Архитектура операционной системы UNIX (ЛП) - Бах Морис Дж.
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Рисунок 6.29. Стандартные контекстные уровни приостановленного процесса
Выполнение процесса приостанавливается обычно во время исполнения запрошенной им системной функции: процесс переходит в режим ядра (контекстный уровень 1), исполняя внутреннее прерывание операционной системы, и приостанавливается в ожидании ресурсов. При этом процесс переключает контекст, запоминая в стеке свой текущий контекстный уровень и исполняясь далее в рамках системного контекстного уровня 2 (Рисунок 6.29). Выполнение процессов приостанавливается также и в том случае, когда оно наталкивается на отсутствие страницы в результате обращения к виртуальным адресам, не загруженным физически; процессы не будут выполняться, пока ядро не считает содержимое страниц.
6.6.1 События, вызывающие приостанов выполнения, и их адреса
Как уже говорилось во второй главе, процессы приостанавливаются до наступления определенного события, после которого они «пробуждаются» и переходят в состояние «готовности к выполнению» (с выгрузкой и без выгрузки из памяти). Такого рода абстрактное рассуждение недалеко от истины, ибо в конкретном воплощении совокупность событий отображается на совокупность виртуальных адресов (ядра). Адреса, с которыми связаны события, закодированы в ядре, и их единственное назначение состоит в их использовании в процессе отображения ожидаемого события на конкретный адрес. Как для абстрактного рассмотрения, так и для конкретной реализации события безразлично, сколько процессов одновременно ожидают его наступления. Как результат, возможно возникновение некоторых противоречий. Во-первых, когда событие наступает и процессы, ожидающие его, соответствующим образом оповещаются об этом, все они «пробуждаются» и переходят в состояние «готовности к выполнению». Ядро выводит процессы из состояния приостанова все сразу, а не по одному, несмотря на то, что они в принципе могут конкурировать за одну и ту же заблокированную структуру данных и большинство из них через небольшой промежуток времени опять вернется в состояние приостанова (более подробно об этом шла речь в главах 2 и 3). На Рисунке 6.30 изображены несколько процессов, приостановленных до наступления определенных событий.
Рисунок 6.30. Процессы, приостановленные до наступления событий, и отображение событий на конкретные адреса
Еще одно противоречие связано с тем, что на один и тот же адрес могут отображаться несколько событий. На Рисунке 6.30, например, события «освобождение буфера» и «завершение ввода-вывода» отображаются на адрес буфера («адрес A»). Когда ввод-вывод в буфер завершается, ядро возобновляет выполнение всех процессов, приостановленных в ожидании наступления как того, так и другого события. Поскольку процесс, ожидающий завершения ввода-вывода, удерживает буфер заблокированным, другие процессы, которые ждали освобождения буфера, вновь приостановятся, ибо буфер все еще занят. Функционирование системы было бы более эффективным, если бы отображение событий на адреса было однозначным. Однако на практике такого рода противоречие на производительности системы не отражается, поскольку отображение на один адрес более одного события имеет место довольно редко, а также поскольку выполняющийся процесс обычно освобождает заблокированные ресурсы до того, как начнут выполняться другие процессы. Стилистически, тем не менее, механизм функционирования ядра стал бы более понятен, если бы отображение было однозначным.
6.6.2 Алгоритмы приостанова и возобновления выполнения
алгоритм sleep
входная информация:
(1) адрес приостанова
(2) приоритет
выходная информация:
1, если процесс возобновляется по сигналу, который ему удалось уловить;
вызов алгоритма longjump, если процесс возобновляется по сигналу, который ему не удалось уловить;
0 — во всех остальных случаях;
{
поднять приоритет работы процессора таким образом, чтобы заблокировать все прерывания;
перевести процесс в состояние приостанова;
включить процесс в хеш-очередь приостановленных процессов, базирующуюся на адресах приостанова;
сохранить адрес приостанова в таблице процессов;
сделать ввод для процесса приоритетным;
if (приостанов процесса НЕ допускает прерываний) {
выполнить переключение контекста;
/* с этого места процесс возобновляет выполнение, когда «пробуждается» */
снизить приоритет работы процессора так, чтобы вновь разрешить прерывания (как было до приостанова процесса);
return (0);
}
/* приостанов процесса принимает прерывания, вызванные сигналами */
if (к процессу не имеет отношения ни один из сигналов) {
выполнить переключение контекста;
/* с этого места процесс возобновляет выполнение, когда «пробуждается» */
if (к процессу не имеет отношения ни один из сигналов) {
восстановить приоритет работы процессора таким, каким он был в момент приостанова процесса;
return (0);
}
}
удалить процесс из хеш-очереди приостановленных процессов, если он все еще находится там;
восстановить приоритет работы процессора таким, каким он был в момент приостанова процесса;
if (приоритет приостановленного процесса позволяет принимать сигналы) return (1);
запустить алгоритм longjump;
}
Рисунок 6.31. Алгоритм приостанова процесса
На Рисунке 6.31 приведен алгоритм приостанова процесса. Сначала ядро повышает приоритет работы процессора так, чтобы заблокировать все прерывания, которые могли бы (путем создания конкуренции) помешать работе с очередями приостановленных процессов, и запоминает старый приоритет, чтобы восстановить его, когда выполнение процесса будет возобновлено. Процесс получает пометку «приостановленного», адрес приостанова и приоритет запоминаются в таблице процессов, а процесс помещается в хеш-очередь приостановленных процессов. В простейшем случае (когда приостанов не допускает прерываний) процесс выполняет переключение контекста и благополучно «засыпает». Когда приостановленный процесс «пробуждается», ядро начинает планировать его запуск: процесс возвращает сохраненный в алгоритме sleep контекст, восстанавливает старый приоритет работы процессора (который был у него до начала выполнения алгоритма) и возвращает управление ядру.
