Билет 22. Информация о процессах и потоках

Поля из записи табл. процессов

Управление процессов:

· Регистры

· Счетчик команд

· Слово состояния программы

· Указатель стека

· Состояние процесса

· Приоритет

· Параметры планирования

· Идентификатор процесса

· Родительский процесс

· Группа процесса

· Сигналы

· Время запуска процесса

· Использованное время процессора

· Время процессора, использованное дочерними процессами

· Время следующего аварийного сигнала

Задача получения списка выполняющихся в системе процессов является одной из основных при выполнении мониторинга ресурсов, как отдельного ПК, так и ЛВС в целом, поэтому для ее решения разработано значительное количество утилит, имеется встроенное системное средство – диспетчер задач.

Все перечисленные программные средства используют как функции Win32 API (ApplicationProgram Interface – прикладной программный интерфейс), так и функции еще одного базового интерфейса, называемого Native API (естественный API). Внешняя часть Native API пользовательского режима содержится в модуле ntdll.dll, «настоящий» интерфейс реализован в ntoskernel.exe – ядре операционной системы NT (NT operation system kernel). Функции Win32 API, как правило, обращаются к функциям Native API, отбрасывая часть полученной от них информации. Поэтому использование функций Native API позволяет получить, вообще говоря, более эффективное ПО.

К функциям Win32 API для получения информации о выполняющихся в системе процессах относятся функции CreateToolHelp32Snapshot(), Process32First(), Process32Next(), Thread32First (), Thread32Next(), Module32First(), Module32Next(), Heap32ListFirst(), Heap32ListNext() и некоторые другие. Самая известная из функций Native API для доступа к содержимому многих важных внутренних структур операционной системы, таких как списки процессов, потоков, дескрипторов, драйверов и т. п. – функция NtQuerySystemInformation ().

 

1.1.1 Использование функций CreateToolHelp32Snapshot () и Process32xxxx() для получения списка имен процессов

 

Первый этап получения информации о выполняющихся в системе процессах - получение снимка (snapshot) системы, который содержит информацию о состоянии системы в момент выполнения снимка.

Снимок создается с помощью функции CreateToolHelp32Snapshot (dwFlags, th32ProcessID), первый аргумент определяет, какая информация будет записана в снимок - возможные значения dwFlagsприведены в таблице.

·

Флаг - dwFlags	Описание
TH32CS_SnapHEAPLIST	В снимок включается список куч, принадлежащих указанному процессу
TH32CS_SnapPROCESS	В снимок включается список процессов, присутствующих в системе
TH32CS_SnapTHREAD	В снимок включается список потоков
TH32CS_SnapMODULE	В снимок включается список модулей, принадлежащих указанному процессу
TH32CS_SnapALL	В снимок включается список куч, процессов, потоков и модулей

 

Второй аргумент определяет процесс, информация о котором необходима (если требуется список куч и модулей). В остальных случаях он игнорируется.

Второй этап - извлечение из снимка списка процессов. Для выполнения этой операции служат функции:

Process32First (hSnapshot, LPProcessEntry32)

Process32Next (hSnapshot, LPProcessEntry32).

Первый аргумент - хэндл созданного снимка (возвращает функция CreateToolHelp32Snapshot).

Второй аргумент- структура, содержащая 10 полей:

1. Первое поле этой структуры - dwSize - должно перед вызовом функции содержать размер структуры в байтах - sizeof (ProcessEntry32).

2. Второе поле - cntUsage - содержит число ссылок на процесс, то есть число потоков, которые в настоящий момент используют какие-либо данные процесса.

3. Третье поле - th32ProcessID - является идентификатором процесса.

4. Шестое поле - cntThreads - определяет число потоков, принадлежащих процессу.

5. Седьмое поле - th32ParentProcessID - является идентификатором родительского по отношению к текущему процесса.

6. Поле pcPriClassBase cодержит базовый приоритет процесса.

7. Поле szExeFile cодержит имя файла, создавшего процесс.

Для того, чтобы получить информацию о первом процессе в снимке, необходимо вызвать функцию Process32First. В случае успешного завершения функция возвращает TRUE. Для того, чтобы просмотреть все оставшиеся процессы, нужно вызывать функцию Process32Next до тех пор, пока она не возвратит FALSE.

