Подсистема управления процессами. Понятие процесса

РАЗРАБОТКА МОДУЛЯ УЧЕБНОЙ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Методические указания

к курсовому проектированию по дисциплине

«Операционные системы»

для студентов дневной формы обучения

направления

ВВЕДЕНИЕ. 4

1. Теоретический раздел. 4

1.1. Подсистема управления процессами. 4

1.1.1. Контекст и дескриптор процесса. 5

1.1.2. Алгоритмы планирования процессов. 6

1.1.3. Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования. 9

1.1.4. Модель процесса и функции подсистемы управления процессами учебной операционной системы 12

1.2. Подсистема управления памятью.. 17

1.2.1. Страничное распределение. 18

1.2.2. Сегментное распределение. 22

1.2.3. Странично-сегментное распределение. 23

1.2.4. Алгоритмы замещения страниц. 24

1.3. Управление файлами. 30

1.3.1. Имена файлов. 30

1.3.2. Типы файлов. 32

1.3.3. Физическая организация и адрес файла. 33

2. Порядок выполнения курсового проекта. 38

3. Варианты заданий. 39

Библиографический список 42

ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 43

ВВЕДЕНИЕ

Цель курсового проекта: изучить теоретические основы построения модулей операционной системы. Получить практические навыки разработки программы, являющейся частью операционной системы.

Теоретический раздел

Функции операционной системы автономного компьютера обычно группируются либо в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми управляет ОС, либо в соответствии со специфическими задачами, применимыми ко всем ресурсам. Иногда такие группы функций называют подсистемами. Наиболее важными подсистемами являются подсистемы управления процессами, памятью, файлами и внешними устройствами, а подсистемами общими для всех ресурсов являются подсистемы пользовательского интерфейса, защиты данных и администрирования.

Подсистема управления процессами

Важнейшей частью операционной системы, непосредственно влияющей на функционирование вычислительной машины, является подсистема управления процессами. Для каждого вновь создаваемого процесса ОС генерирует системные информационные структуры, которые содержат данные о потребностях процесса в ресурсах вычислительной системы, а также о фактически выделенных ему ресурсах. Таким образом, процесс можно также определить как некоторую заявку на потребление системных ресурсов.

Чтобы процесс мог быть выполнен, операционная система должна назначить ему область оперативной памяти, в которой будут размещены коды и данные процесса, а также предоставить ему необходимое количество процессорного времени. Кроме того, процессу может понадобиться доступ к таким ресурсам, как файлы и устройства ввода-вывода.

В многозадачной системе процесс может находиться в одном из трех основных состояний:

ВЫПОЛНЕНИЕ — активное состояние процесса, во время которого процесс обладает всеми необходимыми ресурсами и непосредственно выполняется процессором;

ОЖИДАНИЕ — пассивное состояние процесса, процесс заблокирован, он не может выполняться по своим внутренним причинам, он ждет осуществления некоторого события, например, завершения операции ввода-вывода, получения сообщения от другого процесса, освобождения какого-либо необходимого ему ресурса;

ГОТОВНОСТЬ — также пассивное состояние процесса, но в этом случае процесс заблокирован в связи с внешними по отношению к нему обстоятельствами: процесс имеет все требуемые для него ресурсы, он готов выполняться, однако процессор занят выполнением другого процесса.

В ходе жизненного цикла каждый процесс переходит из одного состояния в другое в соответствии с алгоритмом планирования процессов, реализуемым в данной операционной системе. Типичный граф состояний процесса показан на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 — Граф состояний процесса в многозадачной среде

В состоянии ВЫПОЛНЕНИЕ в однопроцессорной системе может находиться только один процесс, а в каждом из состояний ОЖИДАНИЕ и ГОТОВНОСТЬ — несколько процессов, эти процессы образуют очереди соответственно ожидающих и готовых процессов.

Жизненный цикл процесса начинается с состояния ГОТОВНОСТЬ, когда процесс готов к выполнению и ждет своей очереди. При активизации процесс переходит в состояние ВЫПОЛНЕНИЕ и находится в нем до тех пор, пока либо он сам освободит процессор, перейдя в состояние ОЖИДАНИЯ какого-нибудь события, либо будет насильно вытеснен из процессора, например, вследствие исчерпания отведенного данному процессу кванта процессорного времени. В последнем случае процесс возвращается в состояние ГОТОВНОСТЬ. В это же состояние процесс переходит из состояния ОЖИДАНИЕ, после того, как ожидаемое событие произойдет.

Статьи к прочтению:

Основы программирования. Управления процессами

Система управления задачами обеспечивает их прохождение через компьютер. В зависимости от состояния процесса ему необходимо выделить тот или иной ресурс. Например, новый процесс нужно разместить в памяти, выделив ему адресное пространство; включить в список задач, конкурирующих за процессорное время.

Одной из основных подсистем мультипрограммной ОС, непосредственно влияющей на функционирование вычислительной машины, является подсистема управления процессами и потоками . Она занимается их созданием и уничтожением, а также распределяет процессорное время между одновременно существующими в системе процессами и потоками.

При одновременном выполнении в системе нескольких задач, хотя потоки возникают и выполняются асинхронно, у них может возникнуть необходимость во взаимодействии, например, при обмене данными. Поэтому синхронизация потоков является одной из важных функций подсистемы управления процессами и потоками.

Взаимодействие между процессами осуществляется с помощью общих переменных и специальных базовых операций, называемых примитивами .

Подсистема управления процессами и потоками имеет возможность выполнять над процессами следующие операции:

– создание (порождение)/уничтожение процесса;

– приостановка/возобновление процесса;

– блокирование/пробуждение процесса;

– запуск процесса;

– изменение приоритета процесса;

Подсистема управления процессами и потоками ответственна за обеспечение процессов необходимыми ресурсами. ОС поддерживает в памяти специальные информационные структуры, в которые записывает, какие ресурсы выделены каждому процессу. Ресурс может назначаться процессу в единоличное пользование или в совместное пользование с другими процессами. Некоторые из ресурсов выделяются процессу при его создании, а некоторые – динамически по запросам во время выполнения. Ресурсы могут быть приписаны процессу на все время его жизни или только на определенный период. При выполнении этих функций подсистема управления процессами взаимодействует с другими подсистемами ОС, ответственными за управление ресурсами, такими, как подсистема управления памятью, подсистема ввода-вывода, файловая система.

1. Создание и удаление процессов и потоков

Создать процесс – это прежде всего означает создать описатель процесса , в качестве которого выступает одна или несколько информационных структур, содержащих все сведения о процессе, необходимые операционной системе для управления им. Подробно этот вопрос рассматривался ранее, сейчас только напомним, что в число таких сведений могут входить, например, идентификатор процесса, данные о расположении в памяти исполняемого модуля, степень привилегированности процесса (приоритет и права доступа) и т.п.

Создание процесса включает загрузку кодов и данных исполняемой программы данного процесса с диска в оперативную память. При этом подсистема управления процессами взаимодействует с подсистемой управления памятью и файловой системой. В многопоточной системе при создании процесса ОС создает для каждого процесса как минимум один поток выполнения. При создании потока так же, как при создании процесса, ОС генерирует специальную информационную структуру – описатель потока, который содержит идентификатор потока, данные о правах доступа и приоритете, о состоянии потока и т.п. После создания поток (или процесс) находится в состоянии готовности к выполнению (или в состоянии бездействия, если речь идет об ОС специального назначения).

