Глава 4 Планирование выполнения процессов

Глава 4

Планирование выполнения процессов

В предыдущей главе были рассмотрены процессы — абстракция операционной системы, связанная с активным программным кодом. В этой главе представлен планировщик процессов — код, который позволяет процессам выполняться.

Планировщик (scheduler) — это компонент ядра, который выбирает из всех процессов системы тот, который должен выполняться следующим. Таким образом, планировщик (или, как еще его называют, планировщик выполнения процессов) можно рассматривать как программный код, распределяющий конечные ресурсы процессорного времени между теми процессами операционной системы, которые могут выполняться. Планировщик является основой многозадачных (multitasking) операционных систем, таких как ОС Linux. Принимая решение о том, какой процесс должен выполняться следующим, планировщик несет ответственность за наилучшее использование ресурсов системы и создает впечатление того, что несколько процессов выполняются одновременно.

Идея, лежащая в основе планирования выполнения процессов, достаточно проста. При наличии готовых к выполнению процессов, для того чтобы лучше использовать процессорное время, необходимо, чтобы всегда выполнялся какой-нибудь процесс. Если в системе процессов больше, чем процессоров, то некоторые процессы будут выполняться не во все моменты времени. Эти процессы готовы к выполнению (runnable). Исходя из информации о наборе готовых к выполнению процессов, выбор того процесса, который должен выполняться в следующий момент времени, и есть то фундаментальное решение, которое принимает планировщик.

Многозадачные операционные системы— это те, которые могут выполнять попеременно или одновременно несколько процессов. На однопроцессорной машине такие системы создает иллюзию того, что несколько процессов выполняются одновременно. На многопроцессорной машине они позволяют процессам действительно выполняться параллельно на нескольких процессорах. На машинах любого типа эти системы позволяют процессам выполняться в фоновом режиме и не занимать процессорное время, если нет соответствующей работы. Такие задания, хотя и находятся в памяти, но не готовы к выполнению. Вместо этого данные процессы используют ядро, чтобы блокироваться до тех пор, пока не произойдет некоторое событие (ввод с клавиатуры, приход данных по сети, наступление некоторого момента времени в будущем и т.д.). Следовательно, ОС Linux может содержать 100 процессов в памяти, но только один из них будет в исполняемом состоянии.

Многозадачные (multitasking) операционные системы бывают двух видов: системы с кооперативной (cooperative) многозадачностью и системы с вытесняющей (preemptive, преемптивной) многозадачностью. Операционная система Linux, так же как и большинство вариантов ОС Unix и других современных операционных систем, обеспечивает вытесняющую многозадачность. В системе с вытесняющей многозадачностью решение о том, когда один процесс должен прекратить выполнение, а другой возобновить его, принимает планировщик. Событие, заключающееся в принудительном замораживании выполняющегося процесса, называется вытеснением (preemption) этого процесса. Период времени, в течение которого процесс выполняется перед тем, как будет вытеснен, известен заранее. Этот период называется квантом времени (timeslice) процесса. В действительности квант времени соответствует той части процессорного времени, которая выделяется процессу. С помощью управления величинами квантов времени процессов планировщик принимает также и глобальное решение о планировании работы всей системы. При этом, кроме всего прочего, предотвращается возможность монопольного использования ресурсов всей системы одним процессом. Как будет показано далее, величины квантов времени в операционной системе Linux рассчитываются динамически, что позволяет получить некоторые интересные преимущества.

В противоположность рассмотренному выше типу многозадачности, в системах с кооперативной многозадачностью процесс продолжает выполняться до тех пор, пока он добровольно не примет решение о прекращении выполнения. Событие, связанное с произвольным замораживанием выполняющегося процесса, называется передачей управления (yielding). У такого подхода очень много недостатков: планировщик не может принимать глобальные решения относительно того, сколько процессы должны выполняться; процесс может монополизировать процессор на большее время, чем это необходимо пользователю; "зависший" процесс, который никогда не передает управление системе, потенциально может привести к неработоспособности системы. К счастью, большинство операционных систем, разработанных за последнее десятилетие, предоставляют режим вытесняющей многозадачности. Наиболее известным исключением является операционная система Mac OS версии 9 и более ранних версий. Конечно, операционная система Unix имеет вытесняющую многозадачность с момента своего создания.

