C истемы UNIX в многопроцессорной конфигурации

Центральный процессор представляет собой ресурс, который используется всеми процессами системы. Часть ядра, распределяющая процессорное время между процессами, называется планировщиком (scheduler). В традиционных системах UNIX планировщик использует принцип вытесняющего циклического планирования. Процессы, имеющие одинаковые приоритеты, будут выполняться циклически друг за другом, и каждому из них будет отведен для этого определенный период (квант) времени, обычно равный 100 миллисекундам. Если какой-либо процесс, имеющий более высокий приоритет, становится выполняемым, то он вытеснит текущий процесс (конечно, если тот не выполняется в режиме ядра) даже в том случае, если текущий процесс не исчерпал отведенного ему кванта времени.

В традиционных системах UNIX приоритет процесса определяется двумя факторами: фактором «любезности» и фактором утилизации. Пользователи

могут повлиять на приоритет процесса при помощи изменения значения его «любезности», используя системный вызов nice (но только суперпользователь имеет полномочия увеличивать приоритет процесса). Фактор утилизации определяется степенью последней (то есть во время последнего обслуживания процесса процессором) загруженности CPU процессом. Этот фактор позволяет системе динамически изменять приоритет процесса. Ядро системы периодически повышает приоритет процесса, пока тот не выполняется, а после того, как процесс все-таки получит какое-то количество процессорного времени, его приоритет будет понижен. Такая схема защищает процессы от «зависания» так как периодически наступает такой момент, когда ожидающий процесс получает достаточный уровень приоритета для выполнения.

Процесс, выполняющийся в режиме ядра, может освободить процессор в том случае, если произойдет его блокирование по событию или ресурсу. Когда процесс снова станет работоспособным, ему будет назначен приоритет ядра. Приоритеты ядра обычно выше приоритетов любых прикладных задач. В традиционных системах UNIX приоритеты представляют собой целые числа в диапазоне от 0 до 127, причем чем меньше их значение, тем выше приоритет процесса (так как система UNIX почти полностью написана на языке С, в ней используется стандартный подход к началу отсчета от нуля).

Синхронизация

 Ядро системы UNIX является реентерабельным. В любой момент времени в ядре могут быть активны сразу несколько процессов. Конечно, на одно процессорных системах только один из них окажется текущим, в то время как остальные будут блокированы, находясь в режиме ожидания освобождения процессора или иного системного ресурса. Так как все эти процессы используют одну и ту же копию структур данных ядра, необходимо обеспечивать некоторую форму синхронизации для предотвращения порчи ядра.

В системе UNIX применяется несколько различных технологий синхронизации. Система изначально создана невытесняющей. Это означает, что процесс, выполняющийся в режиме ядра, не может быть вытеснен другим процессом, даже если отведенный ему квант времени уже исчерпан. Процесс должен самостоятельно освободить процессор. Это обычно происходит в тот момент, когда процесс приостанавливает свою работу в ожидании необходимого ресурса или какого-то события; когда процесс завершил функционирование в режиме ядра и когда собирается возвращаться в режим задачи. В любом случае, так как процесс освобождает процессор добровольно, он может быть уверен, что ядро системы находится в корректном состоянии. Создание ядра системы не вытесняющим является гибким решением большинства проблем, связанных с синхронизацией. Вернемся к примеру, показанному на рис. 2.6. В данном случае ядро системы может обрабатывать связанный список без его блокировки, не беспокоясь о возможном вытеснении. Существуют три ситуации, при возникновении которых необходима синхронизация:

♦ операции блокировки;

♦ прерывания;

♦ работа многопроцессорных систем.

Операции блокировки

 Операция блокировки — это операция, которая блокирует процесс (то есть переводит процесс в спящий режим до тех пор, пока блокировка не будет снята). Так как ядро системы не является вытесняющим, оно может манипулировать большинством объектов (структурами данных и ресурсами) без возможности причинения им какого-либо вреда, так как заранее известно, что никакой другой процесс не может получить к ним в это время доступ.

Синхронизация

 Ядро системы UNIX является реентерабельным. В любой момент времени в ядре могут быть активны сразу несколько процессов. Конечно, на одно процессорных системах только один из них окажется текущим, в то время как остальные будут блокированы, находясь в режиме ожидания освобождения процессора или иного системного ресурса. Так как все эти процессы используют одну и ту же копию структур данных ядра, необходимо обеспечивать некоторую форму синхронизации для предотвращения порчи ядра.

В системе UNIX применяется несколько различных технологий синхронизации. Система изначально создана невытесняющей. Это означает, что процесс, выполняющийся в режиме ядра, не может быть вытеснен другим процессом, даже если отведенный ему квант времени уже исчерпан. Процесс должен самостоятельно освободить процессор. Это обычно происходит в тот момент, когда процесс приостанавливает свою работу в ожидании необходимого ресурса или какого-то события; когда процесс завершил функционирование в режиме ядра и когда собирается возвращаться в режим задачи. В любом случае, так как процесс освобождает процессор добровольно, он может быть уверен, что ядро системы находится в корректном состоянии. Создание ядра системы не вытесняющим является гибким решением большинства проблем, связанных с синхронизацией. Вернемся к примеру, показанному на рис. 2.6. В данном случае ядро системы может обрабатывать связанный список без его блокировки, не беспокоясь о возможном вытеснении. Существуют три ситуации, при возникновении которых необходима синхронизация:

♦ операции блокировки;

♦ прерывания;

♦ работа многопроцессорных систем.