شرح و کنترل فرایند

شرح و کنترل فرایند

اسلاید 1: فصل سوم:شرح و کنترل فرایند

اسلاید 2: مباحث این فصل:حالات فرایندمدل دو حالته برای فرایندایجاد و پایان فرایندیک مدل پنج حالتهفرایند های معلقشرح فرایندساختار های کنترلی سیستم عاملساختار های کنترلی فرایندکنترل فرایندحالات اجراایجاد فرایندتعویض فراینداجرای سیستم عاملسؤالات دوره ای

اسلاید 3: فرایند چیست؟یک مجموعه از داده ها و دستورالعمل هابرای اینکه یک برنامه اجرا شود یک فرایند ایجاد می شود.

اسلاید 4: نیازهایی که سیستم عامل باید پاسخگو باشد:سیستم عامل باید در بین اجرای فرایند ها قرار بگیرد، تا هم زمان پاسخ قابل قبول باشد و هم استفاده از پردازنده حداکثر.سیستم عامل باید با پیروی از یک سیاست معین منابع را به فرایند ها نسبت دهد همچنین از بروز بن بست جلوگیری کند.در صورت لزوم از ایجاد ارتباط میان فرایندها و تولید فرایند توسط کاربر حمایت کند.

اسلاید 5: مدل دو حالته برای فرایند:فرایند میتواند در یکی از دو حالت زیر باشد:اجراغیر اجرا

اسلاید 6: عوامل مهم در طراحی سیستم عامل:برای طراحی موثر سیستم عامل، باید مدل روشنی از یک فرایند داشته باشیم.اولین گام در طراحی برنامه ای برای کنترل فرایند ها بیان رفتار مورد انتظار آنهاست.هر فرایند باید شامل اطلاعات زیر باشد :حالت فعلیمکان در حافظه میزان فضای اشغال شده توسط آنفرایند های در حال اجرا نیاز به صف بندی ندارند.

اسلاید 7: فرایندهای در حال اجرا نیاز به صف بندی ندارند:صف می تواند لیستی از اشاره گر ها به فرایند ها باشد.یا میتواند یک لیست پیوندی از جدولهای اطلاعاتی باشد که هر جدول بیانگر یک فرایند است.توزیع کننده بر روی این صف عمل میکند.

اسلاید 8: ایجاد و پایان فرایند:طول عمر یک فرایند محدود به زمان ایجاد و پایان فرایند می شود.ایجاد فرایند:برای فرایند جدیدی که به لیست فرایند های سیستم عامل اضافه میشود، سیستم عامل ساختمان داده های لازم را برای آن فرایند را ساخته و فضای لازم از حافظه اصلی را به آن اختصاص میدهد.پایان فرایند:سیستم عامل باید وسیله ای برای نشان دادن پایان یک فرایند داشته باشد. معمولاً از یک دستور توقف که توسط فرایند اجرا میشود، استفاده میشود.

اسلاید 9: ایجاد فرایند:حوادثی که منجر به ایجاد فرایند میشوند عبارتند از :کار دسته ای جدیدبرقراری ارتباط محاوره ایارائه یک خدمت توسط سیستم عاملزایش توسط فرایند موجود

اسلاید 10: خاتمه فرایند:حوادثی که منجر به خاتمه یک فرایند میشوند عبارتند از:پایان طبیعینبود حافظهبوجود آمدن شرایط خطاپایان یافتن پدردرخواست پدردستور العمل ممتازخطای محاسباتیخطای ورودی / خروجیخطای حفاظت

اسلاید 11: مدل 5 حالته فرایند:در مدل 2 حالته اگر تمام فرایند ها همواره در حال اجرا باشند، نظام صف بندی گردشی مناسب است.ممکن است برخی از فرایند های موجود در صف به دلیل انتظار برای یک عمل ورودی خروجی مسدود باشند.حالت غیر اجرا را به دو حالت زیر می شکنیم:مسدودآمادههمچنین دو حالت جدید زیر را نیز اضافه می کنیم.جدیدخروج

اسلاید 12: مدل 5 حالته فرایند:

اسلاید 13: مدل 5 حالته فرایند:اجرا :فرایندی که هم اکنون در حال اجراست.آماده : فرایندهایی که وقتی به آنها فرصت داده شود برای اجرا آماده هستند.مسدود: فرایندی که تا بروز حادثه مثل اتمام یک عمل ورودی خروجی نمی تواند اجرا شود.جدید: فرایندی که هم اکنون ایجاد شده اما هنوز در لیست فرایند های قابل اجرای سیستم نیست. (اصطلاحاً هنوز در حافظه بار نشده)خروج: فرایندی که به دلیل اجرای دستور توقف یا به دلیل دیگری خاتمه یافته است.