Создание и удаление задач осуществляется по соответствующим запросам от пользователей или от других задач. Задача может породить новую задачу – во многих системах поток может обратиться к ОС с запросом на создание т.н. потоков-потомков. Порождающая задача называется "предком", "родителем", а порожденная – "потомком" или "дочерней задачей". "Предок" может приостановить или удалить свою дочернюю задачу, в то время как "потомок" не может управлять "предком".

В разных ОС по-разному строятся отношения между потоками-потомками и их родителями. В одних ОС их выполнение синхронизируется (после завершения родительского потока с выполнения снимаются все его потомки), в других потомки выполняются асинхронно по отношению к родительскому потоку.

После завершения процесса ОС "зачищает следы" его пребывания в системе – закрывает все файлы, с которыми работал процесс, освобождает области оперативной памяти, отведенные под коды, данные и системные информационные структуры процесса. Выполняется коррекция очередей ОС и списков ресурсов, в которых имелись ссылки на завершаемый процесс.

2. Планирование и диспетчеризация процессов и потоков

Стратегия планирования определяет, какие процессы выбираются на выполнение для достижения поставленной цели. Стратегии могут быть различными, например:

– по возможности заканчивать вычисления в том же самом порядке, в каком они были начаты;

– отдавать предпочтение более коротким процессам;

– предоставлять всем пользователям (задачам пользователей) одинаковые услуги, в том числе и одинаковое время ожидания.

На протяжении существования процесса выполнение его потоков может быть многократно прервано и продолжено.

Переход от выполнения одного потока к другому осуществляется в результате планирования и диспетчеризации .

Планирование потоков осуществляется на основе информации, хранящейся в описателях процессов и потоков. При планировании могут приниматься во внимание приоритет потоков, время их ожидания в очереди, накопленное время выполнения, интенсивность обращения к вводу-выводу и др. факторы. ОС планирует выполнение потоков независимо от того, принадлежат ли они одному или разным процессам. Под планированием понимают задачу подбора такого множества процессов, чтобы они как можно меньше конфликтовали при выполнении и как можно эффективнее использовали вычислительную систему.

В различных информационных источниках существуют различные трактовки понятий "планирование" и "диспетчеризация". Так, некоторые авторы планирование подразделяют на долгосрочное (глобальное) и краткосрочное (динамическое, т.е. текущее наиболее эффективное распределение), и последнее называют диспетчеризацией. Согласно другим источникам, под диспетчеризацией понимают реализацию принятого на этапе планирования решения. Мы будем придерживаться этого варианта.

Планирование включает в себя решение двух задач:

определение момента времени для смены активного потока;

выбор для выполнения потока из очереди готовых потоков.

Существует множество алгоритмов планирования, по-разному решающих эти задачи. Именно особенности планирования определяют специфику операционной системы. Рассмотрим их чуть позже.

В большинстве ОС планирование осуществляется динамически , т.е. решения принимаются во время работы на основании анализа текущей ситуации. Потоки и процессы появляются в случайные моменты времени и непредсказуемо завершаются.

Статический тип планирования может быть использован в специализированных системах, в которых весь набор одновременно выполняемых заданий определен заранее (системы реального времени). Планировщик составляет расписание на основании знаний о характеристиках набора задач. Затем это расписание используется операционной системой для диспетчеризации.

Диспетчеризация заключается в реализации найденного в результате планирования решения, т.е. в переключении одного процесса на другой. Диспетчеризация сводится к следующему:

сохранение контекста текущего потока, который требуется сменить;

запуск нового потока на выполнение.

В контексте потока отражены, во-первых, состояние аппаратуры компьютера в момент прерывания (значение счетчика команд, содержимое регистров общего назначения, режим работы процессора, флаги, маски прерываний и др. параметры), во-вторых, параметры операционной среды (ссылки на открытые файлы, данные о незавершенных операциях ввода-вывода, коды ошибок выполняемых данным потоком системных вызовов и т.п.).

В контексте потока можно выделить часть, общую для всех потоков данного процесса (ссылки на открытые файлы), и часть, относящуюся только к данному потоку (содержимое регистров, счетчик команд, режим процессора). Например, в среде NetWare различаются три вида контекстов – глобальный контекст (контекст процесса), контекст группы потоков и контекст отдельного потока. Соотношение между данными этих контекстов аналогично соотношению глобальных и локальных переменных в программе. Иерархическая организация контекстов ускоряет переключение потоков: при переключении с потока одной группы на поток другой группы в пределах одного процесса глобальный контекст не изменяется, а меняется лишь контекст группы. Переключение глобальных контекстов происходит только при переходе с потока одного процесса на поток другого процесса.

3. Алгоритмы планирования

С точки зрения решения первой задачи планирования (выбор момента времени для смены активного потока) алгоритмы планирования делятся на два больших класса – вытесняющие и невытесняющие алгоритмы:

невытесняющие – активный поток может выполняться до тех пор, пока он сам не передаст управление системе, чтобы та выбрала из очереди другой готовый поток;

вытесняющие – операционная система принимает решение о смене выполняемого задания и переключает процессор на другой поток.

Основным различием между названными алгоритмами планирования является степень централизации механизма планирования потоков. Рассмотрим основные характеристики, достоинства и недостатки каждого класса алгоритмов.

Невытесняющие алгоритмы . Прикладная программа, получив управление от ОС, сама определяет момент завершения очередного цикла своего выполнения и только затем передает управление ОС с помощью какого-либо системного вызова. Следовательно, управление приложением со стороны пользователя теряется на произвольный период времени. Разработчикам необходимо учитывать это и создавать приложения так, чтобы они работали как бы "частями", периодически прерываясь и передавая управление системе, т.е. при разработке выполняются еще и функции планировщика.

Достоинства данного подхода:

– исключено прерывание потока в неудобный для него момент;

– решается проблема одновременного использования данных, т.к. во время каждого цикла выполнения задача использует их монопольно и уверена, что никто другой не сможет их изменить;

– более высокая скорость переключения с потока на поток.

Недостатками являются затрудненная разработка программ и повышенные требования к квалификации программиста, а также возможность захвата процессора одним потоком при его случайном или преднамеренном зацикливании.

Вытесняющие алгоритмы – циклический, или круговой тип планирования, при котором операционная система сама решает вопрос о прерывании активного приложения и переключает процессор с одной задачи на другую в соответствии с тем или иным критерием. В системе с такими алгоритмами программисту не надо заботиться о том, что его приложение будет выполняться одновременно с другими задачами. В качестве примеров можно назвать операционные системы UNIX, Windows NT/2000, OS/2. Алгоритмы этого класса ориентированы на высокопроизводительное выполнение приложений.

Вытесняющие алгоритмы могут быть основаны на концепции квантования или на механизме приоритетов.

