Bài giảng Nguyên lí hệ điều hành - Chương 2: Quản lý tiến trình

Chương 2 – QUẢN LÝ TIẾN TRÌNH

$1- TiẾN TRÌNH VÀ ĐiỀU ĐỘ TiẾN TRÌNH

1.1 - Định nghĩa tiến trình:

A

S₀S₁S₂S₃S₄S₅. . . . S_n-1S_nS_n+1. . . .

B

1.2 – Phân loại: kế tiếp và song song,

• Tiến trình song song:

BEGIN

END

A

•

t

B

1

Begin

Phân loại

a

b

c

A

B

I

B b

C c

B b B

b

c

C c C

C

I

z

Z

z

Z

z

Độc lập

Quan hệ

thông

tin

Đồng mức

Phân

cấp

2

Phân loại

• a) Độc lập: Bảo vệ thông tin,

• b)Quan hệ thông tin:

–Tiến trình nhận: Tồn tại? Ở đâu? Giai đoạn

nào?

–Cơ chế truyền tin:

• Hòm thư,

• I/O Ports,

• Monitor/

3

Phân loại

• c) Phân cấp:

• Tài nguyên cho tiến trình con:

– Hệ thống QL tài nguyên tập trung: từ hệ thống,

– Hệ thống QL tài nguyên phân tán: từ vốn tài nguyên

tiến trình chính,

• QL phân tán: Tiến trình chính phải kết thúc sau

tiến trình con POST, WAIT.

• d) Đồng mức:

• Sử dụng chung theo nguyên tắc lần lượt,

• Các hệ thống mô phỏng, trò chơi, . . .

4

1.3 - BIỂU DIỄN TIẾN TRÌNH SONG SONG

• Giả thiết: S1, S2, . . ., Sn – các công việc thực

hiện song song (Trên 1 hoặc nhiều máy).

. . . .

S₁

S₂

S_n

5

BIỂU DIỄN

• 2 cách mô tả phổ biến:

PARBEGIN

COBEGIN

S₁;

S₂;

. . . . . . .

S_n

. . . . . . .

S_n

PAREND;

COEND;

Các công việc S_iđược mô tả chính xác bằng một

ngôn ngữ lập trình cụ thể.

6

1.4 – TÀI NGUYÊN GĂNG và ĐOẠN GĂNG

• Tài nguyên găng: Khả năng phục vụ đồng thời bị

hạn chế, thông thường - bằng 1.

• Ví dụ: Máy in, quá trình bán vé máy bay . . .

• Đoạn găng (chổ hẹp) của tiến trình,

• Điều độ tiến trình qua đoạn găng: Tổ chức cho

mọi tiến trình qua được chổ hẹp của mình.

• Giải thuật điều độ phải đảm bảo 4 yêu cầu.

7

Yêu cầu

• i) Đảm bảo tài nguyên găng không phải phục vụ

quá khả năng của mình,

• ii) Không để tiến trình nằm vô hạn trong đoạn

găng,

• iii) Nếu có xếp hàng chờ thì sớm hay muộn tiến

trình cũng qua được đoạn găng,

• iv) Nếu có tiến trình chờ đợi và nếu tài nguyên

găng được giải phóng, thì tài nguyên găng phải

phục vụ ngay cho tiến trình đang chờ đợi.

8

Công cụ điều độ

• Công cụ điều độ: 2 loại:

– Cấp cao: do hệ thống đảm nhiệm, nằm ngoài tiến

trình được điều độ,

– Cấp thấp: cài đặt ngay vào trong tiến trình được

điều độ.

• Các giải thuật điều độ cấp thấp: 3 lớp giải thuật:

– Phương pháp khoá trong,

– Phương pháp kiểm tra và xác lập,

– Kỹ thuật đèn báo.

9

$2 – CÁC GIẢI THUẬT ĐIỀU ĐỘ

2.1 Phương pháp khoá trong:

• Nguyên lý:

– Mỗi tiến trình (TT) đặt tương ứng tài nguyên găng

với 1 biến  G,

– TT dùng biến này để đánh dấu việc mình đang sử

dụng tài nguyên găng,

– Trước khi vào đoạn găng TT phải kiểm tra biến

tương ứng của các TT khác và chỉ vào đoạn găng

khi không có TT nào đang sử dụng tài nguyên

găng.

10

Phương pháp khoá trong

• Môi trường ví dụ: Xét trường hợp:

– 2 tiến trình,

– Mỗi TT có một đoạn găng ở đầu,

– 1 tài nguyên găng với khả năng phục vụ:1,

– Các tiến trình lặp vô hạn.