اسلاید 14: صف بندی در مدل 5 حالته:صف مسدود واحد: تمام فرایند های مسدود در یک صف واحد قرار می گیرند. با بروز یک حادثه تمام فرایندهای منتظر برای آن حادثه باید از صف خارج شوند.

اسلاید 15: صف بندی در مدل 5 حالته:صف مسدود چندگانه: به ازای هر حادثه یک صف در نظرگرفته میشود و تمام فرایند های یک صف با بروز حادثه به صف فرایند های قابل اجرا میروند.

اسلاید 16: فرایند های معلق:پردازنده ها بسیار سریعتر از ورودی خروجی اند، بنابراین تمام پردازنده ها باید برای عمیلیات ورودی خروجی منتظر بمانند.میتوان فرایندهای منتظر را به حافظه ثانویه انتقال داد تا فضای آزاد بیشتری در حافظه اصلی داشته باشیم.فرایندهای مسدود انتقال داده شده به دیسک را فرایندهای معلق می گوییم.دو حالت جدید:معلق و آماده: فرایند بر روی دیسک است، اما به محض بار شدن در حافظه قابل اجرا خواهد بود.معلق و مسدود: فرایند بر روی دیسک در انتظار یک رخداد است.

اسلاید 17: فرایند های معلق:

اسلاید 18: فرایند های معلق:

اسلاید 19: دلایل تعلیق فرایند:مبادله : برای آوردن فرایند آماده، به اجرا نیاز به فضای حافظه آزاد است.دلایل دیگر سیستم عامل: ممکن است سیستم عامل فرایندی را که مظنون به ایجاد مشکل است را معلق کند.درخواست کاربر محاوره ای: ممکن است کاربر بخواهد به منظور اشکال زدایی یا استفاده از منابع اجرای برنامه را معلق کند.ترتیب زمانی: ممکن است فرایندی به طور دوره ای اجرا شود و هنگام انتظار به صورت معلق باشد.درخواست فرایند پدر: ممکن است فرایندی اجرای فرایند دیگری را که خودش بوجود آورده است به تعلیق بیاندازد.مثل درخواست پدر برای هماهنگی فرزندان.

اسلاید 20: شرح فرایند:

اسلاید 21: ساختار کنترل سیستم عامل:سیستم عامل برای مدیریت فرایندها و منابع، باید اطلاعاتی در مورد وضعیت کنونی هر منبع و فرایند داشته باشد.برای تهیه این اطلاعات سیستم عامل برای هر موجودیتی که مدیریت میکند، جداول اطلاعاتی لازم را ساخته و مدیریت میکند.

اسلاید 22: ساختار کنترل سیستم عامل:سیستم عامل ازچهار نوع جدول برای مدیریت منابع استفاده میکند:جدول حافظهجدول ورودی/خروجیجدول پروندهجدول فرایند

اسلاید 23: اجزاء متداول بلوک کنترل فرایند (PCB) :

اسلاید 24: حالات اجرا:اکثر پردازنده ها حداقل از دو حالت اجرا حمایت میکنند:حالت کاربر(کم امتیاز) : برنامه کاربران در این حالت اجرا میشود.حالت هسته (ممتاز / سیستم / کنترل)تغییر حالت معمولا در واکنش به وقفه ها، فراخوانی سیستم و همینطور بعضی دستورالعمل های خاص (CHM) انجام می شود.تنها حالت هسته میتواند ساختمان داده ها را اصلاح کند.

