Моделирование обслуживания вычислительных процессов в системе
Управление процессами операционных систем. Разработка программы, моделирующей обслуживание множества вычислительных процессов в системе с 4 очередями, определяемыми значениями приоритетов. Выполнение инструкций компьютерной программы на процессоре.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 06.08.2013 |
| Размер файла | 302,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Национальный Исследовательский Технологический
Университет “МИСиС”
Контрольная работа
по дисциплине “Операционные системы и среды”
Студент: Рубаев Э.Ю.
Преподаватель: Широков А.И.
Москва 2012
1. Теоретическая часть
Процесс. Управление процессами
Одно из важнейшей части ОС, влияющей на работу компьютера (вычислительной машины), является подсистема управления процессами [1].
В Википедии определение процесса дается следующим образом: Процесс (или по-другому, задача) - выполнение инструкций компьютерной программы на процессоре ЭВМ.
Для ОС процесс представляет собой единицу работы, заявку на потребление системных ресурсов. Подсистема управления процессами планирует выполнение процессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, а также занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает взаимодействие между процессами [1].
Многозадачность
Определение из Википедии:
Многозадачность (англ. multitasking) -- свойство операционной системы или среды программирования обеспечивать возможность параллельной (или псевдопараллельной) обработки нескольких процессов. Истинная многозадачность операционной системы возможна только в распределённых вычислительных системах.
Существует 2 типа многозадачности [4]:
· Процессная многозадачность (основанная на процессах -- одновременно выполняющихся программах). Здесь программа -- наименьший элемент кода, которым может управлять планировщик операционной системы. Более известна большинству пользователей (работа в текстовом редакторе и прослушивание музыки);
· Поточная многозадачность (основанная на потоках). Наименьший элемент управляемого кода -- поток (одна программа может выполнять 2 и более задачи одновременно).
Состояние процессов
В многопроцессной системе процесс может находиться в одном из трех основных состояний [1]:
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.
Контекст и дескриптор процесса
На протяжении существования процесса его выполнение может быть многократно прервано и продолжено. Для того, чтобы возобновить выполнение процесса, необходимо восстановить состояние его операционной среды. Состояние операционной среды отображается состоянием регистров и программного счетчика, режимом работы процессора, указателями на открытые файлы, информацией о незавершенных операциях ввода-вывода, кодами ошибок выполняемых данным процессом системных вызовов и т.д. Эта информация называется контекстом процесса [1].
Кроме этого, операционной системе для реализации планирования процессов требуется дополнительная информация: идентификатор процесса, состояние процесса, данные о степени привилегированности процесса, место нахождения кодового сегмента и другая информация. В некоторых ОС (например, в ОС UNIX) информацию такого рода, используемую ОС для планирования процессов, называют дескриптором процесса [1].
Дескриптор процесса по сравнению с контекстом содержит более оперативную информацию, которая должна быть легко доступна подсистеме планирования процессов. Контекст процесса содержит менее актуальную информацию и используется операционной системой только после того, как принято решение о возобновлении прерванного процесса [1].
Очереди процессов представляют собой дескрипторы отдельных процессов, объединенные в списки. Таким образом, каждый дескриптор, кроме всего прочего, содержит по крайней мере один указатель на другой дескриптор, соседствующий с ним в очереди. Такая организация очередей позволяет легко их переупорядочивать, включать и исключать процессы, переводить процессы из одного состояния в другое [1].
Программный код только тогда начнет выполняться, когда для него операционной системой будет создан процесс. Создать процесс - это значит [1]:
1. создать информационные структуры, описывающие данный процесс, то есть его дескриптор и контекст;
2. включить дескриптор нового процесса в очередь готовых процессов;
3. загрузить кодовый сегмент процесса в оперативную память или в область свопинга
Стек - структура данных с методом доступа к элементам LIFO (Last In, First Out).
