taïo ra cho user Quaù trình ñöôïc taïo laø quaù trình con cuûa quaù trình taïo, quaù trình cha. Quan heä cha-con ñònh nghóa moät caây quaù trình. -9.*- Caây quaù trình trong Linux/Unix Ví duï -9.*- Caùc taùc vuï ñoái vôùi quaù trình Taïo quaù trình môùi Chia seû taøi nguyeân cuûa quaù trình cha Quaù trình cha vaø con chia seû moïi taøi nguyeân Quaù trình con chia seû moät phaàn taøi nguyeân cuûa cha Trình töï thöïc thi Quaù trình cha vaø con thöïc thi ñoàng thôøi (concurrently) Quaù trình cha ñôïi ñeán khi caùc quaù trình con keát thuùc. -9.*- Caùc taùc vuï ñoái vôùi quaù trình Taïo quaù trình môùi  Keát thuùc quaù trình Quaù trình töï keát thuùc Quaù trình keát thuùc khi thöïc thi leänh cuoái vaø goïi system routine exit Quaù trình keát thuùc do quaù trình khaùc (coù ñuû quyeàn, vd: quaù trình cha cuûa noù) Goïi system routine abort vôùi tham soá laø pid (process identifier) cuûa quaù trình caàn ñöôïc keát thuùc Heä ñieàu haønh thu hoài taát caû caùc taøi nguyeân cuûa quaù trình keát thuùc (vuøng nhôù, I/O buffer,…) -9.*- Coäng taùc giöõa caùc quaù trình Trong quaù trình thöïc thi, caùc quaù trình coù theå coäng taùc (cooperate) ñeå hoaøn thaønh coâng vieäc Caùc quaù trình coäng taùc ñeå Chia seû döõ lieäu (information sharing) Taêng toác tính toaùn (computational speedup) Neáu heä thoáng coù nhieàu CPU, chia coâng vieäc tính toaùn thaønh nhieàu coâng vieäc tính toaùn nhoû chaïy song song Thöïc hieän moät coâng vieäc chung Xaây döïng moät phaàn meàm phöùc taïp baèng caùch chia thaønh caùc module/process hôïp taùc nhau Söï coäng taùc giöõa caùc quaù trình yeâu caàu heä ñieàu haønh hoã trôï cô cheá giao tieáp vaø cô cheá ñoàng boä hoaït ñoäng cuûa caùc quaù trình -9.*- Interprocess communication (IPC) IPC laø cô cheá cung caáp bôûi heä ñieàu haønh nhaèm giuùp caùc quaù trình giao tieáp vôùi nhau vaø ñoàng boä hoaït ñoäng maø khoâng caàn chia seû khoâng gian ñòa chæ IPC coù theå ñöôïc cung caáp bôûi message passing system -9.*- Message passing system Laøm theá naøo ñeå caùc quaù trình giao tieáp nhau? Naming Giao tieáp tröïc tieáp send(P, msg): göûi thoâng ñieäp ñeán quaù trình P receive(Q, msg): nhaän thoâng ñieäp ñeán töø quaù trình Q Giao tieáp giaùn tieáp: thoâng qua mailbox hay port send(A, msg): göûi thoâng ñieäp ñeán mailbox A receive(Q, msg): nhaän thoâng ñieäp töø mailbox B Synchronization: blocking send, nonblocking send, blocking receive, nonblocking receive Buffering: duøng queue ñeå taïm chöùa message Zero capacity (no buffering) Bounded capacity: ñoä daøi cuûa queue laø giôùi haïn Unbounded capacity: ñoä daøi cuûa queue laø khoâng giôùi haïn