Multitasking. Programska realizacija. Strukture podataka i procedure. API sprega sa aplikacijom

Transcription

1 Multitasking Programska realizacija. Strukture podataka i procedure. API sprega sa aplikacijom 1

2 Osnove U osnovi realizovanog višeprocesnog okruženja je časovnik realnog vremena i sistem prekida koji vrši smenu aktivnih procesa. Princip smene procesa je zasnovan na mehanizmu prekidne rutine: zamenom tekućeg sadržaja steka prekidne rutine menja se i adresa povratka od koje će se nastaviti dalje izvršavanje programa. 2

3 Osnovne karakteristike (1/3) dinamičko formiranje programskih procesa, jedino ograničenje u pogledu broja aktivnih procesa su karakteristike računarskog sistema, mogućnost definisanja modela po kome će se vršiti smena procesa: sa istiskivanjem (engl. preemptive) i/ili bez istiskivanja (engl. cooperative), programsko definisanje algoritma raspoređivanja procesa: redom u krug (engl. round robin) na istom nivou prioriteta i/ili pobuđen događajima (engl. event driven), po prioritetu događaja, 3

4 Osnovne karakteristike (2/3) mogućnost izdavanja zahteva za smenu tekućeg procesa neposredno iz prekidne rutine, brza smena aktivnih procesa (aktivni procesi su TOP i svi pripravni procesi), mogućnost odlaganja izvršenja procesa na zadati vremenski period, podrška za kontrolu pristupa zajedničkim resursima u cilju sinhronizacije procesa (semaforske primitive i definisanje kritičnih sekcija), 4

5 Osnovne karakteristike (3/3) minimalna dužina sistemskih kritičnih sekcija, mogućnost postavljanja i promene prioriteta procesa (u slučaju kad procesi imaju različite prioritete), mogućnost dodele različitih vremenskih odsečaka (engl. time slice) različitim procesima istog prioriteta. 5

6 Signalizacija između procesa ZABRANA SMENE TEKUĆEG PROCESA UPOTREBA SEMAFORA POŠTANSKO SANDUČE 6

7 Graf stanja procesa Nedefinisan Neaktivan Odložen Pripravan Tekući 12. Blokiran na semaforu Suspendovan 7

8 Aktiviranje raspoređivača aktiviranje sistemskim pozivom - pozivanjem odgovarajućih sprežnih (API) funkcija okruženja. U pitanju su sve funkcije koje mogu izazvati smenu tekućeg procesa. vremenski periodično aktiviranje - u definisanim pravilnim vremenskim intervalima. 8

9 Modeli smene konteksta: MODEL SA ISTISKIVANJEM PROCESA MODEL BEZ ISTISKIVANJA PROCESA KOMBINOVANI MODEL 9

10 MODEL SA ISTISKIVANJEM PROCESA Obezbeđuje da se smena tekućeg procesa obavi nakon isteka unapred definisanog vremenskog perioda, poštujući pri tom dodeljene prioritete aktivnih procesa. 10

11 MODEL BEZ ISTISKIVANJA PROCESA Dozvoljava smenu procesa samo kada to tekući proces zahteva. 11

12 KOMBINOVANI MODEL Predstavlja hibrid prethodna dva modela smene procesa. Implementirani mehanizam modela sa istiskivanjem procesa obezbeđuje dobru podršku za obradu asinhronih događaja. Takođe smanjuje se vreme prazanog hoda i time postiže bolja iskorišćenost procesora. 12

13 Osnovne strukture podataka i procedure višeprocesnog okruženja U ovom odeljku se razmatraju osnovne strukture podataka i procedure, realizovane kao strukture i funkcije programskog jezika C. Većina imena struktura i funkcija potiče sa OS Multics 13

14 Osnovne strukture podataka (1/2) kontrolna tabela procesa, koja se u ovom sistemu zove oblast za čuvanje konteksta procesa u trenutku prekida (engl. ISA Interrup Save Area), tabela logičkih resursa (engl. LRT Logical Resource Table), gde se pod logičkim resursom podrazumeva proces, pokazivač na tekući obrađivani proces, pokazivački na početak i kraj liste pripravnih procesa, 14