При разработке ядер ОС Linux серии 2.5, планировщик ядра был полностью реконструирован. Новый тип планировщика часто называется O(1)-планировщиком (O(1) scheduler) в связи с соответствующим масштабированием времени выполнения алгоритма планирования[19]. Этот планировщик позволяет преодолеть недостатки предыдущих версий планировщика ядра Linux и обеспечить расширенную функциональность, а также более высокие характеристики производительности. В этой главе будут рассмотрены основы работы планировщиков, как эти основы использованы в О(1)-планировщике, а также цели создания O(1)-планировщика, его устройство, практическая реализация, алгоритмы работы и соответствующие системные вызовы.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Похожие главы из других книг

Глава 11 Планирование

Из книги Время - деньги. Создание команды разработчиков программного обеспечения автора Салливан Эд


ГЛАВА 6. СТРУКТУРА ПРОЦЕССОВ

Из книги Практика и проблематика моделирования бизнес-процессов автора Всяких Е И

ГЛАВА 6. СТРУКТУРА ПРОЦЕССОВ В главе 2 были сформулированы характеристики процессов. В настоящей главе на более формальном уровне определяется понятие «контекст процесса» и показывается, каким образом ядро идентифицирует процесс и определяет его местонахождение. В


8.1 ПЛАНИРОВАНИЕ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЦЕССОВ

Из книги Системное программирование в среде Windows автора Харт Джонсон М

8.1 ПЛАНИРОВАНИЕ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЦЕССОВ Планировщик процессов в системе UNIX принадлежит к общему классу планировщиков, работающих по принципу "карусели с многоуровневой обратной связью". В соответствии с этим принципом ядро предоставляет процессу ресурсы ЦП на квант


ГЛАВА 11. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОЦЕССОВ

Из книги Добавьте в корзину. Ключевые принципы повышения конверсии веб-сайтов автора Айзенберг Джеффри

ГЛАВА 11. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОЦЕССОВ Наличие механизмов взаимодействия дает произвольным процессам возможность осуществлять обмен данными и синхронизировать свое выполнение с другими процессами. Мы уже рассмотрели несколько форм взаимодействия процессов, такие как


ГЛАВА 7 Потоки и планирование выполнения

Из книги Планирование закупок, производства и продаж в 1С:Предприятие 8 автора Гартвич А В

ГЛАВА 7 Потоки и планирование выполнения Основной единицей выполнения в Windows является поток, и одновременно несколько потоков могут выполняться в рамках одного процесса, разделяя его адресное пространство и другие ресурсы. В главе 6 процессы ограничивались только одним


Приоритеты процессов и потоков и планирование выполнения

Из книги Искусство программирования на языке сценариев командной оболочки автора Купер Мендель

Приоритеты процессов и потоков и планирование выполнения Ядро Windows всегда запускает тот из потоков, готовых к выполнению, который обладает наивысшим приоритетом. Поток не является готовым к выполнению, если он находится в состоянии ожидания, приостановлен или


Глава 1 Планирование

Из книги Программирование для Linux. Профессиональный подход автора Митчелл Марк

Глава 1 Планирование Если не знаешь, куда идти, то куда-нибудь ты обязательно попадешь. Льюис Кэрролл. Алиса в стране чудес Необходимо распланировать все еще до того, как на сайт придет первый посетитель. Что вы собираетесь предпринять для привлечения клиентов? Из каких


Глава 27 Динамическая загрузка во время выполнения

Из книги Операционная система UNIX автора Робачевский Андрей М.

Глава 27 Динамическая загрузка во время выполнения Загрузка разделяемых (совместно используемых) объектов во время выполнения может оказаться полезным способом для структурирования собственных приложений. Если правильно организовать этот процесс, то тогда можно будет


ГЛАВА 5. Оперативное планирование производства

Из книги автора

ГЛАВА 5. Оперативное планирование производства Термин оперативное планирование производства можно понимать двояко:?      планирование на короткий период времени, с разбивкой по рабочим дням и сменам;?      планирование с детализацией до конкретных технологических


ГЛАВА 6. Предварительное планирование производства

Из книги автора

ГЛАВА 6. Предварительное планирование производства В редакции 1.2 конфигурации «Управление производственным предприятием», вышедшей 31 августа 2006 г., появился функционал, расширяющий возможности сводного уточненного планирования (см. схему на с. 33).Новый функционал


ГЛАВА 8. Планирование по точке заказа

Из книги автора

ГЛАВА 8. Планирование по точке заказа Планирование по точке заказа — это альтернативный метод планирования укрупненного бизнес-процесса закупки.Данный метод планирования использовался задолго до появления компьютеров. А в наше время этот метод реализуется


3.2.3. Планирование процессов

Из книги автора

3.2.3. Планирование процессов Операционная система Linux планирует работу родительских и дочерних процессов независимо друг от друга. Нет гарантии, что один процесс будет запущен раньше другого. и неизвестно, как долго один процесс будет выполняться, прежде чем Linux прервет


Планирование выполнения процессов

Из книги автора

Планирование выполнения процессов Как и оперативная память, процессор является разделяемым ресурсом, который должен быть справедливо распределен между конкурирующими процессами. Планировщик процессов как раз и является той подсистемой ядра, которая обеспечивает