В список используемых модулей - uses - необходимо добавить модуль TlHelp32

 

23. Состояния потока. Очередь потоков.

 

Три состояния:

1. выполнение — активное состояние потока, во время которого поток обладает всеми необходимыми ресурсами и непосредственно выполняется процессором;

2. ожидание — пассивное состояние потока, находясь в котором, поток заблокирован по своим внутренним причинам (ждет осуществления некоторого события, например завершения операции ввода-вывода, получения сообщения от другого потока или освобождения какого-либо необходимого ему ресурса);

3. готовность — также пассивное состояние потока, но в этом случае поток заблокирован в связи с внешним по отношению к нему обстоятельством (имеет все требуемые для него ресурсы, готов выполняться, однако процессор занят выполнением другого потока).

 

 

24. Планирование процессов. Цели планирования. Виды планирования.

 

Для всех ОС соблюдается следующие принципы планирования:

 

1. Предоставление каждому процессу справедливого (одинакового) количество процессорного времени.

2. Производится принудительное выполнение политики приоритетов выполняющихся процессов.

3. Планирование производится таким образом чтобы поддерживался максимальный баланс занятости системы. Например: в очереди на выполнение имеются 4 процесса, 2 из которых требуют значительного количество работы устройств ввода вывода и малого количество процессорного времени, а 2 других процесса требуют большого количество процессорного времени и малого времени работы устройств ввода вывода. Все процессы будут выполнятся значительно скорее если они будут запускаться попарно: процесс требующий большого количество работы устройств ввода вывода и малого количество времени процессора, а так же процесс требующий большого количество процессорного времени и малого времени работы устройств ввода вывода.

 

Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования

 

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

 

вытесняющая многозадачность - это такой способ, при котором решение о переключении процессора с выполнения одного процесса на выполнение другого процесса принимается планировщиком операционной системы, а не самой активной задачей.

 

25. Алгоритм планирования FIFO.

 

FIFO (акроним First In, First Out — «первым пришёл — первым ушёл») — способ организации и манипулирования данными относительно времени и приоритетов. Это выражение описывает принцип технической обработки очереди или обслуживания конфликтных требований путём упорядочения процесса по принципу: «первым пришёл — первым обслужен» (ПППО). Тот, кто приходит первым, тот и обслуживается первым, пришедший следующим ждёт, пока обслуживание первого не будет закончено, и так далее.

 

26. Алгоритм планирования «Кратчайшее задание первым».

 

Предполагается, что временные отрезки работы известны заранее. Если в очереди есть несколько одинаково важных задач, планировщик выбирает первой самую короткую задачу. Происходит экономия времени. Эта схема работает лишь в случае лишь одновременного наличия задач.

 

27. Алгоритм планирования потоков RR.

 

Круговое планирование (RR) (RoundRobin)/

Каждому процессу предоставляется некоторый интервал времени процессора – квант времени. Таймер генерирует прерывания через определенные интервалы времени.

 

28. Алгоритм планирования «Многоуровневые очереди с обратными связями»

Для каждой группы процессов создается своя очередь процессов, находящихся в состоянии готовность (см. рис. 3.5). Этим очередям приписываются фиксированные приоритеты. Например, приоритет очереди системных процессов устанавливается выше, чем приоритет очередей пользовательских процессов. А приоритет очереди процессов, запущенных студентами, ниже, чем для очереди процессов, запущенных преподавателями. Это значит, что ни один пользовательский процесс не будет выбран для исполнения, пока есть хоть один готовый системный процесс, и ни один студенческий процесс не получит в свое распоряжение процессор, если есть процессы преподавателей, готовые к исполнению. Внутри этих очередей для планирования могут применяться самые разные алгоритмы.

 

29. Справедливое планирование потоков.

 

До сих пор мы предполагали, что каждый процесс фигурирует в планировании сам по себе, безотносительно своего владельца. В результате если пользователь 1 запускает 9 процессов, а пользователь 2 запускает 1 процесс, то при циклическом планировании или при равных приоритетах пользователь 1 получит 90% процессорного времени, а пользователь 2 получит только 10%.