15 Osnovne strukture podataka (2/2) pokazivač na listu vremenski odloženih procesa, semafori (prebrojiv, binarni i muteks), poštansko sanduče i vremenska kontrola (engl. timer). 15

16 Kontrolna tabela procesa (1/2) Definicija tipa ISA (konrtolna tabela procesa) Naziv polja Značenje I_REGISTRI Kopija registara mikroprocesora. I_LRN Broj logičkog resursa (engl.- LRN Logical Resource Number), tj. procesa. I_PARENT Broj logičkog resursa (procesa) predak. I_STANJE Stanje procesa. I_UZROK Uzrok promene stanja. I_VREME Preostalo vreme na koje je proces vremenski odložen. I_SWITCH Veličina vremenskog odsečka ili NO_TIME ako se mogućnost ne koristi. I_PRIORITY Prioritet procesa. 16

17 Kontrolna tabela procesa (2/2) stack_mem stack_len next_ready next_tim_susp next_sem_susp mails start_time total_time_low total_time_hi Pokazivač na memorijsku zonu, koja se koristi kao stek procesa. Dužina memorijske zone za stek. Ako je proces pripravan ovo je pokazivač na sledeći u listi pripravnih. Ako je proces vremenski odložen ovo je pokazivač na sledeći u listi vremenski odloženih procesa. Ako je proces blokiran na semaforu ovo je pokazivač na sledeći u listi blokiranih na semaforu. Poštansko sanduče procesa. Vreme prvog pokretanja procesa (u otkucajima RTC). Ukupno vreme izvršavanja procesa (unsigned long manje težine). Ukupno vreme izvršavanja procesa (unsigned long veće težine). 17

18 Tabela logičkih resursa Definisana kao tabela pokazivača na kontrolne tabele procesa (stavka tabele je tipa LINK), sa LRNMAX vrsta. Ova tabela je definisana kao tabela podataka tipa LINK: LINK LRT [LRNMAX ; 18

19 Liste procesa Pokazivači na TOP (tekući obrađivani proces), na početak i kraj liste pripravnih, i na početak liste vremenski odloženih procesa su definisani, takođe, kao promenljive tipa LINK (na početku ove liste su prazne): LINK running = NULL; LINK readyhead = NULL, readytail = NULL; LINK timsusphead = NULL; 19

20 Značenja polja prebrojivog semafora Definicija prebrojivog (i običnog binarnog) semafora Naziv polja Značenje S_COUNT S_QH Broj slobodnih resursa ili broj procesa koji čeka na semaforu. Pokazivač na početak liste procesa blokiranih na semaforu. S_QT Pokazivač na kraj liste procesa blokiranih na semaforu. 20

21 Značenja polja binarnog semafora sa plafonom prioritetom Definicija binarnog semafora sa plafonom prioritetom Naziv polja S_COUNT ceiling_priority org_priority S_OWNER Značenje Broj slobodnih resursa ili broj procesa koji čeka na semaforu. Plafon prioriteta. Orginalni prioritet procesa, koji je vlasnik resursa. Pokazivač na kontrolnu tabelu procesa, koji je vlasnik resursa. S_QH Pokazivač na početak liste procesa blokiranih na semaforu. S_QT Pokazivač na kraj liste procesa blokiranih na semaforu. 21

22 Značenja polja muteksa Definicija muteksa Naziv polja Značenje S_COUNT Broj slobodnih resursa ili broj procesa koji čeka na semaforu. S_OWNCNT Broj ugnježdenih sekcija (na početku i na kraju je 0). S_OWNER S_QH S_QT Pokazivač na kontrolnu tabelu procesa, koji je vlasnik resursa. Pokazivač na početak liste procesa blokiranih na semaforu. Pokazivač na kraj liste procesa blokiranih na semaforu. 22

