Лабораторная работа. Вычислительные процессы и ресурсы. Компоненты вычислительного процесса

 

Цель работы: получить практические навыки использования средств, предоставляющих информацию о компонентах вычислительного процесса.

 

Общие сведения

Последовательный вычислительный процесс – это отдельная программа с ее данными, выполняющаяся на последовательном процессоре (т.е. таком процессоре, на котором текущая команда выполняется после завершения предыдущей). В качестве примеров процессов можно привести прикладные программы пользователей, утилиты и другие системные обрабатывающие программы. Процессом может быть редактирование текста, трансляция исходной программы, ее компоновка, исполнение. Трансляция какой-нибудь исходной программы является одним процессом, а трансляция следующей исходной программы – другим, т.к. транслятор выступает как одна и та же программа, но обрабатываемые данные являются разными.

Каждый процесс всегда состоит, по крайней мере, из одно­го потока выполнения, и только если имеется внутренний параллелизм, програм­мист может «расщепить» один поток на несколько параллельных. Потребность в потоках возникла еще в однопроцессорных вычислительных системах, поскольку они позволяли организовать вычисления более эффективно. Для использования достоинств многопроцессорных систем с общей памятью потоки уже просто необ­ходимы, так как позволяют не только реально ускорить выполнение тех задач, ко­торые допускают их естественное распараллеливание, но и загрузить процессор­ные элементы работой, с тем, чтобы они не простаивали. Однако желательно свести к минимуму взаимодействие потоков меж­ду собой. Каждый поток выполняется строго последовательно и имеет свой собственный программный счетчик и стек. Потоки, как и процессы, могут порождать потоки-потомки. Подобно традиционным процессам (то есть процессам, состоящим из одного по­тока), каждый поток может находиться в одном из активных состояний. Пока один поток заблокирован (или просто находится в очереди готовых к исполнению за­дач), другой поток того же процесса может выполняться.

Концепция процесса преследует цель - выработать механизмы распределения и управления ресурсами - многократно используемыми, относительно стабильными и часто недостающими объектами, которые запрашиваются, задействуются или освобождаются в период их активности. Ресурсы могут быть разделяемыми, когда несколько процессов используют их одновременно или параллельно (попеременно в течение некоторого интервала времени), и неделимыми.

Современные операционные системы содержат встроенные средства, позволяющие получить полную информацию о компонентах вычислительного процесса.

Диспетчер задач (task manager) позволяет получить информацию об организации вычислительного процесса с детализацией до выполняющихся прикладных программ и процессов, но не позволяет отслеживать потоки.

Для запуска Диспетчера задач и просмотра компонентов вычислительного процесса выполнить следующие действия:

а) щелкнуть правой кнопкой мыши на панели задач и выбрать строку Диспетчер задач или нажать Пуск – Выполнить – набрать в поле ввода taskmgr;

б) для просмотра приложений перейти на вкладку Приложения. Здесь можно завершить приложение, переключиться на другую задачу, создать новую задачу;

в) просмотр процессов осуществляется переходом на вкладку Процессы. Таблица процессов включает в себя все процессы, запущенные в собственном адресном пространстве, в том числе все приложения и системные сервисы. Обратите внимание на процесс Бездействие системы – фиктивный процесс, занимающий процессор при простое системы;

г) для просмотра 16-разрядных процессов в меню Параметры выбрать команду Отображать 16-разрядные задачи;

д) для выбора просматриваемых показателей (характеристик) с помощью команды Выбрать столбцы (меню Вид), установить флажки рядом с показателем, которые требуется отображать.

Диспетчер задач позволяет получить обобщенную информацию об использовании основных ресурсов компьютера. Для этого необходимо выполнить следующие действия:

а) перейти на вкладку Быстродействие. Верхние два окна показывают интегральную загрузку процессора и хронологию загрузки. Нижние два окна – те же показатели, но по использованию памяти;

б) для просмотра использования процессора в режиме ядра (красный цвет) войти в меню Вид и щелкнуть на строке Вывод времени ядра.