اسلاید 25: مراحل ایجاد فرایند جدید:تخصیص یک شناسه یکتا به فرایند جدید:تخصیص فضا به فرایندمقدار گذاری اولیه بلوک کنترل فرایندشناسه فرایند، شناسه پدرجز شمارنده برنامه و اشاره گر پشته بقیه با صفر مقدار دهی میشوند.اطلاعات کنترل فرایند بر اساس مقدار پیش فرض مقدار دهی میشوند.برقراری پیوند های لازمایجاد و گسترش ساختمان داده های دیگرحافظه، پرونده ها،

اسلاید 26: تعویض حالت فرایند:ما معمولاً در یک سیستم بین فرایندهای گوناگون سوئیچ میکنیم. عواملی که موجب تعویض فرایند میشوند عبارتند از:وقفه خارجیوقفه ساعتوقفه ورودی/خروجیتله داخلیخطای صفحهدستورالعمل غیر مجازفراخوانی سرپرست

اسلاید 27: تعویض حالت فرایند:در صورت بروز هر یک از عوامل قبلی کارهای زیر انجام میشود:وضعیت فعلی پردازنده (ثبات ها، پرچمها) ذخیره میشود.اشاره گر برنامه با آدرس اولین دستورالعمل روال مناسب مقدار دهی میشود.به حالت هسته تغییر حالت میشود، بنابراین دستورات ممتاز میتوانند استفاده شوند.

اسلاید 28: مراحل تعویض حالت فرایند:متن برنامه (ثباتها، ...) ذخیره میشوند.حالت فرایند فعلی به روز میشود(اجرا به مسدود،آماده،خروج)کنترل به صف مناسب(صف مسدود،معلق،آماده) واگذار میشود.انتخاب فرایند دیگری برای اجرابه روز کردن بلوک کنترل فرایند انتخاب شدهبه روز کردن ساختمان داده های مدیریت حافظهبار گذاری مجدد متن برنامه

اسلاید 29: ساختار هسته سیستم عامل:هسته غیر فرایندهسته خارج از متن فرایند در حال اجرا، اجرا میشود.هسته حافظه و پشته مخصوص به خود دارد.اجرا در خلال فرایند های دیگرفراخوانی های سیستمی در متن فرایند در حال اجرا رخ میدهد.معمولاً در مینی کامپیوتر و میکروکامپیوتر هاستتصویر هر فرایند ساختمان داده های کاربر و سیستم را با هم داراست.سیستم عامل های مبتنی بر فرایندسیستم عامل به عنوان مجموعه ای از فرایند های سیستمی طراحی میشود.مشوق استفاده از سیستم عامل مؤلفه ای، با ارتباط روشن بین مؤلفه هاستدر سیستم های چندپردازنده ای کاربرد دارد

اسلاید 30: سؤال و پاسخ : ? ? ? ? ?

اسلاید 31: سؤال اول:رد یک دستورالعمل چیست؟رد یک فرایند عبارت است از ترتیب دستورالعمل هایی که برای آن فرایند اجرا میشوند .

اسلاید 32: سؤال دوم:کدام حوادث معمولاً منجر به ایجاد فرایند جدید میشوند؟کار دسته ای جدیدبرقراری ارتباط محاوره ای جدیدارائه یک خدمت توسط سیستم عامل زایش توسط فرایند موجود

اسلاید 33: سؤال سوم:برای مدل پردازشی شکل 5-3 به اختصار هر حالت را تعریف کنید.در حال اجرا : فرایندی که هم اکنون در حال اجراست.آماده : فرایندی که آماده برای اجراست و تنها در انتظار توزیع وقت پردازنده است.مسدود : فرایندی که در انتظار یک رخداد (مانند کامل شدن یک عمل I/O) است و تا وقوع آن نمی تواند اجرا شود.جدید : فرایندی که تنها ایجاد شده اما هنوز سیستم عامل اجازه ورود به مخزن فرایند های قابل اجرا را به آن نداده است.خروج : فرایندی که به خاطر اجرای دستور توقف و یا به دلیلی دیگر قطع شده و از مخزن فرایند های قابل اجرای سیستم عامل خارج میشود.

