Bài giảng Hệ điều hành (Operating Systems) - Nguyễn Phan Trung - Chương 2: Khái niệm quá trình

Chương 2 KHÁI NiỆM QUÁ TRÌNH Mục đích và yêu cầu Mục đích: Hiểu được sự hình thành nên quá trình trong hệ thống như thế nào. Hiều được qui luật chuyển đổi các trạng thái của quá trình Yêu cầu: Viết ra được các sơ đồ trạng thái của quá trình. Nội dung Quá trình (Process) Định thời process(CPU scheduling) Các tác vụ trên process(tạo và kết thúc process) Process hợp tác (Cooperating Process) Giao tiếp liên process Interprocess Communication (IPC) I. Khái niệm quá trình(process) Os thực thi nhiều loại chương trinh khác nhau Batch system : thực hiện các job Time-sharing systems :thực hiện user programs or tasks Các thuật ngữ Job và process là tương tự hau Process một chương trình đang thực thi(executing proram), sự phát triền của process phải theo kiểu tuần tự. Một process bao gồm các phần Program counter (PC):– bộ đếm chương trình Stack : -ngăn xếp Data section:- đọan dữ liệu So sánh process và program Process ≈ active Passive ≈ Program Yêu cầu đối với Os I.2 Process Control Block (PCB) Mỗi process trong hệ thống được diễn tả bởi một PCB: PCB Mỗi PCB CÁC BƯỚC NẠP PROCESS VÀO BỘ NHỚ Loader I.3 Các trạng thái của process Mô hình hai trạng thái running not running, có thể được giữ trong hàng Mô hình 5 trạng thái (t.t) Khi process thực thi nó có thể thay đổi trạng thái (state) New: process được khởi tạo Running: process ở trong CPU các lệnh đang được thực hiện Ready: process đang chờ đến lượt để được thực thi. Blocked: process đang chờ một sự khiện nào đó xuất hiện Exit: completed/error exit Chỉ có 1 process ở running trên mỗi procesor tại một thời điểm Có nhiều process ờ ready và blocked tại một thời điểm Ví dụ về trạng thái của process Các trạng thái của process(t.t) Các trạng thái của process(t.t) Các trạng thái của process(t.t) Lưu đồ 7-trạng thái của process II. Định thời Process(process scheduling) Là cơ sở cho các hệ thống multiprogramming và Time Sharing Multiprogramming: Có nhiều process phải thực thi luân phiên nhau Cưc đại hiệu suất của CPU Time Sharing : Cho phép users tương tác khi program đang chạy Tối thiểu thời gian đáp ứng Các hàng đợi định thời Hàng đợi Ready & I/O Device Định thời Process Các bộ định thời(schedulers) Các bộ định thời(t.t) Chuyển ngữ cảnh (context switch)(CPU chuyển giữa các process) Chuyển ngữ cảnh (t.t) Các bước chuyển ngữ cảnh Chuyển ngữ cảnh xẩy ra khi nào Các ví dụ về Interrupt Medium Term Scheduling III. Các tác vụ lên process Các process trong hệ thống có thể được thực thi đồng thời và chúng phải được tạo và xóa một cách năng động. vì vậy Os phải cung cấp cơ cấu để tạo (process creation) và kết thúc (process Termination) III.1 Tạo process (process creation) Mối quan hệ cha/con Cây process trong UNIX Mối quan hệ cha/con(t.t) III.2 Kết thúc thực thi process (process Termination) Kết thúc thực thi process(t.t) IV. Các Process hợp tác Process độc lập (Independent process): 	không thể tác động hay chịu tác động bởi sự thực hiện của process khác. Process hợp tác (cooperating process): Có thể tác động hoặc chịu sự tác động bởi sự thực hiện của process khác. Vd: process này chia sẻ data với process kia Các process hợp tác (tiếp) Ưu điểm: Chia sẻ thông tin	-information sharing Tăng tốc độ tính toán	- computation speed-up Mô-dun hóa	-Modularity Sự tiện lợi – converience (vd user cùng thực hiệ soạn thảo, in ấn, biên dịch song