Какие элементы выделяют на диаграмме состояний процессов. Как при этом реализуется механизм смены состояний процессов.

Каждая диаграмма состояний описывает все возможные состояния одного экземпляра определенного класса и возможные последовательности его переходов из одного состояния в другое, то есть моделирует все изменения состояний объекта как его реакцию на внешние воздействия.

Процесс, находящийся в состоянии процесс исполняется, может через некоторое время завершиться или быть приостановлен ОС и снова переведен в состояние процесс не исполняется. Приостановка процесса может произойти, например, по следующим причинам: для его дальнейшей работы потребовалось возникновение какого-либо события (например, завершения операции ввода-вывода) или истек временной интервал, отведенный ОС для работы этого процесса.

После этого ОС по определенному алгоритму выбирает для исполнения один из процессов, находящихся в состоянии процесс не исполняется, и переводит его в состояние процесс исполняется. Новый процесс, появляющийся в системе, первоначально помещается в состояние процесс не исполняется.

 

59. В чем заключается планирование использования процессора? Какие задачи предполагаются к решению при планировании?

Планирование – это работа по определению того, в какой момент времени прервать выполнение одного процесса и какому процессу предоставить возможность выполняться. Планирование использования процессора впервые возникает в мультипрограммных вычислительных системах, где в состоянии готовность могут одновременно находиться несколько процессов. Планирование процессов включает в себя решение следующих задач:

· определение момента времени для смены выполняемого процесса;

· выбор процесса на выполнение из очереди готовых процессов;

· переключение контекстов «старого» и «нового» процессов.

·

60. В чем заключается диспетчеризация процессов? В чем ее отличие от планирования? Какие основные задачи при этом должны быть решены?

Диспетчеризация – это реализация решения, найден ного в результате планирования. Задачами диспетчеризации являются:

· сохранение контекста текущего потока;

· загрузка контекста нового потока;

· запуск нового потока на выполнение.

 

 

61. Какие выделяют уровни планирования? Чем характеризуется каждый из уровней?

При построении алгоритмов планирования выделяют три различных уровня, которые обуславливают особенности работы этих алгоритмов:

· долгосрочное;

· краткосрочное;

· среднесрочное.

Долгосрочное планирование характеризуется тем, что:

· отвечает за порождение новых процессов в системе, определяя ее степень мультипрограммирования;

· осуществляется достаточно редко (между появлением процессов могут проходить минуты и даже десятки минут);

· оказывает влияние на функционирование вычислительной системы на протяжении достаточно длительного времени;

· в некоторых ОС сведено к минимуму или отсутствует совсем.

Краткосрочное планирование характеризуется тем, что:

· применяется при планировании использования процессора (например, при обращении исполняющегося процесса к устройствам ввода-вывода или по завершении определенного интервала времени);

· осуществляется не реже одного раза в 100 миллисекунд;

· оказывает влияние на функционирование системы до наступления очередного аналогичного события.

Среднесрочное планирование, в свою очередь, характеризуется тем, что применяется в вычислительных системах для повышения производительности при Временном удалении какого-либо частично выполнившегося процесса из оперативной памяти на диск, а позже – его возвращение для дальнейшего выполнения («swapping»)

 

62. Какие основные цели и свойства алгоритмов планирования?

· Справедливость. Гарантировать каждому заданию или процессу определенную часть времени использования процессора в компьютерной системе, стараясь не допустить «захвата» процессора одним процессом.

· Эффективность. Постараться занять процессор на 100 % рабочего времени, не позволяя простаивать ему в ожидании процессов, готовых к исполнению. В реальных вычислительных системах загрузка процессора составляет 40…90 %.

· Сокращение полного времени выполнения. Обеспечить минимальное время между стартом процесса или постановкой задания в очередь для исполнения и его завершением.

· Сокращение времени ожидания. Сократить время, которое проводят процессы в состоянии готовность в очереди для исполнения.

· Сокращение времени отклика. Минимизировать время, которое требуется процессу в интерактивных системах для ответа на запрос пользователя.

Кроме целей планирования, которые необходимо достигнуть, желательно также, чтобы алгоритмы обладали следующими свойствами:

· Предсказуемость. Одно и то же задание должно выполняться приблизительно за одно и то же время.