• Tránh nhầm lẫn giữa 2 khái niệm:

– Sơ đồ nguyên lý: nêu ý tưởng chung,

– Giải thuật điều độ: sơ đồ hành động để đảm bảo

điều độ.

11

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

Var c1, c2:Integer;

BEGIN c1:=0; c2 := 0;

PARBEGIN

TT1: Repeat

TT2:Repeat

While c1 <> 0 do ;

While c2 <> 0 do ;

c1 := 1;

c2 := 1;

{Đoạn găng TT1}

c1 := 0;

c2 := 0;

{Phần còn lại của TT1}

Until false;

{Phần còn lại của TT1}

Until false

PAREND

END.

Có khả năng cả2 TT cùng vào đoạn găng

12

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

Xác lập

Var c1, c2:Integer;

Kiểm tra

BEGIN c1:=0; c2 := 0;

PARBEGIN

TT1: Repeat TT1:

c1 := 1;

TT2:Repeat

c2 := 1;

While c2 <> 0 do ;

{Đoạn găng TT1}

c1 := 0;

While c1 <> 0 do ;

{Đoạn găng TT1}

c2 := 0;

{Phần còn lại của TT1}

Until false;

{Phần còn lại của TT1}

Until false

PAREND

END.

Có khả năng cả 2 TT cùng chờ đợi trước đoạn găng!

13

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

• Nguyên nhân không đáp ứng yêu cầu điều đô:

– Kiểm tra và Xác lập – 2 công việc riêng biệt,

– Khoảng cách thời gian giữa 2 công việc,

– Giữa 2 công việc: Processor có thể bị chuyển sang

công việc khác.

• 1968: Dekker công bố giải thuật điều độ, kết nối

Kiểm tra và Xác lập thành một khối.

14

Giải thuật Dekker

Var c1,c2,tt: Integer;

BEGIN c1 := 0; c2 := 0; tt := 1;

PARBEGIN

TT2: Repeat

c2 := 1;

TT1: Repeat

While c1 = 1 do

c1 := 1;

While c2 = 1 do

if tt = 2 then

if tt = 1 then

begin c2 := 0;

while tt = 1 do ;

c2 := 1

begin c1 := 0;

while tt = 2 do ;

c1 := 1

end;

{ Đoạn găng TT 2}

c2 := 0; tt := 1;

{ Phần còn lại của TT 2}

Until false

end;

{ Đoạn găng TT 1}

c1 := 0; tt := 2;

{ Phần còn lại của TT 1}

Until false;

PAREND

END.

15

Giải thuật Dekker

• Đặc điểm:

– Không đòi hỏi công cụ đặc biệt áp dụng được

trong mọi môi trường (hệ thống và ngôn ngữ LT),

– Phức tạp, độ phức tạp tăng khi số tiến trình tăng,

– Tồn tại hiện tượng chờ đợi tích cực.

• Nguyên nhân:

– Không cục bộ hoá biến trong tiến trình,

– Mỗi TT phải tự Kiểm tra và xác lập..

16

2.2 KIỂM TRA VÀ XÁC LẬP (TEST and SET)

• Cơ sở: dùng lệnh máy TS có từ các máy tính

thế hệ III trở đi.

TS

(Test and Set)

Thực hiện:

- 2 công việc,

-Liên tục

Làm việc với

2 biến

Biến riêng

L TS(L)

Biến chung

G

L := G;

G := 1;

17

TEST and SET

• IBM 360/370:  1 lệnh TS ( mã 92_H),

• IBM PC: Nhóm lệnh BTS (Binary Test and Set):

¬G

L:= G

G

G:= 1 0 1 0

18

TEST and SET

• Sơ đồ điều độ:

Var l1, l2, g: Integer;

BEGIN

g := 0;

PARBEGIN

TT1: Repeat

l1 := 1;

g

l1 l2

0 1

1 0 1

1

While l1 = 1 do TS(l1);

{Đoạn găng TT1}

g := 0;

1

0

1

0

{Phần còn lại của TT1}

Until false;

TT2: Repeat

l2 := 1;

1 1

While l2 = 1 do TS(l2);

{Đoạn găng TT2}

g := 0;

1

{Phần còn lại của TT2}

Until false

PAREND

END.

19

TEST and SET

Đặc điểm:

• Đơn giản, độ phức tạp không tăng khi số tiến

trình tăng. Nguyên nhân: Cục bộ hoá biến và

tính liên tục của KT & XL,

• Tồn tại hiện tượng chờ đợi tích cực. Nguyên

nhân: Mỗi TT phải tự đưa mình vào đoạn găng.

20