Алгоритмы, основанные на квантовании . Каждому потоку предоставляется ограниченный непрерывный квант процессорного времени (его величина не должна быть меньше 1 мс – как правило, несколько десятков мс). Поток переводится из состояния выполнения в состояние готовности в случае, если квант исчерпан. Кванты могут быть одинаковыми для всех потоков или различными.

При выделении квантов потоку могут использоваться разные принципы: эти кванты могут быть фиксированной величины или изменяться в разные периоды жизни потока. Например, для некоторого конкретного потока первый квант может быть довольно большим, а каждый следующий выделяемый ему квант может иметь меньшую длительность (уменьшение до заданных пределов). Таким образом формируется преимущество для более коротких потоков, а длительные задачи переходят в фоновый режим. Другой принцип основан на том факте, что процессы, часто выполняющие операции ввода-вывода, не полностью реализуют выделяемые им кванты времени. Для компенсации этой несправедливости из таких процессов может быть сформирована отдельная очередь, которая имеет привилегии по отношению к остальным потокам. При выборе очередного потока на выполнение сначала просматривается эта очередь, и, только если она пуста, выбирается поток из общей очереди готовых к выполнению.

Эти алгоритмы не используют никакой предварительной информации о задачах. Дифференциация обслуживания в данном случае базируется на "истории существования" потока в системе.

С точки зрения второй задачи планирования (принцип выбора на выполнение очередного потока) алгоритмы также могут быть условно разбиты на классы: бесприоритетные и приоритетные алгоритмы. При бесприоритетном обслуживании выбор очередной задачи производится в некотором заранее заданном порядке без учета их относительной важности и времени обслуживания. При реализации приоритетных дисциплин некоторым задачам предоставляется преимущественное право попасть в состояние исполнения.

Теперь рассмотрим некоторые наиболее распространенные дисциплины планирования.

Обслуживание в порядке поступления . Выделение процессора производится по принципу FIFO (First In First Out), т.е. в порядке поступления заявок на обслуживание. Этот подход позволяет реализовать стратегию "по возможности заканчивать вычисления в порядке их появления". Те задачи, которые были заблокированы в процессе выполнения, после перехода в состояние готовности ставятся в очередь перед теми задачами, которые еще не выполнялись. Таким образом, создается две очереди: одна из еще не выполнявшихся задач, а другая – из задач, перешедших из состояния ожидания.

Эта дисциплина реализуется как невытесняющая, когда задачи освобождают процессор добровольно.

Достоинством данного алгоритма является его простота реализации. Недостатком – при большой загрузке короткие задания вынуждены ожидать в системе долгое время. Следующий подход устраняет этот недостаток.

Кратчайший процесс обслуживается первым. Согласно этому алгоритму, следующим для выполнения назначается поток с минимальным оценочным временем, требуемым для окончания его работы. Здесь оказывается предпочтение потокам, которым осталось немного времени до их завершения. Благодаря этому уменьшается количество ожидающих задач в системе. Недостатком является необходимость заранее знать оценочные времена, что не всегда возможно. В качестве грубого приближения в некоторых случаях можно использовать время, затраченное потоком при последнем получении управления.

Алгоритм относится к разряду невытесняющих бесприоритетных.

Названные алгоритмы могут использоваться для пакетных режимов работы, когда пользователь не ожидает реакции системы. Для интерактивных же вычислений нужно прежде всего обеспечить приемлемое время реакции и равенство в обслуживании для мультитерминальных систем. Для однопользовательских систем желательно, чтобы те программы, с которыми непосредственно работают, имели лучшее время реакции, чем фоновые задания. Кроме того, некоторые приложения, выполняясь без непосредственного участия пользователя, должны тем не менее гарантированно получать свою долю процессорного времени (например, программа получения электронной почты). Для решения подобных проблем используются приоритетные методы обслуживания и концепция квантования.

Карусельная дисциплина , или круговая – RR (Round Robin). Данная дисциплина относится к вытесняющим алгоритмам и основана на квантовании. Каждая задача получает процессорное время порциями – квантами. После окончания кванта времени задача снимается с процессора и ставится в конец очереди процессов, готовых к выполнению, а на обслуживание процессором принимается очередная задача. Для оптимальной работы системы необходимо правильно выбрать закон, по которому кванты времени выделяются задачам.

Величина кванта выбирается как компромисс между приемлемым временем реакции системы на запросы пользователей (с тем, чтобы их простейшие запросы не вызывали длительного ожидания) и накладными расходами на частую смену задач. При прерываниях ОС должна сохранить достаточно большой объем информации о текущем процессе, поставить дескриптор снятой задачи в очередь, загрузить контекст новой задачи. При малой величине кванта времени и частых переключениях относительная доля таких накладных расходов станет большой, и это ухудшит производительность системы в целом. При большой величина кванта времени и увеличении очереди готовых задач реакция системы станет плохой.

В некоторых ОС есть возможность указывать в явном виде величину кванта времени или допустимый диапазон его значений. Например, в OS/2 в файле CONFIG.SYS с помощью оператора TIMESLICE указывается минимальное и максимальное значения для кванта времени: TIMESLICE=32,256 указывает, что квант возможно изменять в пределах от 32 до 256 миллисекунд.

Данная дисциплина обслуживания является одной из самых распространенных. В некоторых случаях, когда ОС не поддерживает в явном виде дисциплину карусельного планирования, такое обслуживание можно организовать искусственно. Например, в некоторых ОСРВ используется планирование с абсолютными приоритетами, а при равенстве приоритетов действует принцип очередности. Т.е., снять задачу с выполнения может только задача с более высоким приоритетом. При необходимости организовать обслуживание равномерно и равноправно, т.е. чтобы все задания получали одинаковые кванты времени, системный оператор может сам реализовать такое обслуживание. Для этого достаточно всем пользовательским задачам присвоить одинаковые приоритеты и создать одну высокоприоритетную задачу, которая не должна ничего делать, кроме как планироваться на выполнение по таймеру через указанные интервалы времени. Эта задача будет только снимать с выполнения текущее приложение, оно переместится в конец очереди, а сама задача тут же покинет процессор и уступит его следующему в очереди процессу.

В простейшей реализации карусельная дисциплина обслуживания предполагает, что все задания имеют одинаковый приоритет. Если же необходимо ввести механизм приоритетного обслуживания, обычно организуют несколько очередей, в зависимости от приоритетов, и к обслуживанию менее приоритетной очереди переходят только в том случае, когда более приоритетная очередь пуста. По такому алгоритму выполняется планирование в системах OS/2 и Windows NT.

Планирование согласно приоритетам .

Важная концепция, лежащая в основе многих вытесняющих алгоритмов – это приоритетное обслуживание. Такие алгоритмы используют информацию, находящуюся в описателе потока – его приоритет. В разных системах приоритет определяется по-разному. В одних системах наивысшим значением приоритета может считаться его численно наибольшее значение, в других – наоборот, наивысшим приоритетом считается нулевой.

Как правило, приоритет потока непосредственно связан с приоритетом процесса, в рамках которого выполняется данный поток. Приоритет процесса назначается операционной системой при его создании, при этом учитывается, является ли процесс системным или прикладным, каков статус пользователя, запустившего процесс, было ли явное указание пользователя на присвоение процессу определенного приоритета. Значение приоритета включается в описатель процесса и используется при назначении приоритета его потокам. Если поток инициирован не по команде пользователя, а в результате выполнения системного вызова другим потоком, тогда для назначения ему приоритета ОС должна учитывать параметры системного вызова.