· Минимальные накладные расходы. По сути означает, что Т исполнения процесса >> Твыбора процесса. Другими словами, если на каждые 100 миллисекунд, выделенные процессу для использования процессора, будут приходиться 200 миллисекунд на определение того, какой именно процесс получит процессор в свое распоряжение, и на переключение контекста, то такой алгоритм, очевидно, применять не стоит.

· Равномерная загрузка ресурсов вычислительной системы, отдавая предпочтение тем процессам, которые будут занимать малоиспользуемые ресурсы.

· Масштабируемость. Рост количества процессов в системе в два раза не должен приводить к увеличению полного времени выполнения процессов на порядок.

63. Что такое параметры планирования? Какие виды параметров выделяют?

Среди параметров планирования вычислительной системы выделяют следующие:

· Статические (не изменяемые в ходе функционирования) – предельные значения ресурсов системы: размер оперативной памяти,максимальное количество памяти на диске для осуществления свопинга, количество подключенных устройств ввода-вывода и т. п.);

· Динамические (изменяемые в ходе функционирования) – значения ресурсов системы на текущий момент.

К статическим параметрам процессов относятся характеристики, как правило, присущие заданиям уже на этапе загрузки:

· Пользователь, запустивший процесс;

· Приоритетность выполнения поставленной задачи;

· Соотношение процессорного времени и времени, необходимого для осуществления операций ввода-вывода;

· Номенклатура (оперативная память, устройства ввода-вывода, специальные библиотеки и системные программы и т. д.) и величина необходимых заданию ресурсов вычислительной системы.

Алгоритмы долгосрочного планирования процессов используют в своей работе:

· Параметры вычислительной системы (статические и динамические);

· Статические параметры процессов (динамические параметры процессов на этапе загрузки заданий еще не известны);

64. Какие виды планирования выделяют?

Существует два основных вида алгоритмов планирования процессов – невытесняющие, (применяются в ОС NetWare) и вытесняющие (применяются в ОС Unix, Windows, OS/2, VMS).

· Невытесняющая многозадачность – это способ планирования процессов, при котором активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление планировщику ОС для того, чтобы тот выбрал из очереди другой, готовый к выполнению процесс.

· Вытесняющая многозадачность – это такой способ планирования, при котором решение о переключении процессора с выполнения одного процесса на выполнение другого принимается планировщиком ОС, а не самим активным процессом.

Алгоритмы планирования могут быть:

· Основаны на квантовании;

· Основаны на приоритетах.

65. Какие разновидности приоритетного планирования выделяют?

Выделяют две разновидности приоритетного планирования: обслуживание с относительными приоритетами и обслуживание с аб- солютными приоритетами. В обоих случаях выбор потока на выполнение из очереди готовых осуществляется одинаково – выбирается поток, имеющий наивысший приоритет. Отличие заключается в определении момента смены активного потока. В системах с относительными приоритетами активный поток выполняется до тех пор, пока он сам не покинет процессор, перейдя в состояние ожидания (или произойдет ошибка, или поток завершится). В системах с абсолютными приоритетами выполнение активного потока прерывается, если в очереди готовых потоков появился поток, приоритет которого выше приоритета активного потока

 

66. Какие существуют алгоритмы планирования? В чем заключаются их достоинства и недостатки?

FCFS. Простейшим алгоритмом планирования – First Come, First Served (первым пришел, первым обслужен). Преимуществом алгоритма FCFS является легкость его реализации, недостатками – среднее время ожидания и среднее полное время выполнения для этого алгоритма существенно зависят от порядка расположения процессов в очереди

Round Robin. Модификацией алгоритма FCFS. По сути, это алгоритм FCFS, только реализованный в режиме вытесняющего планирования (очередной процесс передается на исполнение по таймеру по истечении определенного кванта времени). На производительность алгоритма RR существенно влияет величина кванта времени – при очень больших величинах кванта алгоритм RR вырождается в алгоритм FCFS, при очень малых – создается иллюзия того, что каждый из n процессов работает на собственном виртуальном процессоре с производительностью ~ 1/n от производительности реального процессора

Shortest Job First. Если выбирать процесс не по порядку (как в FCFS и RR), а основываясь на его минимальном времени непрерывного использования процессора, то это позволит повысить производительность алгоритма планирования использования процессора. Описанный алгоритм получил название «кратчайшая работа первой». Основную сложность при реализации алгоритма SJF представляет невозможность точно знать в каждом случае время исполнения очередного процесса.