В нижней части окна вкладки Быстродействие отображается информация о количестве процессов и потоков, участвующих в мультипрограммном вычислительном процесса, об общем количестве дескрипторов (описателей) объектов, созданных операционной системой, а также информация о доступной и выделенной памяти для реализации приложений. Приводятся сведения о выделении памяти под ядро ОС с указанием выгружаемой и невыгружаемой памяти ядра и объеме системного кэша.

С помощью Диспетчера задач можно узнать объемы памяти, используемые процессами. Для этого перейти на вкладку Процессы, которая отображает список исполняемых процессов и занимаемую ими память (в том числе физическую память), пиковое (максимальное) использование памяти и виртуальную память. Информация в Диспетчере задач не является полной. Таким образом,

а) в окне Диспетчера задач представлены процессы, зарегистрированные в Windows;

б) не включены драйверы устройств, некоторые системные службы;

в) требования к памяти отражают текущее состояние процесса;

г) в списке отражены объемы памяти, занятые приложениями в текущий момент;

д) нет возможности отследить изменения, поскольку не выводятся временные характеристики.

Для детального исследования вычислительного процесса предусмотрены следующие средства:

- Системный монитор и Оповещения;

- Журналы производительности.

Диспетчер устройств используют для обновления драйверов (или программного обеспечения) оборудования, изменения настроек оборудования, а также для устранения неполадок. В окне диспетчера устройств представлено графическое отображение оборудования, установленного на компьютер. Для открытия окна диспетчера устройств щелкнуть правой клавишей мыши по значку Мой компьютер и выбрать в контекстном меню строку свойства. В окне можно видеть устройства, которые подключены и работают, либо отключены. При установке устройства ему назначается набор системных ресурсов. Каждый ресурс должен быть уникальным для правильной работы устройства.

Кроме того, в ОС Windows имеется служебная программа Сведения о системе, с помощью которой можно получить информацию о системных ресурсах.

 

Задания к лабораторной работе

3.2.1 Рассмотреть процессы приложения Word, для чего следует запустить Word, щелкнуть правой клавишей мыши по названию приложения и в появившемся контекстном меню выбрать строку Перейти к процессам:

а) на вкладке Процессы посмотреть число потоков и другие характеристики процесса;

б) изменить приоритет процесса, для чего на вкладке Процессы щелкнуть правой кнопкой мыши по названию процесса и выбрать в контекстном меню строку Приоритет. В колонке Базовый приоритет отобразится его новое значение (следует обратить внимание на предупреждение);

в) изменить скорость обновления данных, для чего войти в меню Вид и выбрать команду Скорость обновления. Установить требуемую скорость обновления (высокая – каждые полсекунды, обычная – каждую секунду, низкая - каждые 4 секунды, приостановить – обновления нет). Следует иметь ввиду, что при повышении скорости мониторинга возрастают затраты ресурсов компьютера на работу операционной системы, что в свою очередь вносит погрешность в результаты мониторинга.

 

3.2.2 Исследовать любой из выбранных вычислительных процессов более детально, обратившись к Системному монитору и Оповещениям, а также Журналам производительности.

 

3.2.3 С помощью Диспетчера устройств ознакомиться с оборудованием, установленным на компьютер, и назначенным ему набором системных ресурсов.

 

3.2.4 С помощью служебной программы Сведения о системе получить информацию обо всех системных ресурсах, которыми располагает конкретная вычислительная система.

 

Требования к отчету

Отчет по работе выполняется на бумажном носителе и должен содержать:

- задание к работе;

- описание тех или иных действий, выполненных для получения результата, или листинги программ с комментариями;

- снимки экрана с результатами работы;

- выводы по каждому заданию.

 

3.4 Контрольные вопросы

3.4.1 Что представляет собой вычислительный процесс?

3.4.2 Приведите примеры вычислительных процессов.

3.4.3 С какой целью было введено понятие «поток выполнения»?

3.4.4 Какие виды ресурсов существуют?

3.4.5 Приведите примеры разделяемых и неделимых ресурсов.

3.4.6 Перечислите компоненты вычислительного процесса.

3.4.7 Какие средства системы позволяют получить информацию о компонентах процесса?

3.4.8 Для чего служит Диспетчер задач?

3.4.9 Какие Вы знаете служебные программы, которые позволяют сделать работу операционной системы более эффективной?

3.4.10 Какие сведения можно получить, обратившись к Журналам производительности?