Модель процесса с двумя состояниями

Основной задачей операционной системы является управление выполнением процессов, в эту задачу входит определение схемы чередования процессов и выделения им ресурсов.

В любой момент времени процесс либо выполняется, либо не выполняется. Таким образом, процесс может быть в одном из двух состояний: выполняющийся ими не выполняющийся.

На рисунке предоставлена диаграмма перехода состояний:

Рисунок 2. Модель процесса с двумя состояниями

Создав новый процесс, ОС входит его в его систему в состоянии не выполняющегося.

Созданный процесс, о существовании которого известно операционной системе, ждет, пока он смоет быть запущен. Время от времени выполняющиеся процессы будут прерываться, и та часть операционной системы, которая выполняет функции диспетчера, будет выбирать для выполнения другой процесс. Выполняющийся перед этим процесс перейдет из состояния выполняющегося в состояние не выполняющийся, а в состояние выполняющегося перейдет один из ожидающих процессов.

Анализируя эту простую модель, можно сделать некоторые выводы относительно архитектуры операционной системы. Необходим способ, с помощью которого будет представлен каждый процесс, чтобы ОС могла следить за ним. С каждым процессом нужно связать определенную информацию, в которую будет входить его текущее состояние и размещение в памяти.

Не выполняющиеся процессы следует организовать в какую – то очередь, где они ожидали бы своего выполнения.

Рисунок 3. Модель процесса с двумя состояниями.

Диаграмма использования очереди.

Здесь имеется одна очередь, её элементами являются указатели на процессы.

Поведение диспетчера можно описать следующим образом. Процесс, работа которого прервана, переходит в очередь процессов, ожидающих выполнения. Если же процесс завершен, он выводится из системы. В любом случае для выполнения диспетчер выбирает из очереди следующий процесс.

Создание процессов.

Когда ОС собирается добавить новый процесс к тем, которые уже состоят на учете, она создает структуры данных, использующиеся при управлении этим процессом и размещает его адресное пространство в основной памяти. С помощью этих действий и создается новый процесс.

К созданию процессов могут привести перечисленные события

Таблица1 - Причины создания процессов.

Завершение процессов.

Таблица 2 - Причины завершения процессов.

Все эти действия приведут к тому, что будет вызвана служба операционной системы завершающая процесс.

Модель с пятью состояниями.

Различают следующие состояния процесса:

¾ новый (процесс только что создан), ещё не загружен в основную память;

¾ выполняемый (команды, программы выполняются в CPU);

¾ ожидающий (процесс ожидает завершения некоторого события или блокированный, чаще всего операции ввода-вывода);

¾ готовый (процесс ожидает освобождения CPU);

¾ завершенный (процесс завершил свою работу).

Рисунок 4. Модель процесса с пятью состояниями

Возможны следующие переходы:

a) Нулевое состояние – Новый – Для выполнения программы создается новый процесс;

b) Новый готовый. ОС переводит процесс из состояния нового в состояние готового к выполнению;

c) Готовый – Выполняющийся. Когда наступает момент выбора нового процесса для запуска, ОС выбирает один из готовых для выполнения процессов;

d) Выполняющийся – Завершающийся. Этот переход чаще всего происходит из-за того, что процесс выполняется в течение максимального промежутка времени, отведенного для непрерывной работы одного процесса или, например, ОС назначает разным процессам различные приоритеты. Если появляется процесс с более высоким приоритетом , то процесс будет выгружен, ОС переведет этот процесс в состояние готовности;

e) Выполняющийся – Блокированный. процесс переводится в заблокированное состояние, если для продолжения работы требуется наступление некоторого события;

f) Блокированный – Готовый. Заблокированный процесс переходит в состояние готовности к выполнению в тот момент, когда происходит ожидаемое им событие.

g) Готовый – Завершающийся (не показан на диаграмме). В некоторых системах родительский процесс может в любой момент прервать выполнение дочернего процесса. Кроме того, дочерние процессы могут прекратиться при завершении родительского процесса.

h) блокированный – завершающийся (см. прерыдущий пункт).

Приостановленные процессы

Необходимость свопинга.

Выполнение операций ввода-вывода происходит гораздо медленнее, чем вычисления, что приводит к простоям процессора в однозадачной системе. Но даже в многозадачной системе, когда в памяти находится несколько процессов, процессор тоже может простаивать. Процессор работает на столько быстрее выполнения операций ввода-вывода, что все находящиеся в памяти процессы могут оказаться в состоянии ожидания окончания операций ввода-вывода. Что же делать? Можно увеличить емкость основной памяти, чтобы в ней помещалось больше процессов. Другим решением проблемы является свопинг, который включает в себя перенос части процесса.