При планировании обслуживания программ согласно описанным ранее алгоритмам может возникнуть ситуация, когда некоторые задачи контроля или управления не смогут быть реализованы в течение длительного промежутка времени из-за возрастания нагрузки в системе (особенно в ОСРВ). При этом последствия из-за несвоевременного выполнения таких задач могут быть серьезнее, чем из-за невыполнения каких-то программ с более высоким приоритетом. В таком случае было бы целесообразно временно изменить приоритет "аварийных" задач (у которых истекает отпущенное для них время обработки), а после выполнения восстановить прежнее значение. Введение механизмов динамического изменения приоритетов позволяет реализовать более быструю реакцию системы на короткие запросы пользователей (что важно при интерактивной работе), но при этом гарантировать выполнение любых запросов.

Таким образом, приоритет может быть статическим (фиксированным) или динамическим (изменяющимся системой в зависимости от ситуации в ней). Так называемый базовый приоритет потока непосредственно зависит от базового приоритета процесса, его породившего. В некоторых случаях система может повышать приоритет потока (причем в различной степени), например, если квант отведенного ему процессорного времени не был использован полностью, или понижать приоритет в противном случае. Например, ОС повышает приоритет в большей степени потокам, ожидающим ввода с клавиатуры, и в меньшей степени – потокам, выполняющим операции с диском. В некоторых системах, использующих механизм динамических приоритетов, для изменения приоритета используются достаточно сложные формулы, в которых участвуют значения базовых приоритетов, степень загрузки вычислительной системы, начальное значение приоритета, заданное пользователем, и т.п.

Существуют две разновидности приоритетного планирования: обслуживание с относительными приоритетами и обслуживание с абсолютными приоритетами . В обоих случаях выбор потока на выполнение осуществляется одинаково – выбирается поток, имеющий наивысший приоритет, а момент смены активного потока определяется по-разному. В системе с относительными приоритетами активный поток выполняется до тех пор, пока он сам не покинет процессор (перейдет в состояние ожидания, или произойдет ошибка, или поток завершится). В системе с абсолютными приоритетами прерывание активного потока, кроме указанных причин, происходит еще и в случае, если в очереди готовых потоков появляется поток с более высоким приоритетом, чем активный. Тогда выполняемый поток прерывается и переводится в состояние готовности.

В системе с планированием на основе относительных приоритетов минимизируются затраты на переключение, но одна задача может занимать процессор долгое время. Для систем разделения времени и реального времени такой режим обслуживания не подходит, а вот в системах пакетной обработки (например, OS/360) он используется широко. Планирование с абсолютными приоритетами подходит для систем управления объектами, в которых важна быстрая реакция на события.

Смешанный тип планирования используется во многих ОС: алгоритмы планирования на основе приоритетов сочетаются с концепцией квантования.

Одной из основных подсистем любой современной мультипрограммной ОС, непосредственно влияющей на функционирование компьютера, является подсистема управления процессами и потоками. Основные функции этой подсистемы:

создание процессов и потоков;

обеспечение процессов и потоков необходимыми ресурсами;

изоляция процессов ;

планирование выполнения процессов и потоков (вообще, следует говорить и о планировании заданий);

диспетчеризация потоков;

организация межпроцессного взаимодействия;

синхронизация процессов и потоков;

завершение и уничтожение процессов и потоков.

1. К созданию процесса приводят пять основных событий:

выполнение запроса работающего процесса на создание процесса;

запрос пользователя на создание процесса, например, при входе в систему в интерактивном режиме;

инициирование пакетного задания;

создание операционной системой процесса, необходимого для работы каких-либо служб.

Обычно при загрузке ОС создаются несколько процессов. Некоторые из них являются высокоприоритетными процессами, обеспечивающими взаимодействие с пользователями и выполняющими заданную работу. Остальные процессы являются фоновыми, они не связаны с конкретными пользователями, но выполняют особые функции – например, связанные с электронной почтой, Web-страницами, выводом на печать , передачей файлов по сети, периодическим запуском программ (например,дефрагментации дисков ) и т.д. Фоновые процессы называют демонами.

Новый процесс может быть создан по запросу текущего процесса. Создание новых процессов полезно в тех случаях, когда выполняемую задачу проще всего сформировать как набор связанных, но, тем не менее, независимых взаимодействующих процессов. В интерактивных системах пользователь может запустить программу, набрав на клавиатуре команду или дважды щелкнув на значке программы. В обоих случаях создается новый процесс и запуск в нем программы. В системах пакетной обработки на мэйнфреймах пользователи посылают задание (возможно, с использованием удаленного доступа), а ОС создает новый процесс и запускает следующее задание из очереди, когда освобождаются необходимые ресурсы.

2. С технической точки зрения во всех перечисленных случаях новый процесс формируется одинаково: текущий процесс выполняет системный запрос на создание нового процесса. Подсистема управления процессами и потоками отвечает за обеспечение процессов необходимыми ресурсами . ОС поддерживает в памяти специальные информационные структуры, в которые записывает, какие ресурсы выделены каждому процессу. Она может назначить процессу ресурсы в единоличное пользование или совместное пользование с другими процессами. Некоторые из ресурсов выделяются процессу при его создании, а некоторые – динамическипо запросам во время выполнения . Ресурсы могут быть выделены процессу на все время его жизни или только на определенный период. При выполнении этих функций подсистема управления процессами взаимодействует с другими подсистемами ОС, ответственными за управление ресурсами , такими как подсистема управления памятью, подсистема ввода-вывода , файловая система .

3. Для того чтобы процессы не могли вмешаться в распределение ресурсов , а также не могли повредить коды и данные друг друга, важнейшей задачей ОС является изоляция одного процесса от другого . Для этого операционная система обеспечивает каждый процесс отдельным виртуальным адресным пространством, так что ни один процесс не может получить прямого доступа к командам и данным другого процесса.

4. В ОС, где существуют процессы и потоки, процесс рассматривается как заявка на потребление всех видов ресурсов, кроме одного – процессорного времени. Этот важнейший ресурс распределяется операционной системой между другими единицами работы – потоками, которые и получили свое название благодаря тому, что они представляют собой последовательности (потоки выполнения) команд. Переход от выполнения одного потока к другому осуществляется в результате планирования и диспетчеризации . Работа по определению момента, в который необходимо прервать выполнение текущего потока, и потока, которому следует предоставить возможность выполняться, называется планированием. Планирование потоков осуществляется на основе информации, хранящейся в описателях процессов и потоков. При планировании принимается во внимание приоритет потоков , время их ожидания в очереди, накопленное время выполнения , интенсивность обращения к вводу-выводу и другие факторы.

5. Диспетчеризация заключается в реализации найденного в результате планирования решения, т.е. в переключении процессора с одного потока на другой. Диспетчеризация проходит в три этапа:

сохранение контекста текущего потока;

запуск нового потока на выполнение.

