Алгоритмы и механизмы синхронизации процессов в операционных системах
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?здание процесса включает загрузку кодов и данных исполняемой программы данного процесса с диска в оперативную память. Для этого ОС должна обнаружить местоположение такой программы на диске, перераспределить оперативную память и выделить память исполняемой программе нового процесса. Затем необходимо считать программу в выделенные для нее участки памяти и, возможно, изменить параметры программы в зависимости от размещения в памяти. В системах с виртуальной памятью в начальный момент может загружаться только часть кодов и данных процесса, с тем чтобы подкачивать остальные по мере необходимости. Существуют системы, в которых на этапе создания процесса не требуется непременно загружать коды и данные в оперативную память, вместо этого исполняемый модуль копируется из того каталога файловой системы, в котором он изначально находился, в область подкачки - специальную область диска, отведенную для хранения кодов и данных процессов. При выполнении всех этих действий подсистема управления процессами тесно взаимодействует с подсистемой управления памятью и файловой системой.
В многопоточной системе при создании процесса ОС создает для каждого процесса как минимум один поток выполнения. При создании потока так же, как и при создании процесса, операционная система генерирует специальную информационную структуру - описатель потока, который содержит идентификатор потока, данные о правах доступа и приоритете, о состоянии потока и другую информацию. В исходном состоянии поток (или процесс, если речь идет о системе, в которой понятие поток не определяется) находится в приостановленном состоянии. Момент выборки потока на выполнение осуществляется в соответствии с принятым в данной системе правилом предоставления процессорного времени и с учетом всех существующих в данный момент потоков и процессов. В случае если коды и данные процесса находятся в области подкачки, необходимым условием активизации потока процесса является также наличие места в оперативной памяти для загрузки его исполняемого модуля.
Во многих системах поток может обратиться к ОС с запросом на создание так называемых потоков-потомков. В разных ОС по-разному строятся отношения между потоками-потомками и их родителями. Например, в одних ОС выполнение родительского потока синхронизируется с его потомками, в частности после завершения родительского потока ОС может снимать с выполнения всех его потомков. В других системах потоки-потомки могут выполняться асинхронно по отношению к родительскому потоку. Потомки, как правило, наследуют многие свойства родительских потоков. Во многих системах порождение потомков является основным механизмом создания процессов и потоков.
Потоки создаются и выполняются в родительском адресном пространстве, то есть в адресном пространстве процесса, создавшего потоки, но каждому потоку даётся свой стек. Потоки могут обмениваться друг с другом информацией без ограничений.
Когда приложение запрашивает ресурс, операционная система проверяет, свободен ли запрашиваемый ресурс, и, если свободен, уменьшает счётчик доступа к ресурсу. Поскольку на счётчик семафора могут влиять несколько потоков, семафоры не передаются во владение какому-либо потоку. Следовательно, один поток может ждать семафор, а другой поток освободить семафор.
Для создания потока используется функция CreateThread. Синтаксис функции CreateThread:
HANDLE CreateThread(lpsa: LPSECURITY_ATTRIBUTES; cbStack: DWORD; lpStartAddr: LPTHREAD_START_ROUTINE; lpvThreadParam: LPVOID; fdwCreate: DWORD; lpIDThread: LPVOID);
Параметр lpsa - это указатель на структуру, задающую нестандартные дескрипторы защиты. Значение параметра lpsa NULL указывает на стандартные атрибуты защиты.
Параметр lpStartAddr указывает адрес функции потока, с которой должен будет начать работу создаваемый поток. Синтаксис функции должен иметь следующий вид:
DWORD ThreadFunc(lpvThreadParam: LPVOID) {
…
return(dwResult);
}
Параметр, получаемый данной функцией ThreadFunc, есть четвёртый параметр функции создания потока lpvThreadParam. Через него можно передать некоторое 32-битное значение, или просто данные или указатель на структуру, содержащую расширенную информацию.
Параметр fdwCreate - дополнительные флаги управления потоком. Флаг - CREATE_SUSPENDED указывает системе создать поток и приостановить его выполнение. Возобновить выполнение потока может родительский поток вызовом функции ResumeThread(HANDLE), передав ей в качестве параметра описатель, возвращённый функцией создания потока. Вообще родительский поток может в любое время остановить поток вызовом функции SuspendThread(HANDLE), и возвратить его к выполнению приведённой выше функцией ResumeThread(HANDLE). В структуре управления потоком есть переменная SuspendCount, в которой запоминается количество вызовов SuspendThread, а вызов ResumeThread уменьшает эту переменную на единицу. Как только она примет нулевое значение поток возобновляет выполнение.
Последний параметр lpIDThread - адрес переменной типа двойного слова, в которую будет записан уникальный идентификатор потока.
1.6 Эффективность концепции потоков для параллельных вычислений
Создание потоков требует от ОС меньших накладных расходов, чем процессов. В отличие от процессов, которые принадлежат разным, вообще говоря, конкурирующим приложениям, все потоки одного процесса всегда принадлежат одному приложению, поэтому ОС изолирует потоки в гораздо меньшей степени, нежели процессы в традиционной мультипрограммной системе. Все пото?/p>