М. В. Ломоносова Факультет вычислительной математики и кибернетики Н. В. Вдовикина, А. В. Казунин, И. В. Машечкин, А. Н. Терехин Системное программное обеспечение: взаимодействие процессов учебно-методическое пособие
| Вид материала | Учебно-методическое пособие |
- М. В. Ломоносова Факультет вычислительной математики и кибернетики Кафедра математической, 6.81kb.
- Учебно методическое пособие Рекомендовано методической комиссией факультета вычислительной, 269.62kb.
- И. И. Мечникова Институт математики, экономики и механики Кафедра математического обеспечения, 900.66kb.
- Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова. Факультет Вычислительной, 104.35kb.
- М. В. Ломоносова Факультет Вычислительной Математики и Кибернетики Реферат, 170.54kb.
- М. В. Ломоносова Факультет вычислительной математики и кибернетики В. Г. Баула Введение, 4107.66kb.
- М. В. Ломоносова Факультет вычислительной математики и кибернетики Руденко Т. В. Сборник, 1411.4kb.
- Н. И. Лобачевского Факультет Вычислительной математики и кибернетики Кафедра Математического, 169.45kb.
- И кибернетики факультет вычислительной математики и кибернетики, 138.38kb.
- М. В. Ломоносова факультет Вычислительной Математики и Кибернетики Диплом, 49.56kb.
Часть II. реализация процессов.
В этой части пособия мы подробно рассмотрим практическое применение понятия процесса в ОС, а также реализацию механизма управления процессами на примере ОС UNIX.
4Реализация процессов в ОС UNIX
4.1Понятие процесса в UNIX.
Выше уже говорилось, что в каждой конкретной ОС существует свое системно-ориентированное определение понятия процесса. В ОС UNIX процесс можно определить, с одной стороны, как единицу управления и потребления ресурсов, с другой стороны – как объект, зарегистрированный в таблице процессов ядра UNIX. Каждому процессу в UNIX сопоставлено некое уникальное целое число, называемое идентификатором процесса – PID. Это число находится в диапазоне от нуля до некоторого предельного номера, характеризующего максимально возможное количество одновременно существующих процессов в данной ОС. Некоторые значения идентификаторов являются зарезервированными и назначаются специальным процессам ОС, например, процесс с PID=0 ассоциируется с работой ядра ОС, а процесс с PID=1 – это процесс init, работа которого будет подробно рассмотрена ниже.
4.1.1Контекст процесса.
С точки зрения организации данных ядра ОС, идентификатор процесса фактически представляет собой номер записи в таблице процессов, соответствующей данному процессу. Содержимое записи таблицы процессов позволяет получить доступ к контексту процесса (а именно, часть информации, составляющей контекст процесса, хранится непосредственно в таблице процессов, а на структуры данных, содержащие оставшуюся часть контекста, в записи таблицы процессов имеются прямые или косвенные ссылки). Таблица процессов поддерживается ядром UNIX и находится в адресном пространстве ядра.
С точки зрения логической структуры контекст процесса в UNIX состоит из:
- пользовательской составляющей или тела процесса (иногда используется термин «пользовательский контекст»)
- аппаратной составляющей (иногда используется термин «аппаратный контекст»)
- системной составляющей ОС UNIX (иногда называемой «системным контекстом» или «контекстом системного уровня»)
Иногда при рассмотрении контекста процесса два последних компонента объединяют, в этом случае используется термин общесистемная составляющая контекста.
Рассмотрим подробнее каждую из составляющих контекста процесса.
Рис. 6 Контекст процесса
4.1.2Тело процесса.
Тело процесса состоит из сегмента кода и сегмента данных3.
Сегмент кода содержит машинные команды и неизменяемые константы соответствующей процессу программы. Данные в этом сегменте не подлежат изменению.
Сегмент данных содержит данные, динамически изменяемые в ходе выполнения процесса. Сегмент данных содержит область статических переменных, область разделяемой с другими процессами памяти, а также область стека (обычно эта область служит основой для организации автоматических переменных, передачи параметров в функции, организацию динамической памяти).
Некоторые современные ОС имеют возможность разделения единого сегмента кода между разными процессами. Тем самым достигается экономия памяти в случаях одновременного выполнения идентичных процессов. Например, при функционировании терминального класса одновременно могут быть сформированы несколько копий текстового редактора. В этом случае сегмент кода у всех процессов, соответствующих редакторам, будет единый, а сегменты данных будут у каждого процесса свои.
Рис. 7 Разделение сегмента кода разными экземплярами программы
Следует отметить, что при использовании динамически загружаемых библиотек возможно разделение сегмента кода на неизменную часть, которая может разделяться между процессами и часть, соответствующую изменяемому в динамике коду подгружаемых программ.
4.1.3Аппаратный контекст.
Аппаратная составляющая содержит все регистры и аппаратные таблицы ЦП, используемые активным или исполняемым процессом (счетчик команд, регистр состояния процессора, аппарат виртуальной памяти, регистры общего назначения и т. д.). Аппаратная составляющая контекста доступна только в тот момент, когда процесс находится в состоянии выполнения. В тот момент, когда процесс переходит из состояния выполнения в какое-либо другое состояние, необходимые данные из аппаратной составляющей его контекста сохраняются в область системной составляющей контекста, и до тех пор, пока процесс снова не перейдет в состояние выполнения, в его контексте аппаратной составляющей не будет.
4.1.4Системный контекст.
В системной составляющей контекста процесса содержатся различные атрибуты процесса, такие как:
- идентификатор родительского процесса
- текущее состояние процесса
- приоритет процесса
- реальный и эффективный идентификатор пользователя-владельца
- реальный и эффективный идентификатор группы, к которой принадлежит владелец
- список областей памяти
- таблица открытых файлов процесса
- диспозиция сигналов, т.е. информация о том, какая реакция установлена на тот или иной сигнал
- информация о сигналах, ожидающих доставки в данный процесс
- сохраненные значения аппаратной составляющей (когда выполнение процесса приостановлено)
Поясним сказанное выше.
Реальные и эффективные идентификаторы пользователя и группы. Как правило при формировании процесса эти идентификаторы совпадают и равны реальному идентификатору пользователя и реальному идентификатору группы, т.е. они определяются персонификацией пользователя, сформировавшего данный процесс. При этом права процесса по доступу к файловой системе определяются правами сформировавшего процесс пользователя и его группы. Этого бывает недостаточно. Примером может служить ситуация, когда пользователь желает запустить некоторый процесс, изменяющий содержимое файлов, которые не принадлежать этому пользователю (например, изменение пароля на доступ пользователя в систему). Для разрешения данной ситуации имеется возможность установить специальный признак в исполняемом файле, наличие которого позволяет установить в процессе, сформированном при запуске данного файла в качестве эффективных идентификаторов, идентификатор владельца и группы владельца этого файла.
Рис. 8 Формирование контекста процесса.