6. Когда в системе одновременно выполняется несколько независимых задач, возникают дополнительные проблемы. Хотя потоки возникают и выполняются синхронно, у них может возникнуть необходимость во взаимодействии , например, при обмене данными. Для общения друг с другом процессы и потоки могут использовать широкий спектр возможностей: каналы (в UNIX ), почтовые ящики (Windows ), вызов удаленной процедуры, сокеты (в Windows соединяют процессы на разных машинах). Согласование скоростей потоков также очень важно для предотвращения эффекта "гонок" (когда несколько потоков пытаются изменить один и тот же файл ), взаимных блокировок и других коллизий, которые возникают при совместном использовании ресурсов.

7. Синхронизация потоков является одной из важнейших функций подсистемы управления процессами и потоками. Современные операционные системы предоставляют множество механизмов синхронизации, включая семафоры, мьютексы, критические области и события. Все эти механизмы работают с потоками, а не с процессами. Поэтому когда поток блокируется на семафоре, другие потоки этого процесса могут продолжать работу.

8. Каждый раз, когда процесс завершается , – а это происходит благодаря одному из следующих событий: обычный выход , выход по ошибке, выход по неисправимой ошибке, уничтожение другим процессом – ОС предпринимает шаги, чтобы "зачистить следы" его пребывания в системе. Подсистема управления процессами закрывает все файлы, с которыми работал процесс, освобождает области оперативной памяти, отведенные под коды, данные и системные информационные структуры процесса. Выполняется коррекция всевозможных очередей ОС и список ресурсов, в которых имелись ссылки на завершаемый процесс.

Министерство транспорта РФ

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ГОУ ВПО "ДВГУПС"

Кафедра: "Информационные технологии и системы"

на тему: "Подсистема управления процессами"

Выполнил: Шолков И.Д.

группа 230

Проверил: Решетникова О.В.

Хабаровск 2010

Введение

1. Описание программы

1.1 Функциональное назначение

1.2 Технические средства, используемые при создании программы

1.3 Многопоточность и многопроцессорность

1.4 Приоритеты потоков и процессов

1.5 Способы синхронизации потоков

1.3 Логическая структура программы

2. Руководство пользователя по работе с программой

2.1 Общие сведения и назначение программы

2.2 Графический интерфейс

2.3 Работа с программой

2.4 Основные характеристики программы ProcessManager

Заключение

Список литературы

C# поддерживает параллельное выполнение кода через многопоточность. Поток – это независимый путь исполнения, способный выполняться одновременно с другими потоками.

Программа на C# запускается как единственный поток, автоматически создаваемый CLR и операционной системой ("главный" поток), и становится многопоточной при помощи создания дополнительных потоков.

Управление многопоточностью осуществляет планировщик потоков, эту функцию CLR обычно делегирует операционной системе. Планировщик потоков гарантирует, что активным потокам выделяется соответствующее время на выполнение, а потоки, ожидающие или блокированные, к примеру, на ожидании эксклюзивной блокировки, или пользовательского ввода – не потребляют времени CPU.

На однопроцессорных компьютерах планировщик потоков использует квантование времени – быстрое переключение между выполнением каждого из активных потоков. Это приводит к непредсказуемому поведению, как в самом первом примере, где каждая последовательность символов ‘X’ и ‘Y’ соответствует кванту времени, выделенному потоку. В Windows XP типичное значение кванта времени – десятки миллисекунд – выбрано как намного большее, чем затраты CPU на переключение контекста между потоками (несколько микросекунд).

На многопроцессорных компьютерах многопоточность реализована как смесь квантования времени и подлинного параллелизма, когда разные потоки выполняют код на разных CPU. Необходимость квантования времени все равно остается, так как операционная система должна обслуживать как свои собственные потоки, так и потоки других приложений.

Говорят, что поток вытесняется, когда его выполнение приостанавливается из-за внешних факторов типа квантования времени. В большинстве случаев поток не может контролировать, когда и где он будет вытеснен.

Все потоки одного приложения логически содержатся в пределах процесса – модуля операционной системы, в котором исполняется приложение.

В некоторых аспектах потоки и процессы схожи – например, время разделяется между процессами, исполняющимися на одном компьютере, так же, как между потоками одного C#-приложения. Ключевое различие состоит в том, что процессы полностью изолированы друг от друга. Потоки разделяют память (кучу) с другими потоками этого же приложения. Благодаря этому один поток может поставлять данные в фоновом режиме, а другой – показывать эти данные по мере их поступления.

Свойство Priority определяет, сколько времени на исполнение будет выделено потоку относительно других потоков того же процесса. Существует 5 градацийприоритетапотока:enum ThreadPriority { Lowest, BelowNormal, Normal, AboveNormal, Highest }

Значение приоритета становится существенным, когда одновременно исполняются несколько потоков.

Установка приоритета потока на максимум еще не означает работу в реальном времени (real-time), так как существуют еще приоритет процесса приложения. Чтобы работать в реальном времени, нужно использовать класс Process из пространства имен System.Diagnostics для поднятия приоритета процесса.

От ProcessPriorityClass.High один шаг до наивысшего приоритета процесса – Realtime. Устанавливая приоритет процесса в Realtime, вы говорите операционной системе, что хотите, чтобы ваш процесс никогда не вытеснялся. Если ваша программа случайно попадет в бесконечный цикл, операционная система может быть полностью заблокирована. Спасти вас в этом случае сможет только кнопка выключения питания. По этой причине ProcessPriorityClass.High считается максимальным приоритетом процесса, пригодным к употреблению.

Если real-time приложение имеет пользовательский интерфейс, может быть не желательно поднимать приоритет его процесса, так как обновление экрана будет съедать чересчур много времени CPU – тормозя весь компьютер, особенно если UI достаточно сложный.

Оператор lock (aka Monitor.Enter/Monitor.Exit) – один из примеров конструкций синхронизации потоков. Lock является самым подходящим средством для организации монопольного доступа к ресурсу или секции кода, но есть задачи синхронизации (типа подачи сигнала начала работы ожидающему потоку), для которых lock будет не самым адекватным и удобным средством.

В Win32 API имеется богатый набор конструкций синхронизации, и они доступны в.NET Framework в виде классов EventWaitHandle, Mutex и Semaphore. Некоторые из них практичнее других: Mutex, например, по большей части дублирует возможности lock, в то время как EventWaitHandle предоставляет уникальные возможности сигнализации.

Все три класса основаны на абстрактном классе WaitHandle, но весьма отличаются по поведению. Одна из общих особенностей – это способность именования, делающая возможной работу с потоками не только одного, но и разных процессов.

EventWaitHandle имеет два производных класса – AutoResetEvent и ManualResetEvent (не имеющие никакого отношения к событиям и делегатам C#). Обоим классам доступны все функциональные возможности базового класса, единственное отличие состоит в вызове конструктора базового класса с разными параметрами.

В части производительности, все WaitHandle обычно исполняются в районе нескольких микросекунд. Это редко имеет значение с учетом контекста, в котором они применяются.

AutoResetEvent – наиболее часто используемый WaitHandle-класс и основная конструкция синхронизации, наряду с lock.

