События, приводящие к созданию процессов и завершению процессов.

Для создания нового процесса существующий процесс клонирует самого себя с помощью системного вызова fork. Результатом является получение копии исходного процесса, имеющей лишь некоторые отличия. В частности, новому процессу присваивается новый идентификатор, и учет ресурсов ведется для него независимо от предка.

Системный вызов fork обладает уникальным свойством: он возвращает сразу два значения. В порожденном процессе эта функция возвращает 0, а в родительском — идентификатор потомка. Поскольку в остальном процессы идентичны, они должны проверять это значение, чтобы определить, в какой роли следует выступать дальше.

После выполнения системного вызова fork новый процесс обычно запускает новую программу с помощью одного из системных вызовов семейства exec. Все вызовы семейства exec производят приблизительно одинаковые действия: они замещают сегмент кода процесса и устанавливают сегменты данных и стека в исходное состояние. Формы вызовов exec отличаются только способами указания аргументов командной строки и переменных среды, передаваемых новой программе.

Когда система загружается, ядро самостоятельно создает несколько процессов. Наиболее важный из них — процесс init, идентификатор которого всегда равен 1. Программа init отвечает за вызов командного интерпретатора для выполнения стартовых сценариев, если они используются в системе. Все процессы, кроме тех, что создаются ядром, являются потомками процесса init.

Программа init играет и другую важную роль в управлении процессами. Когда процесс завершается, он вызывает функцию _exit(), чтобы уведомить ядро о своей готовности прекратить работу. В качестве параметра функции _exit() передается код завершения — целое число, указывающее на причину останова процесса. По соглашению нулевой код завершения означает, что процесс окончился успешно.

В UNIX требуется, чтобы, прежде чем процесс окончательно исчезнет, его удаление было подтверждено родительским процессом с помощью системного вызова wait. Данная функция возвращает код завершения потомка и, если требуется, статистику использования ресурсов. По этой причине ядро должно хранить код завершения, пока родительский процесс не запросит его. По окончании дочернего процесса его адресное пространство освобождается, время центрального процессора ему не выделяется, однако в таблице процессов ядра сохраняется запись о нем. Процесс в этом состоянии называется зомби.

Описанный механизм работает нормально, если родительский процесс завершается позже порожденных им процессов и добросовестно выполняет системные вызовы wait для того, чтобы все процессы-зомби были уничтожены. Если же родительский процесс завершается первым, то ядро понимает, что вызова wait не последует, и переназначает все процессы-зомби программе init. Она обязана принять "осиротевшие" процессы и ликвидировать их, осуществив для каждого из этих процессов вызов wait.

 

13.  Алгоритм планирования RR. Анализ алгоритма с использованием простой модели очередности исполнения процессов. Влияние величины кванта времени на производительность процессов.

Round Robin (RR). Модификацией алгоритма FCFS является алгоритм, получивший название Round Robin (Round Robin – это вид детской карусели). По сути дела, это тот же самый алгоритм, только реализованный в режиме вытесняющего планирования. Можно представить себе все множество готовых процессов организованным циклически – процессы сидят на карусели. Карусель вращается так, что каждый процесс находится около процессора небольшой фиксированный квант времени, обычно 10 – 100 миллисекунд. Пока процесс находится рядом с процессором, он получает процессор в свое распоряжение и может исполняться.

 

First-Come, First-Served (FCFS - первым пришел, первым обслужен). Представим себе, что процессы, находящиеся в состоянии готовность, выстроены в очередь. Когда процесс переходит в состояние готовность, он помещается в конец этой очереди. Выбор нового процесса для исполнения осуществляется из начала очереди с удалением оттуда ссылки на него. Очередь подобного типа имеет в программировании специальное наименование – FIFO, сокращение от First In, First Out (первым вошел, первым вышел).

 

Такой алгоритм выбора процесса осуществляет невытесняющее планирование. Процесс занимает столько процессорного времени, сколько ему необходимо. После этого для выполнения выбирается новый процесс из начала очереди.

 

Преимуществом алгоритма FCFS является легкость его реализации, но в то же время он имеет и много недостатков. Если у нас есть процесс с длительным временем исполнения, то короткие процессы, перешедшие в состояние готовность после длительного процесса, будут очень долго ждать начала выполнения. Поэтому алгоритм FCFS практически неприменим для систем разделения времени – слишком большим получается среднее время отклика в интерактивных процессах.