Bài giảng Hệ thống máy tính - Chương 6: Quản lý quá trình

10/01/2017

Chapter 6. Quaûn lyù quaù trình
Khaùi nieäm cô baûn
Ñònh thôøi CPU
 Caùc taùc vuï cô baûn: taïo/keát thuùc quaù trình
 Söï coäng taùc giöõa caùc quaù trình
 Giao tieáp giöõa caùc quaù trình



1

Khaùi nieäm cô baûn


Heä thoáng maùy tính thöïc thi nhieàu chöông trình khaùc nhau
● Batch system: job
● Time-shared system: user program, task



Quaù trình (process)
● moät chöông trình ñang thöïc thi



Moät quaù trình ñöôïc ñònh nghóa bôûi
● Traïng thaùi CPU (trò cuûa caùc thanh ghi)
● Khoâng gian ñòa chæ (noäi dung boä nhôù)
● Moâi tröôøng (environment, xaùc ñònh thoâng qua caùc baûng cuûa heä
ñieàu haønh)

2

Khaùi nieäm cô baûn (tt)


Traïng thaùi CPU
●
●
●
●
●



Khoâng gian ñòa chæ
●
●
●
●



Processor Status Word (PSW)
Instruction Register (IR)
Program Counter (PC)
Stack Pointer (SP)
Caùc general purpose register
Text (code)
Data
Heap
Stack

Moâi tröôøng
● Vd: terminal ñang duøng, caùc open file, caùc keânh giao tieáp vôùi caùc
quaù trình khaùc
● Ñöôïc lieät keâ trong caùc baûng cuûa heä ñieàu haønh
3

1

10/01/2017

Process control block


Heä ñieàu haønh löu thoâng tin veà quaù trình trong process
control block (PCB)

D.Feitelson

4

Caùc böôùc naïp chöông trình vaøo boä nhôù

5

Töø chöông trình ñeán quaù trình


Chöông trình thöïc thi coù ñònh daïng load module maø trình
naïp (loader) “hieåu” ñöôïc



Layout luaän lyù cuûa process image

● Vd ñònh daïng elf trong Linux
Executable binary file
(load module)

Process image
trong main memory

program
code

program
code

data

data

start address

heap
stack
6

2

10/01/2017

Khôûi taïo quaù trình


Caùc böôùc heä ñieàu haønh khôûi taïo quaù trình
● Caáp phaùt moät ñònh danh duy nhaát (process number hay process
identifier, pid) cho quaù trình
● Caáp phaùt khoâng gian nhôù ñeå naïp quaù trình
● Khôûi taïo khoái döõ lieäu Process Control Block (PCB) cho quaù trình
● Thieát laäp caùc moái lieân heä caàn thieát (vd: saép PCB vaøo haøng ñôïi
ñònh thôøi,…)

7

Caùc traïng thaùi cuûa quaù trình (1/2)


Caùc traïng thaùi cuûa quaù trình:
●
●
●
●
●

new: quaù trình vöøa ñöôïc taïo
ready: quaù trình ñaõ coù ñuû taøi nguyeân, chæ coøn caàn CPU
running: caùc leänh cuûa quaù trình ñang ñöôïc thöïc thi
waiting: hay laø blocked, quaù trình ñôïi I/O hoaøn taát, hay ñôïi tín hieäu
terminated: quaù trình ñaõ keát thuùc

8

Caùc traïng thaùi cuûa quaù trình (2/2)


Chuyeån ñoåi giöõa caùc traïng thaùi cuûa quaù trình
new

admit

dispatch

ready

exit

terminated

running

interrupt
I/O or event
wait

I/O or event
completion
waiting

9

3

10/01/2017

Ví duï veà traïng thaùi quaù trình

/* test.c */
int main(int argc, char** argv)
{
printf(“Hello world\n");
exit(0);
}

Chuoãi traïng thaùi cuûa quaù
trình test nhö sau (tröôøng
hôïp toát nhaát):
new
ready
running
waiting (do chôø I/O khi goïi
printf)
● ready
● running
● terminated
●
●
●
●

Bieân dòch chöông trình trong Linux
gcc test.c –o test
Thöïc thi chöông trình test
./test
Trong heä thoáng seõ coù moät quaù trình
test ñöôïc taïo ra, thöïc thi vaø keát
thuùc.

10

Process Control Block


Ñaõ thaáy laø moãi quaù trình trong heä thoáng ñeàu ñöôïc caáp
phaùt moät Process Control Block (PCB)



PCB laø moät trong caùc caáu truùc döõ lieäu
quan troïng nhaát cuûa heä ñieàu haønh

Ví duï layout cuûa moät PCB:
(tröôøng pointer duøng ñeå lieân
keát caùc PCB thaønh moät
linked list)

Moâi tröôøng

11

Caùc tröôøng tieâu bieåu cuûa PCB

Tanenbaum

12

4

10/01/2017

Chuyeån ngöõ caûnh (1/2)


Laøm theá naøo ñeå chia seû CPU giöõa caùc quaù trình?



Ngöõ caûnh (context) cuûa moät quaù trình laø tình traïng hoaït
ñoäng cuûa quaù trình



Ngöõ caûnh cuûa quaù trình ñöôïc löu trong PCB cuûa noù



Chuyeån ngöõ caûnh (context switch) laø coâng vieäc ngöng
quaù trình ñang thöïc thi vaø chaïy moät quaù trình khaùc. Khi
ñoù caàn:

● Trò cuûa caùc thanh ghi, trò cuûa program counter, boä nhôù,…

● löu ngöõ caûnh cuûa quaù trình vaøo PCB cuûa noù
● naïp ngöõ caûnh töø PCB cuûa quaù trình môùi ñeå quaù trình môùi thöïc thi

13

Chuyeån ngöõ caûnh (2/2)

14

Yeâu caàu ñoái vôùi heä ñieàu haønh veà quaûn lyù quaù trình


Hoã trôï söï thöïc thi luaân phieân giöõa nhieàu quaù trình
● Khi naøo choïn vaø choïn quaù trình naøo ñeå thöïc thi coù theå tuøy thuoäc
vaøo tieâu chí nhö
 Hieäu suaát söû duïng CPU
 Thôøi gian ñaùp öùng
…



Phaân phoái taøi nguyeân heä thoáng hôïp lyù



Cung caáp cô cheá hoã trôï user taïo/keát thuùc quaù trình
Cung caáp cô cheá ñoàng boä vaø giao tieáp giöõa caùc quaù trình

● Vaán ñeà deadlock, trì hoaõn voâ haïn ñònh,…



15

5