AutoResetEvent очень похож на турникет – один билет позволяет пройти одному человеку. Приставка "auto" в названии относится к тому факту, что открытый турникет автоматически закрывается или "сбрасывается" после того, как позволяет кому-нибудь пройти. Поток блокируется у турникета вызовом WaitOne (ждать (wait) у данного (one) турникета, пока он не откроется), а билет вставляется вызовом метода Set. Если несколько потоков вызывают WaitOne, за турникетом образуется очередь. Билет может "вставить" любой поток – другими словами, любой (неблокированный) поток, имеющий доступ к объекту AutoResetEvent, может вызвать Set, чтобы пропустить один блокированный поток.

Если Set вызывается, когда нет ожидающих потоков, хэндл будет находиться в открытом состоянии, пока какой-нибудь поток не вызовет WaitOne. Эта особенность помогает избежать гонок между потоком, подходящим к турникету, и потоком, вставляющим билет ("опа, билет вставлен на микросекунду раньше, очень жаль, но вам придется подождать еще сколько-нибудь!"). Однако многократный вызов Set для свободного турникета не разрешает пропустить за раз целую толпу – сможет пройти только один человек, все остальные билеты будут потрачены впустую.

WaitOne принимает необязательный параметр timeout – метод возвращает false, если ожидание заканчивается по таймауту, а не по получению сигнала. WaitOne также можно обучить выходить из текущего контекста синхронизации для продолжения ожидания (если используется режим с автоматической блокировкой) во избежание чрезмерного блокирования.

Метод Reset обеспечивает закрытие открытого турникета, безо всяких ожиданий и блокировок.

AutoResetEvent может быть создан двумя путями. Во-первых, с помощью своего конструктора:EventWaitHandle wh = new AutoResetEvent(false);

Если аргумент конструктора true, метод Set будет вызван автоматически сразу после создания объекта.

Другой метод состоит в создании объекта базового класса, EventWaitHandle:EventWaitHandle wh = new EventWaitHandle(false, EventResetMode.Auto);

Конструктор EventWaitHandle также может использоваться для создания объекта ManualResetEvent (если задать в качестве параметра EventResetMode.Manual).

Метод Close нужно вызывать сразу же, как только WaitHandle станет не нужен – для освобождения ресурсов операционной системы. Однако если WaitHandle используется на протяжении всей жизни приложения (как в большинстве примеров этого раздела), этот шаг можно опустить, так как он будет выполнен автоматически при разрушении домена приложения.

ManualResetEvent – это разновидность AutoResetEvent. Отличие состоит в том, что он не сбрасывается автоматически, после того как поток проходит через WaitOne, и действует как шлагбаум – Set открывает его, позволяя пройти любому количеству потоков, вызвавших WaitOne. Reset закрывает шлагбаум, потенциально накапливая очередь ожидающих следующего открытия.

Эту функциональность можно эмулировать при помощи булевой переменной "gateOpen" (объявленной как volatile) в комбинации со "spin-sleeping" – повторением проверок флага и ожидания в течении короткого промежутка времени.

ManualResetEvent может использоваться для сигнализации о завершении какой-либо операции или инициализации потока и готовности к выполнению работы.

1.3 Логическая структура программы

Основу программы составляет абстрактный класс Betaproc. В нем реализована абстрактная модель процесса, без спецификации выполняемых действий, с набором переменных и методов общих для всех процессов. Три процесса sinProc, FibbonProc и ProcRandom являются производными от этого класса и в каждом из них реализован лишь методы возвращающие тип процесса и сам метод выполняемый процессом. При этом каждый метод Base, в котором находится исполняемый код, имеет в своем теле общий для всех хэндл, который позволяет выполнять код лишь одному процессу, когда другие становятся в очередь и получают свое время на выполнение пропорционально приоритету. В момент начала работы стартует таймер, который обеспечивает одинаковый квант времени в 3 секунды для каждого процесса.

Однако процессы не висят в памяти компьютера просто так. Специально для управления процессами создан класс ProcManager. При создании процесса он и вся информация о нем заносится в массив, и в соответствии с номером ячейки, в которую записывается процесс, ему дается идентификатор, по которому к нему можно обратиться в процессе работы. Также в классе ProcManager реализовано графическое представление в памяти. Каждый важный элемент процесса выведен в специальную таблицу на форме, и при изменении одного из них вызывается событие, которое меняет запись в таблице в режиме реального времени, поэтому мы может наблюдать как красиво надпись "работает" бегает от одного процесса к другому.

2. Руководство пользователя по работе с программой

2.1 Общие сведения и назначение программы

Программа написана в среде VisualStudio 2008 на языке C# и представляет собой менеджер управления процессами, построенный на современных средствах управления, с интуитивно понятным графическим интерфейсом. Программа является полностью автономной и не требует установки другого программного обеспечения. Вся справочная информация хранится в настоящем Руководстве и Техническом Проекте. В случае сбоев в работе программы необходимо обратиться к Автору для их устранения. В основной части руководства будут описаны возможности программы, описание основных характеристик и особенностей программы.

2.2 Графический интерфейс

После открытия программы пользователю предоставляется графический интерфейс.

рис 1.: главное окно программы после запуска

Область "Процесс" позволяет выбрать тот процесс, который нам необходимо запустить. Имеет три пункта: Числа Фибоначчи, Случайные числа и Рекурсивный синус.

Область "Приоритет" позволяет установить приоритет запускаемому процессу. Имеет 5 пунктов: Низкий, Ниже среднего, Средний, Выше среднего, Высокий.

Кнопка запуск служит для запуска процесса с выбранными параметрами.

Таблица в центральной части окна отображает состояние каждого из запущенных процессов. После добавления каждого процесса в нее автоматически добавляется одна строка. Имеет 5 полей:

1) Номер процесса – показывает порядковый номер процесса

2) Тип процесса – показывает действие, с которое выполняет данный процесс

3) Состояние процесса – показывает работает ли процесс в данный момент или нет. Также показывает, если процесс является остановленным, завершенным или только что возобновленным.

4) Приоритет процесса – показывает приоритет процесса, который был присвоен ему при создании.

5) Процент процессорного времени – отображает процент используемого процессорного времени.

В правой части окна программы расположено поле, в которое записывается результат выполнения работающего процесса в реальном времени.

В нижней части окна программы расположены элементы управления для работы с уже запущенными процессами.

Кнопка "Остановить" - останавливает выбранный процесс с возможностью его последующего перезапуска.

Кнопка "Возобновить" - вновь запускает остановленный процесс.

Кнопка "Завершить" - останавливает выбранный процесс без возможности его завершения.

Так же программа имеет стандартную строку состояния, с помощью которого можно свернуть, развернуть или закрыть рабочее окно программы.

2.3 Работа с программой

Запуск процессов выполняется с помощью кнопки "Запустить", однако перед этим следует установить параметры процесса.

Случайное число – процесс генерирует случайное число в интервале от одного до ста и выводит его в поле вывода.

Числа Фибоначчи – генерирует последовательность Фибоначчи, начиная с первого члена, и выводит их в поле вывода. Как только значение чисел последовательности превосходит тысячу – значения сбрасываются до первых членов.

Рекурсивный синус – генерирует значение синуса X. Первоначально X равен 1, позже ему присваиваются посчитанные значения sin(x). Значения, округленные до третьего знака выводятся в поле вывода.