song). Bài tóan Producer-Consumer Mô hình cho các process hợp tác, quá trình sản xuất (producer process) tạo ra các thông tin để các quá trình tiêu thụ (consumer producer) sử dụng. Sự trao đổi thông tin thực hiện qua buffer Unbounded-buffer: giả thiết kích thước buffer vô hạn Bounded-buffer: thừa nhận có một kích thước buferr cố định Producer và consumer phải được đồng bộ họat động Consumer không thể sử dụng một data mà producer chưa kịp tạo ra Producer không được tạo thêm sản phẩm khi buffer đã đầy (bounded buffer) Hiện thực buffer Shared memory Interprocess communcation facility(IPC) Ví dụ Shared Bounded-Buffer Shared Bounded-Buffer(t.t) V.Giao tiếp liên quá trình Interprocess Communication (IPC) Lả cơ chế để các process giao tiếp và đồng bộ các hành động của chúng mà không phải dùng chung resourcese Khả năng IPC cung cấp 2 họat động: send(message):- kích thước của message cố định hoặc biến đổi receive(massage) Nếu các quá trình P và Q muốn giao tiếp chúng cần phải: thiết lập một liên kết giao tiếp (communication link) giữa chúng trao đổi các message qua các họat động send/receive Sự thực hiện của communication link physical (vd shared memory, hardware bus) logical (vd : logical properties) Hiện thực IPC? Direct Communication Các quá trình phải xác định rõ tên của nhau: Send(P,message):- gửi 1 message tới quá trình P. Receiver(Q,message):- nhận 1 message từ quá trình Q Các đặc tính của communication link: Các liên kết được thiết lập tự động Mối liên kết được gắn với duy nhất một cặp process giao tiếp với nhau. Giữa mỗi cặp process tồn tại duy nhất 1 liên kết Liên kết thường là 2 chiều (bi-directional) hoặc có thể có 2 liên kết một chiều (undirectional) P to Q, Q to P. Indirect Communication Các message được gửi và nhận từ các mailbox (còn được gọi là port) Mỗi mailbox có duy nhất một id Các process chỉ có thể giao tiếp nếu chúng chia sẻ một mailbox Các đặc tính của communication link: Các liên kết được thiết lập chỉ khi nào process chia sẻ một mailbox chung. Một liên kết có thể được gắn với nhiều process Mỗi cặp process có thể chia sẻ một số communication link. Liên kết có thể là 2 chiều hoặc 1 chiều. Indirect Communication (tiếp) Các họat động Tạo/xóa một mailbox Send(A,message)- gửi 1 message tới mailbox A Receiver(A,message)- nhận 1 message từ mailbox A Vấn đề Mailbox sharing: P1,P2 và P3 chia sẻ mailbox A. P1 gửi P2 và P3 nhận Process nào nhận đượ message? Indirect Communication (tiếp) Giải pháp: 1 liên kết được gắn tối đa 2 process Cho phép tại 1 thời điểm chỉ 1 process thực hiện nhận message. Cho phép hệ thống tùy chọn process nhận. Process gửi được thông báo process nào nhận message. Các process khác nhận được 1 bản copy Sự đồng bộ hóa(Synchronization) Message passing có thể là khóa (blocking) hoặc không khóa (non-blocking). Blocking được coi là đồng bộ (synchronous) Blocking send: process gởi bị khóa đến khi message được nhận bởi process nhận hoặc bởi mailbox Blocking receive: process nhận/mailbox khóa đến khi nhận xong message Non-blocking: được coi là không đồng bộ (asynchronous) Non-blocking send: process-gửi gửi message rồi lại tiếp tục không quan tâm tới message có được nhận hay không Non-blocking receive: process-nhận /mailbox nhận message đúng hoặc vô dụng. Bộ đệm(buffering) Câu hỏi và bài tập Miêu tả sư khác nhau giữa các bộ định thời ngắn, trung gian và dài. Miêu tả các hành động diễn ra chuyển ngữ cảnh giữa các quá trình bởi “Kernel”