نظم التشغيل - المحاضرة السابعة

نظم التشغيل - المحاضرة السابعة

• تُغطي المحاضرة السابعة موضوع الخيوط (Threads).
• المحاضرة السابقة تناولت جدولة المهام (Scheduling Tasks)، خوارزميات الجدولة وأنواعها، وأمثلة للخوارزميات.

مقدمة عامة للخيط

• مثال تبسيطي: تُشبه عملية حل مسألة حسابية من خلال خطوات متتالية (خيط واحد)، بينما يُشبه حلها من خلال عدة أشخاص يعملون معًا (خيوط متعددة).
• تُمثل العملية متعددة الخيوط سرعة أكبر في الإنجاز، لأن الخطوات يمكن أن تتم بالتوازي.

العملية ذات الخيط الواحد (التتابعي)

• تتم العمليات بالتسلسل، و لا يمكن تنفيذ خطوتين في وقت واحد.
• يمكن أن تستغرق تنفيذ كل خطوة ثانية، فعند حل مسألة بمراحل تتطلب 3 مراحل (65+7+8) ستستغرق 3 ثواني.

العملية متعددة الخيوط (التوازى)

• يمكن تنفيذ خطوتين أو أكثر في وقت واحد.
• إذا ساعد التلميذ شخصين، فيمكن لكل واحد منهم القيام بخطوة من العملية في ثانية واحدة.
• ستستغرق العملية ثانية واحدة فقط.
• لا يمكن أن تتم الخطوة التالية إلا بعد اكتمال الخطوات السابقة، إذا كانت تعتمد عليها.

تعريف الخيط (Thread)

• عملية خفيفة الوزن (Light Weight Process).
• ممتلكة خصائص العمليات.
• العملية العادية تقوم بعمل واحد (Single Thread).
• إذا نفذت العملية أكثر من عمل في وقت واحد، فإنها تحتاج إلى خيوط متعددة (Multiple Threads).
• يحتوي الخيط على:
  • مسجلات (Registers).
  • عداد البرنامج (Program Counter).
  • المكدس (Stack).

مثال تشبيهي للخيوط

• يُشبه الخيط العامل في الشركة المعمارية، حيث أن الشركة هي العملية.
• إذا عمل عامل واحد، فهي عملية ذات خيط واحد.
• إذا عمل أكثر من عامل، فهي عملية ذات خيوط متعددة.
• كل عامل لديه وظائف وبيانات خاصة به.

أنواع الخيوط

1. خيط المستخدم (User Thread)

• إنشاء و إدارة الخيط من قبل المستخدم، دون تدخل نظام التشغيل.
• يدار بواسطة المكتبات.
• عيب: نظام التشغيل لا يتعرف على الخيوط داخل العملية، وبذلك يحجز العملية كاملة.

2. خيط النواة (Kernel Thread)

• تدعمه نواة نظام التشغيل مباشرة.
• إدارة الخيوط تتم بواسطة نظام التشغيل.
• أبطأ من خيط المستخدم.
• مثال: Win32.

3. خيط جافا (Java Thread)

• مدعوم من قبل لغة البرمجة جافا.
• توفر مكتبة كاملة لإنشاء وإدارة الخيوط.
• إنشاء الخيط في جافا يتم من خلال توريث.

التعامل مع الخيط والدوال المستخدمة

• Suspend(): تعليق الخيط.
• Resume(): استئناف الخيط.
• Sleep(): إيقاف الخيط مؤقتًا.
• Stop(): إنهاء الخيط.

حالات الخيط

• جديد (New): عند إنشاء الخيط.
• شغال (Runnable): عند بدء تنفيذ الخيط.
• محجوز (Blocked): مثل عند الإنتظار لحدث أو دالة.
• ميت (Dead): انتهاء الخيط من عمله.

استخدامات الخيوط

1. محرر النصوص (Word)

• خيط للمدخلات (اللوحة والماوس).
• خيط لإعادة تشكيل النص.
• خيط للحفظ التلقائي.

2. مخدم الويب (Web Server)

• يخدم طلبات المتصفحين.
• يخدم طلبات متعددة في وقت واحد.