Приоритет процесса показывает, насколько велики шансы процесса начать работу, если предыдущий процесс завершил работу. Например, если запустить три процесса с одинаковыми приоритетам, то количество раз, которое они будут работать, будет примерно одинаковым, а если запустить два процесса с высоким приоритетом и один процесс с низким, то процесс с низким приоритетом будет выполняться, примерно, один из шестнадцати раз. Однако, архитектура программы предусматривает то, что если количество запущенных процессов больше чем один, то один и тот же процесс не может быть выполнен более одного раза подряд.

После запуска нескольких процессов окно программы примет следующий вид:

рис 2: работа программы.

Процесс, который находится в рабочем состоянии, обозначен подписью работает, и именно результаты выполнения его работы в данный момент выводятся в поле вывода.

Если нам хочется остановить процесс под номером 2, необходимо выбрать вторую строку в таблице процессов и нажать кнопку "Остановить". После выполнения команды окно примет следующий вид:

рис. 3: процесс с Process ID = 2 остановлен.

Остановленный процесс отмечен подписью "Остановлен" в третьем столбце. Позднее, если мы захотим его восстановить, то необходимо опять выбрать его номер в меню "PID" и нажать кнопку "Возобновить". Если нажать кнопку "возобновить", указав на процесс, который не отмечен подписью "Остановлен", то ничего не произойдет.

Процесс, который вновь начал работу, но еще ни разу не выполнялся отмечается подписью "Возобновлен" в третьем столбце, как на картинке:

рис. 4: работа процесса с Process ID = 2 возобновлена.

Если мы захотим завершить процесс, под номером 3, необходимо выбрать третью строку в таблице процессов и нажать кнопку "Завершить". Процесс, который завершен уже не может быть запущен вновь. Создайте процесс с такими же параметрами.

Также существует возможность отсортировать запущенные потоки. По умолчанию они отсортированы по их ID, которое зависит от порядка их создания. Клик на заголовке столбца "Тип процесса" отсортирует процессы по типу, на "Состояние процесса" по состоянию, а на "Приоритет" сгруппирует процессы по типам приоритетов. Повторный клик группирует процессы в обратном порядке.

Для корректного завершения работы программы необходимо просто щелкнуть мышкой на знак крестика в строке заголовка.

2.4 Основные характеристики программы Process Manager

ProcessManager – это программа, предназначенная для управления процессами пользователем персонального компьютера. Она работает под управлением операционных систем MS Windows 2000/XP/Vista/7.

ProcessManager позволяет формировать списки процессов и выводить результаты их деятельности на экран с последующим сохранением. Стандартными средствами нельзя достичь точных результатов, можно лишь увидеть примерное количество ресурсов процессора и памяти, который процесс использует в данный период времени.

Программа включает в себя набор базовых элементов, каждый из которых позволяет выполнить определенную задачу проекта. После загрузки проекта и запуска процессов значения и параметры работы процессов сразу отображаются на дисплее. Подробное описание работы с программой представлено в первом пункте настоящего документа. Подробное описание логической структуры программы и код программы можно найти в документе "Технический проект автоматизированной подсистемы для визуализации работы с процессами ProcessManager". Программа работает в штатном режиме, однако в случае необходимости может работать круглосуточно и непрерывно. Программа прошла всестороннюю проверку и полностью защищена от сбоев и исключений.

Заключение

Подсистема управления процессами является одной из важнейших частей операционной системы. В этой курсовой работе был представлен один из вариантов его реализации, неприменимый в реальной жизни. Тем не менее, нельзя не отметить, что этот проект весьма упрощен. Подсистема управления процессами, которая реально могла бы стать частью многозадачной операционной системы, требует гораздо большей степени проработанности, уметь работать с прерываниями, разнородными процессами, а к тому же иметь некоторую защиту от внешнего воздействия, ведь умышленное или неумышленное завершение критически важных процессов может привести к краху системы. Но все же, в работе представлена довольно изящная реализация. Главная ее проблема в том, что в ней реализованы не все возможные компоненты, и некоторые моменты регулируются встроенными средствами операционной системой, которая работает на компьютере, в данном случае Windows. При реальном программировании операционной системы, подсистема управления процессами должна быть построена с нуля и иметь определение и описание многих элементов, которые работает в этом проекте по умолчанию .

Список литературы

1) Безбогов, А.А. Безопасность операционных систем: учебное пособие / А.А. Безбогов, А.В. Яковлев, Ю.Ф. Мартемьянов. – М. : "Издательство Машиностроение-1", 2007. – 220 с.

2) Операционные системы, лекции по операционным системам [Электронный ресурс] / www.osi-ru.ru. - Содержание: Управление процессами; Управление памятью; Управление данными; Управление устройствами

3) Троелсен, Э. C# и платформа.NET: учебное пособие/ Э.Троелсен. – Спб. : "Питер Пресс", 2007. –796с.

Приложение

Исходный код программы ProcessManager

using System.Diagnostics;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Threading;

using System.Windows.Forms;

using Timer=System.Threading.Timer;

namespace ProcManager

abstract class BetaProc

protected Thread a;

bool isWorking = false;

public event EventHandler WorkingStateChanged = delegate { };

public bool IsWorking

get { return isWorking; }

isWorking = value;

WorkingStateChanged(this, EventArgs.Empty);

public void Delete()

if (IsWorking == true)

if (WaitToStart.Set() == false)

WaitToStart.Set();

public ThreadPriority Prior

get { return a.Priority; }

set { a.Priority = value; }

public void Stop()

if(isWorking == true)

WaitToStart.Set();

private DataGridView data;

public delegate void ChangeStateEventHandler(string msg);

public static event ChangeStateEventHandler change;

public abstract string GetType();

public string GetState()

return IsWorking ? "Работает" : "Не работает";

public string GetPriority()

return a.Priority.ToString();

public void ChangeState()

if (IsWorking == false)

IsWorking = true;

IsWorking = false;

public abstract void Base();

private Control pReporter;

public DataGridView reporterD

public Control reporter

return pReporter;

pReporter = value;

public EventWaitHandle SwaitTostart

WaitToStart = value;

protected Stopwatch timer = new Stopwatch();

public void Start()

a = new Thread(Base);

delegate void SetTextDelegate2(string Text);

public static EventWaitHandle WaitToStart;

public void SetText2(string Text)

if (reporter.InvokeRequired)

SetTextDelegate2 a = new SetTextDelegate2(SetText2);

reporter.Invoke(a, new object { Text });

else reporter.Text += Text;

public void Restart()

if(isWorking == true)

timer = new Stopwatch();

a=new Thread(Base);

using System.Collections.Generic;

using System.Diagnostics;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Threading;

namespace ProcManager

class FibbonProc:BetaProc

public readonly string Type = "ЧислаФиббоначи";

private int FSum = 1;

private int FSum2 = 1;

private int temp = 0;

public override void Base()

WaitToStart.WaitOne();

if (IsWorking == false)

if (FSum >= 1000)

FSum = FSum + FSum2;

SetText2(FSum.ToString() + "\r\n");

Thread.Sleep(1110);

<= 3000);