 

Чтобы избежать подобной ситуации некоторые системы перед планированием работы процесса берут в расчет, кто является его владельцем. В этой модели каждому пользователю распределяется некоторая доля процессорного времени и планировщик выбирает процессы, соблюдая это распределение. Таким образом, если каждому из двух пользователей было обещано по 50% процессорного времени, то они его получат, независимо от количества имеющихся у них процессов.

 

В качестве примера рассмотрим систему с двумя пользователями, каждому из которых обещано 50% процессорного времени. У первого пользователя четыре процесса: Л, В, С и Д а у второго пользователя только один процесс — Е. Если используется циклическое планирование, то возможная последовательность планируемых процессов, соответствующая всем ограничениям, будет иметь следующий вид:

 

AEBECEDEAEBECEDE...

 

Но если первому пользователю предоставлено вдвое большее время, чем второму, то мы можем получить следующую последовательность:

 

ABECDEABECDE...

 

Разумеется, существует масса других возможностей, используемых в зависимости от применяемых понятий справедливости. Губадия с мясом

 

Билет 31. Приоритеты процессов

1 ИСТ = 10 Мсек или 15 Мсек (если ЦП имеет 2 ядра)

КВАНТ = 2 интервала системного таймера (ИСТ)

ПРИОРИТЕТ потока – целое число от 1 до 15 и от 16 до 31 (самый высокий).

Потоки с равными приоритетами получают кванты времени по циклическому алгоритму RR. Поток с меньшим приоритетом голодает

Более высокий приоритет должен давать процессу определенные преимущества перед низкоприоритетными процессами при работе планировщика.

Назначение приоритетов выполняется пользователем либо администратором системы, возможно также программное изменение приоритета процесса. На выбор оптимального уровня приоритета влияют в основном два соображения:

 важность, ответственность данного процесса либо привилегированное положение запускающего процесс пользователя;

 количество процессорного времени, на которое будет претендовать процесс (как мы видели в примере с фоновой печатью, высокий приоритет процесса, мало загружающего процессор, почти не приводит к замедлению работы остальных процессов).

Основной алгоритм приоритетного планирования напоминает простое круговое планирование, однако круговая очередь активных процессов формируется отдельно для каждого уровня приоритета. Пока есть хоть один активный процесс в очереди с самым высоким приоритетом, процессы с более низкими приоритетами не могут получить управление. Только когда все процессы с высшим приоритетом заблокированы либо завершены, планировщик выбирает процесс из очереди с более низким приоритетом.

Приоритет, присваиваемый процессу при создании, называется статическим приоритетом. Дисциплина планирования, использующая только статические приоритеты, имеет один существенный недостаток: низкоприоритетные процессы могут надолго оказаться полностью отлученными от процессора. Иногда это приемлемо (если высокоприоритетные процессы несравнимо важнее, чем низкоприоритетные), однако чаще хотелось бы, чтобы и на низкие приоритеты хоть что-нибудь перепадало, пусть даже реже и в меньшем количестве, чем на высокие. Для решения этой задачи предложено множество разных алгоритмов планирования процессов, основанных на идее динамического приоритета.

Динамический приоритет процесса — это величина, автоматически рассчитываемая системой на основе двух основных факторов: статического приоритета и степени предыдущего использования процессора данным процессом. Общая идея следующая: если процесс слишком долго не получал процессорного времени, то его приоритет следует повысить, чтобы дать процессу шанс на будущее. Наоборот, если процесс слишком часто и долго работал, есть смысл временно понизить его приоритет, чтобы пропустить вперед изголодавшихся конкурентов.

Могут учитываться и другие соображения, влияющие на динамический приоритет. Например, если процесс ведет диалог с пользователем, то имеет смысл повысить его приоритет, чтобы сократить время реакции и избежать досадных задержек при нажатии клавиш. Если процесс в последнее время часто блокировался, не использовав до конца выделенный ему квант времени, то это тоже основание для повышения приоритета: вполне возможно, процесс и впредь будет так же неприхотлив.