اسلاید 34: سؤال چهارم:قبضه کردن یک فرایند به چه معناست؟قبضه کردن یک فرایند زمانی رخ میدهد که سیستم عامل به فرایند در حال اجرا وقفه ای صادر میکند،تا به اجرای یک فرایند با اولویت بالاتر بپردازد

اسلاید 35: سؤال پنجم:مبادله چیست؟ و چرا انجام میشود؟مبادله عبارتست از انتقال دادن بخش یا تمام یک فرایند از حافظه اصلی به دیسک. زمانی که هیچکدام از فرایند های موجود در حافظه اصلی آماده برای اجرا نباشند، سیستم عامل یک فرایند مسدود را از حافظه به صف فرایند های معلق در دیسک انتقال میدهد. بنابراین فرایند دیگری برای اجرا میتواند به حافظه آورده شود.

اسلاید 36: سؤال ششم:چرا در شکل 3-8 دو حالت مسدود داریم؟دو مفهوم کاملا متفاوت وجود دارد: فرایند میتواند در انتظار یک رخداد باشد یا نباشد ( مسدود یا غیر مسدود) همچنین فرایند میتواند در صف فرایند های معلق باشد یا نباشد (معلق یا غیرمعلق). برای این 4 ترکیب ما نیاز به دو حالت آماده و دو حالت مسدود داریم.

اسلاید 37: سؤال هفتم:چهار خصوصیت فرایند معلق را بگویید؟فرایندی که فوراً قابل اجرا نیست.فرایند میتواند در انتظار یک رخداد باشد یا نباشد. اگر منتظر باشد، شرط مسدود بودن مستقل از شرط معلق بودن است و بروز حادثه ای که آن فرایند در انتظار آن بوده، آن فرایند را قادر به اجرا نمی کند.این فرایند (توسط خودش ، فرایند پدر، یا سیستم عامل) در حالت تعلیق قرار گرفته است تا از اجرای آن جلوگیری شود.ممکن است تا زمانی که آن عامل صراحتاً دستور نداده است نتوان فرایند را از حالت معلق خارج کرد.

اسلاید 38: سؤال هشتم:برای مقاصد مدیریتی، سیستم عامل از چه جدولهایی استفاده میکند؟سیستم عامل برای نهاد های وابسته به حافظه ورودی/خروجی فایلها فرایند ها از جدول های اطلاعاتی استفاده میکند.

اسلاید 39: سؤال نهم:در یک بلوک کنترل فرایند، سه گروه عمومی اطلاعات را فقط نام ببرید؟اطلاعات بلوک کنترل فرایند به سه دسته کلی تقسیم میشود: شناسایی فرایند، اطلاعات وضعیت پردازنده، اطلاعات کنترل فرایند.

اسلاید 40: سؤال دهم:چرا دو حالت کاربر و هسته نیاز است؟حالت کاربر در اجرای بعضی دستورالعملها و دسترسی به مناطقی از حافظه محدود است. این محدودیت برای محافظت کردن از سیستم عامل در برابر آسیب ها و تغییرات ناخواسته است. در حالت هسته، سیستم عامل فاقد این محدودیت هاست بنابراین متواند وظایف خود را انجام دهد.

اسلاید 41: سؤال یازدهم:برای ایجاد فرایند جدید سیستم عامل چه اقداماتی را انجام میدهد؟تخصیص یک شناسه یکتا به فرایند جدیدتخصیص فضا برای فرایند.مقدار گذاری اولیه در بلوک کنترل فرایند.برقراری پیوندهای لازم.ایجاد و گسترش ساختمان داده های دیگر.

اسلاید 42: سؤال دوازدهم:تفاوت وقفه و تله چیست؟یک وقفه معمولا از یک رخداد خارجی و مستقل از فرایند در حال اجرا ناشی میشود مانند کامل شدن عملیات ورودی خروجی. اما یک تله به خطا یا یک شرایط استثنائی تولید شده توسط فرایند جاری باز میگردد مانند تلاش برای دستیابی غیر مجاز به یک پرونده.

اسلاید 43: سؤال سیزدهم:از وقفه سه مثال بزنید؟وقفه های I/Oوقفه های ساعتوقفه خطای حافظه

اسلاید 44: سؤال چهاردهم:تفاوت بین تغییر حالت و تعویض فرایند چیست؟تغییر حالت ممکن است بدون تغییر وضعیت فرایند در حال اجرا اتفاق بیفتد. تعویض فرایند شامل خارج کردن فرایند در حال اجرا از حالت اجرا برای اجرای یک فرایند دیگر است، بنابراین تعویض فرایند در بر گیرنده تغییر حالت است.