WaitToStart.Set();

using System.Collections.Generic;

using System.Diagnostics;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Threading;

namespace ProcManager

class ProcRandom:BetaProc

Random a = new Random();

private int res;

public readonly string Type = "Случайноечисло";

public override string GetType()

public override void Base()

WaitToStart.WaitOne();

if (IsWorking == false)

res = a.Next(100);

SetText2(res.ToString()+"\r\n");

Thread.Sleep(1110);

while (timer.ElapsedMilliseconds <= 3000);

WaitToStart.Set();

using System.Collections.Generic;

using System.Diagnostics;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Threading;

namespace ProcManager

class SinProc:BetaProc

private double x = 1;

public readonly string Type = "Синус X";

public override string GetType()

public override void Base()

WaitToStart.WaitOne();

if(IsWorking == false)

x = Math.Sin(x);

SetText2(Math.Round(x, 3).ToString()+"\r\n");

Thread.Sleep(1110);

while (timer.ElapsedMilliseconds <= 3000);

WaitToStart.Set();

using System.Collections;

using System.Threading;

using System.Windows.Forms;

namespace ProcManager

class ClassProcManager

private BetaProc mas = new BetaProc;

private DataGridView a;

private int index = 0;

public BetaProc ReturnMas()

public int Index()

public DataGridView reporterD

public void AddThread(BetaProc a)

if (index < mas.Length)

MessageBox.Show("Слишком много процессов");

public void ShowInDataView(BetaProc b)

a.Rows.Add(index + 1, b.GetType(), b.GetState(), b.GetPriority());

public void SetWaitProperty(BetaProc b)

int i = Array.IndexOf(mas, b);

if((i<0) || (i>a.Rows.Count - 1))

for (int s = 0; s < index; s++)

if ((int)a.Rows[s].Cells.Value == i+1)

DataGridViewRow row = a.Rows[s];

row.Cells.Value = b.GetState();

using System.Collections.Generic;

using System.ComponentModel;

using System.Data;

using System.Diagnostics;

using System.Drawing;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Threading;

using System.Windows.Forms;

namespace ProcManager

public partial class Form1: Form

InitializeComponent();

public int index = 0;

private ClassProcManager manager = new ClassProcManager();

private EventWaitHandle wh1 = new AutoResetEvent(true);

private RadioGroup processType;

private RadioGroup processPriority;

private ThreadPriority ProcessPriorities = new ThreadPriority;

ThreadPriority HighestPriority = ThreadPriority.Lowest;

///

/// Возвращаетприоритетпроцесса

///

/// Tag

/// Объектизперечисления ThreadPriority

private ThreadPriority IndexToPriority(int priority)

switch (priority)

case 0: return ThreadPriority.Lowest;

case 1: return ThreadPriority.BelowNormal;

case 2: return ThreadPriority.Normal;

case 3: return ThreadPriority.AboveNormal;

case 4: return ThreadPriority.Highest;

default: return ThreadPriority.Normal;

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)

BetaProc process;

switch (processType.SelectedButton)

case 0: process = new FibbonProc();

case 1: process = new ProcRandom();

case 2: process = new SinProc();

default: process = new ProcRandom();

process.SwaitTostart = wh1;

process.reporter = richTextBox1;

process.reporterD = dataGridView1;

process.Start();

process.Prior = IndexToPriority(processPriority.SelectedButton);

manager.AddThread(process);

manager.ShowInDataView(process);

process.WorkingStateChanged += new EventHandler(a_WorkingStateChanged);

// расчётпроцессорноноговремени

if (process.Prior > HighestPriority) HighestPriority = process.Prior;

ProcessPriorities = process.Prior;

if (index >= 1)

double FreeProcessorTime = 100;

double TimePerProcess = 100 / (index + 1);

double PriorityWeight = 0;

int HighPriorityProcessCount = 0;

// расчётдляпроцессовсприоритетомнижесамогобольшого

for (int i = 0; i < index + 1; i++)

if (ProcessPriorities[i] != HighestPriority)

switch (ProcessPriorities[i])

case ThreadPriority.Lowest: PriorityWeight = 0.2;

case ThreadPriority.BelowNormal: PriorityWeight = 0.4;

case ThreadPriority.Normal: PriorityWeight = 0.6;

case ThreadPriority.AboveNormal: PriorityWeight = 0.8;

FreeProcessorTime -= TimePerProcess * PriorityWeight;

dataGridView1.Rows[i].Cells.Value = Math.Round(TimePerProcess * PriorityWeight);

else HighPriorityProcessCount++;

// расчёт для процессов с самым большим приоритетом

for (int i = 0; i < index + 1; i++)

if (ProcessPriorities[i] == HighestPriority)

dataGridView1.Rows[i].Cells.Value = Math.Round(FreeProcessorTime / HighPriorityProcessCount);

else dataGridView1.Rows.Cells.Value = "100";

void a_WorkingStateChanged(object sender, EventArgs e)

BetaProc b = sender as BetaProc;

manager.SetWaitProperty(b);

private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)

manager.reporterD = dataGridView1;

// Заполняем RadioGroup processType и processPriority объектами RadioButton

RadioButton processTypeRadioButtons = new RadioButton;

for (int i = 0; i < groupBox1.Controls.Count; i++) processTypeRadioButtons[i] = (RadioButton)groupBox1.Controls[i];

RadioButton processPriorityRadioButtons = new RadioButton;

for (int i = 0; i < groupBox2.Controls.Count; i++) processPriorityRadioButtons[i] = (RadioButton)groupBox2.Controls[i];

processType = new RadioGroup(processTypeRadioButtons);

processPriority = new RadioGroup(processPriorityRadioButtons);

private void button2_Click(object sender, EventArgs e)

if (processID != -1 && (string)manager.reporterD.Rows.Cells.Value != "Завершен")

manager.ReturnMas().Stop();

manager.reporterD.Rows.Cells.Value = "Приостановлен";

private void button3_Click(object sender, EventArgs e)

int processID = (int)dataGridView1.SelectedRows.Cells.Value - 1;

if ((string)manager.reporterD.Rows.Cells.Value == "Приостановлен")

manager.ReturnMas().Restart();

manager.reporterD.Rows.Cells.Value = "Возобновлен";

private void button4_Click(object sender, EventArgs e)

int processID = (int)dataGridView1.SelectedRows.Cells.Value - 1;

if (processID != -1)

manager.ReturnMas().Delete();

manager.reporterD.Rows.Cells.Value = "Завершен";

создание процессов и потоков;

обеспечение процессов и потоков необходимыми ресурсами;

изоляция процессов ;

планирование выполнения процессов и потоков (вообще, следует говорить и о планировании заданий);

диспетчеризация потоков;

организация межпроцессного взаимодействия;

синхронизация процессов и потоков;

завершение и уничтожение процессов и потоков.

1. К созданию процесса приводят пять основных событий:

выполнение запроса работающего процесса на создание процесса;

запрос пользователя на создание процесса, например, при входе в систему в интерактивном режиме;

инициирование пакетного задания;

создание операционной системой процесса, необходимого для работы каких-либо служб.

сохранение контекста текущего потока;

запуск нового потока на выполнение.