В качестве примера использования нескольких потоков в одном процессе можно привести ситуацию, когда приложению нужно записать большой файл на диск. При использовании одного потока доступ к другим функциям программы будет недоступен до окончания операции [2].
Преимущества использования нескольких потоков перед несколькими процессами:
· возможность совместного использования параллельными объектами адресного пространства и всех содержащихся в нем данных;
· создание и уничтожение потоков происходит в примерно в 100 раз быстрее, чем для процессов;
· - увеличивается производительность.
Поток может находиться в одном из нескольких состояний. Переходы между состояниями такие же, как у процессов [2].
2. Описание программы
2.1 Формулировка задания
Разработать программу, моделирующую обслуживание множества вычислительных процессов в системе с 4 очередями, определяемыми значениями приоритетов.
2.2 Описание алгоритма
вычислительный процесс операционная система
В первую очередь попадают процессы со значениями приоритетов от 1 до 5, во вторую - от 6 до 10, в третью - от 11 до 15 и последнюю (четвертую) - от 16 до 20. В системе не могут появиться процессы с приоритетами большими 20 и меньшими 1. Все процессы без прерывания обслуживаются одним устройством. Определено следующее правило выбора очередного процесса. Сначала поочередно (в порядке поступления) обрабатываются все процессы из четвертой очереди. Заметим, что они имеют наивысший приоритет. Если в этой очереди нет процессов, то обрабатываются процессы из третей очереди. Их приоритет больше, чем у процессов первой и второй очереди, но меньше чем у четвертой. Они обрабатываются, так же как и остальные процессы из одной очереди, в порядке поступления. Если третья и четвертая очереди пусты, то выполняются процессы второй очереди. И, наконец, когда в системе не обработаны процессы только из перовой очереди, то выполняются они.
Исходные данные: поток заявок на выполнение процессов (имя заявки, время поступления, приоритет, время исполнения).
Пример набора исходных данных и результата работы программы.
имя заявки, время поступления, приоритет, время исполнения (a,0,9,3); (b,1,3,3); (c,8,18,5); (d,9,6,3); (e,10,12,3) (f,11,11,3).
Имеется класс Process, который имеет четыре поля: с именем, приоритетом, временем запуска процесса и длительностью работы. Так же в классе описаны два открытых метода: конструктор с параметрами (для инициализации данных), конструктор по умолчанию, метод ToString(для вывода инициализированных значений наших полей). В классе Program имеются четыре очереди(экземпляры библиотечного класса Queue). После, в цикле, повторения которого зависят от количества процессов, происходит инициализация данных из файла “test.txt” и с помощью четырех условий процессы распределяются по очередям, в зависимости от приоритетов. В Console выводится таблица с результатами заполненных данных. Далее создается еще один цикл, в котором проверяются четыре условия(сравнивание поля startTime у всех процессов), для того, чтобы распределить поочередность работы процессов и если выполняется одно из условий, то к строке(в которой, показывается работа программы) прибавляется имя данного процесса(поле name) столько раз, сколько секунд он должен длиться и в итоге строка, принимает следующее значение: “aaabbbccceeeddd” (пример). После чего происходит вывод этой строки в Console.