23 Značenje polja poštanskog sandučeta Naziv polja Definicija poštanskog sandučeta. Značenje state Stanje poštanskog sandučeta. head Pokazivač na početak liste poruka smeštenih u sandučetu. tail Pokazivač na kraj liste poruka smeštenih u sandučetu. count Broj nepročitanih poruka. slots Broj mesta za smeštanje poruka u kružnom baferu. msglen Maksimalna dužina poruke. mailboxp Pokazivač na kružni bafer. smputmsg Semafor za smeštanje poruke (kontroliše prazna mesta u sandučetu). smgetmsg Semafor za preuzimanje poruke (kontroliše smeštene poruke). 23

24 Značenje polja vremenskih kontrola Definicija vremenske kontrole Naziv polja Značenje cyclus Broj oktucaja RTC za koji je odloženo izvršenje procesa. deltat Razlika (u otkucajima RTC) u odnosu na prethodnu vremensku kontrolu u listi aktivnih vremenskih kontrola. timer_triger Broj procesa koji je blokiran na vremenskoj kontroli. timer_sem Semafor vremenske kontrole. timer_type Tip vremenske kontrole (aperiodična ili periodična kontrola). timer_status Stanje vremenske kontrole. timer_fun_handler Logički broj vremenski odloženog procesa. timer_fun_priority Prioritet vremenski odloženog procesa. next_timer Pokazivač na sledeću vremensku kontrolu u listi aktivnih vremenskih kontrola. 24

25 Glavne funkcije multitaskinga inicijalizacija višeprocesnog okruženja (inicmt), obrada vremenskog prekida (TimeInt): raspoređivanje procesa i održavanje vremenskih kontrola, eksplicitan poziv raspoređivača (dispactch), koji programski generiše prekid 0x60 radi smene procesa, obrada prekida (0x60) za smenu procesa (TaskDisp), formiranje procesa (create_task), 25

26 Glavne funkcije multitaskinga - nastavak aktiviranje formiranog procesa (sptsk), zaustavljanje procesa (trmrq) definisanje prebrojivog semafora (dfsm), P operacija na prebrojivom semaforu (rsvsm), V operacija na prebrojivom semaforu (rlsm). 26

27 Objašnjenje glavnih funkcija Pogledati u knjizi. 27

28 Sprega između aplikacije i višeprocesnog okruženja Sprega je predstavljena funkcijama za rad sa procesima, semaforima, vremenskim rasporedom, prioritetima procesa, poštanskim sandučićima... 28

29 Funkcije za formiranje/ukidanje procesa create_task: int create_task ( void(*fun)(void), int steklen, int tasktime ); kill_task: int kill_task ( int task_handler ); 29

30 Funkcije za aktiviranje/deaktiviranje raspoređivača inicmt: int inicmt ( int mode, int time); abortmt void abortmt (void); exitmt void exitmt (void); 30

31 Eksplicitni poziv raspoređivača dispatch void dispatch (void); 31

32 Funkcije za pokretanje, zaustavljanje, nastavljanje procesa sptsk int sptsk (int task_handler, int priority); trmrq void trmrq (void); conttsk int conttsk (int task_handler); 32

33 Funkcije za kontrolu semafora dfsm void dfsm (SEMPTR semp, int count); rsvsm int rsvsm (SEMPTR semp); rlsm int rlsm (SEMPTR semp); 33

34 Funkcije za vremensko suspendovanje procesa suspend int suspend (void); delay_task int delay_task (double time); request int request (int task_handler); 34

35 Funkcije za pribavljanje/postavljanje nivoa prioriteta tekućeg procesa levelget int levelget (void); levelchange int levelchange (int priority); 35

36 Funkcija za pribavljanje logičkog broja tekućeg procesa gethandler int gethandler (void); 36

37 Funkcija za pribavljanje stanja procesa gettaskstate int gettaskstate (int task_handler); 37

38 Funkcije i makroi za zabranu/dozvolu smene procesa int timeslice_disable (void); int timeslice_enable (void); switch_disable(); switch_enable(); 38

39 Funkcije za rad sa poštom (1/2) create_mbox MBOX* create_mbox(unsigned slots, unsigned datalen) delete_mbox int delete_mbox( MBOX* mbp ); put_message int put_message( MBOX* mbp, int len, void* msg, int gde ); 39

40 Funkcije za rad sa poštom (2/2) get_message int get_message( MBOX* mbp, int len, void* msg ); 40