2.3 Исходный код программы(C#)
Проект типа ConsoleApplication:
using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;using System.Threading.Tasks;using System.IO;namespace ConsoleApplication3{class Process{public string name;//имя процесса Gnamepublic int priority;//приоритет Gprioritypublic int startTime;//время запуска процесса GStartpublic int executeTime;//длительность работты процесса GexecTimepublic Process(string name, int startTime, int priority, int executeTime)//конструктор{this.startTime = startTime;this.executeTime = executeTime;this.name = name;this.priority = priority;}public Process(){}public override string ToString()//метод вывода{return String.Format("{0} {1} {2} {3}", name, priority, startTime, executeTime);}}class Program{static void Main(string[] args){//создаём 4 очередиQueue<Process> Queue1 = new Queue<Process>();Queue<Process> Queue2 = new Queue<Process>();Queue<Process> Queue3 = new Queue<Process>();Queue<Process> Queue4 = new Queue<Process>();Console.WriteLine("\t\t\tИсходные данные:");Console.WriteLine();//заполняем из файлаStreamReader koren = new StreamReader("test.txt", Encoding.GetEncoding(1251));int number = int.Parse(koren.ReadLine());int length = 0;int start = 0;for (int i = 0; i < number; i++){string newLine = koren.ReadLine();string[] proc = newLine.Split(' ');Process DoProc = new Process(proc[0], int.Parse(proc[1]), int.Parse(proc[2]), int.Parse(proc[3]));length += DoProc.executeTime;start = DoProc.startTime;//расставляем по приоритетам процессыif (DoProc.priority >= 15){Queue4.Enqueue(DoProc);}if (DoProc.priority >= 10 && DoProc.priority < 15){Queue3.Enqueue(DoProc);}if (DoProc.priority >= 5 && DoProc.priority < 10){Queue2.Enqueue(DoProc);}if (DoProc.priority >= 0 && DoProc.priority < 5){Queue1.Enqueue(DoProc);}}int[] graph = new int[(length + start) * 10];string[] name = new string[(length + start) * 10];for (int i = 0; i < graph.Length; i++){graph[i] = -1;}Console.WriteLine("______________________________________________________________________");for (int currentStep = 0; Queue1.Count!= 0 || Queue2.Count!= 0 || Queue3.Count!= 0 || Queue4.Count!= 0; currentStep++){graph[currentStep] = 0;Process process4 = new Process();Process process3 = new Process();Process process2 = new Process();Process process1 = new Process();if (Queue4.Count!= 0) process4 = Queue4.Peek();if (Queue3.Count!= 0) process3 = Queue3.Peek();if (Queue2.Count!= 0) process2 = Queue2.Peek();if (Queue1.Count!= 0) process1 = Queue1.Peek();if (process4.startTime < currentStep && Queue4.Count > 0){int busyTime = process4.executeTime;Console.WriteLine("имя процесса: {0} \t старт: {1}\t время работы: {2}\t приоритет: {3} ", process4.name, process4.startTime, process4.executeTime, process4.priority);Console.WriteLine("__________________________________________________________");for (int i = currentStep; i < currentStep + busyTime; i++){graph[i] = 4;name[i] = process4.name;}Queue4.Dequeue();currentStep += busyTime;continue;}if (process3.startTime < currentStep && Queue3.Count > 0){int busyTime = process3.executeTime;Console.WriteLine("имя процесса: {0} \t старт: {1}\t время работы: {2}\t приоритет: {3} ", process3.name, process3.startTime, process3.executeTime, process3.priority);Console.WriteLine("____________________________________________________");for (int i = currentStep; i < currentStep + busyTime; i++){graph[i] = 3;name[i] = process3.name;}Queue3.Dequeue();currentStep += busyTime;continue;}if (process2.startTime < currentStep && Queue2.Count > 0){int busyTime = process2.executeTime;Console.WriteLine("имя процесса: {0} \t старт: {1}\t время работы: {2}\t приоритет: {3} ", process2.name, process2.startTime, process2.executeTime, process2.priority);Console.WriteLine("_____________________________________________________________");for (int i = currentStep; i < currentStep + busyTime; i++){graph[i] = 2;name[i] = process2.name;}Queue2.Dequeue();currentStep += busyTime;continue;}if (process1.startTime < currentStep && Queue1.Count > 0){int busyTime = process1.executeTime;Console.WriteLine("имя процесса: {0} \t старт: {1}\t время работы: {2}\t приоритет: {3} ", process1.name, process1.startTime, process1.executeTime, process1.priority);Console.WriteLine("___________________________________________________________");for (int i = currentStep; i < currentStep + busyTime; i++){graph[i] = 1;name[i] = process1.name;}Queue1.Dequeue();currentStep += busyTime;continue;}}Console.WriteLine();string graphik = ""; //переменная в которою собираем процессы, для результатаfor (int current = 0; current < graph.Length; current++){if (graph[current] == 1){graphik += name[current];}if (graph[current] == 2){graphik += name[current];}if (graph[current] == 3){graphik += name[current];}if (graph[current] == 4){graphik += name[current];}}Console.WriteLine("\n");Console.WriteLine("\t\t\tРезультат работы процессов: ");Console.WriteLine();Console.WriteLine(" \t\t\t{" + graphik + "}");Console.ReadKey();}}} |
2.4 Результаты работы программы
Пример №1:
Пример №2. Одинаковые приоритеты:
Пример №3:
Список используемой литературы
1. http://citforum.ru/operating_systems/sos/glava_6.shtml
2. Камерон Хьюз. «Параллельное и распределенное программирование»
3. Рудольф Марек. Ассемблер
4. Таненбаум Э. Современные операционные системы. Изд-е 4. СПб.: Питер, 2010
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Концептуальная модель процесса обслуживания покупателей в магазине. Описание системы моделирования GPSS. Разработка моделирующей программы на специализированном языке имитационного моделирования в среде AnyLogic. Результаты вычислительных экспериментов.
курсовая работа [906,9 K], добавлен 12.07.2012Схема межпроцессного взаимодействия; создание программы моделирования обслуживания заявок в системе с двумя очередями и одним обслуживающим прибором. Структура сообщений, параметров и ограничения очередей; кодирование и функциональное тестирование.
курсовая работа [33,3 K], добавлен 12.05.2013Определение необходимого количества работников и их распределение между операциями, при которых достигается максимальная экономическая эффективность работы цеха. Описание процессов, протекающих в моделях систем массового обслуживания. Листинг программы.
курсовая работа [314,9 K], добавлен 09.06.2015Моделирование как основная функция вычислительных систем. Разработка концептуальной модели для системы массового обслуживания и ее формализация. Аналитический расчет и алгоритмизация модели, построение блок-диаграмм. Разработка и кодирование программы.
курсовая работа [164,8 K], добавлен 18.12.2011Виртуализация — предоставление набора вычислительных ресурсов или их логического объединения, абстрагированное от аппаратной реализации, и обеспечивающее при этом логическую изоляцию вычислительных процессов, выполняемых на одном физическом ресурсе.
эссе [26,5 K], добавлен 26.05.2014Основные сведение о системе моделирования GPSS и блоки, используемые при моделировании одноканальных и многоканальных систем массового обслуживания. Разработка модели работы ремонтного подразделения в течение суток с использованием программы GPSS World.
курсовая работа [36,4 K], добавлен 11.02.2015Понятие и основные свойства алгоритма. Линейный, ветвящийся и циклический виды вычислительных процессов. Перевод числа из десятичной системы счисления в двоичную, восьмеричную, шестнадцатеричную системы, сложение чисел, выполнение вычитания и умножения.
контрольная работа [125,7 K], добавлен 15.09.2013Организация вычислительных процессов и программирования на алгоритмическом языке. Создание программы "Калькулятор". Выбор языка и среды программирования. Функциональная схема работы программы, описание разработанных алгоритмов. Способы устранения ошибок.
курсовая работа [434,1 K], добавлен 27.08.2012Создание средств представления процессов и механизмов управления на уровне диспетчеризации, разработка алгоритма и написание программы, имитирующую работу простейшей операционной системы. Формирование дескриптора, ввод информации, интерфейс программы.
лабораторная работа [1,1 M], добавлен 09.07.2010Организация вычислительных процессов в автоматизированной информационной библиотечной системе. Расчет вычислительных ресурсов, необходимых для функционирования автоматизированной информационной библиотечной системы. Технико-экономическое проектирование.
дипломная работа [162,7 K], добавлен 21.10.2009
