Операционные системы: Потоки и процессы

Операционные системы

Потоки и процессы

• Процесс:

  • Основная единица выполнения в ОС.
  • Содержит код, данные, состояние (регистры, счетчик команд), ресурсы (файлы, память).
  • Имеет уникальный идентификатор (PID).

• Поток:

  • Наименьшая единица выполнения внутри процесса.
  • Делит ресурсы процесса (память, открытые файлы).
  • Позволяет многозадачность внутри одного процесса.

• Различия:

  • Процесс может содержать несколько потоков.
  • Потоки легче создавать и уничтожать, чем процессы.
  • Потоки имеют меньшую накладную нагрузку при переключении контекста.

• Планирование:

  • ОС использует алгоритмы планирования для определения порядка выполнения процессов и потоков.
  • Стратегии: FIFO, Round Robin, приоритетное планирование.

Архитектура ОС

• Ядро ОС:

  • Центральная часть операционной системы, отвечает за управление ресурсами.
  • Существует в двух основных типах: микроконтур и монолитное ядро.

• Структуры ОС:

  • Системные вызовы: интерфейс для взаимодействия программ с ядром.
  • Управление памятью: включает функции выделения, освобождения и защиты памяти.
  • Управление процессами: создание, планирование и завершение процессов.

• Уровни абстракции:

  • Пользовательский уровень: интерфейсы, прикладные программы.
  • Ядро: работа с аппаратными ресурсами, управление процессами и памятью.

• Модульная архитектура:

  • Легкость добавления новых функций и модулей.
  • Повышение устойчивости и безопасности системы.

• Управление устройствами:

  • Драйверы устройств для взаимодействия с аппаратным обеспечением.
  • Журналирование и кэширование для повышения производительности.

Потоки и процессы

• Процесс — основная единица выполнения в операционной системе.
• Процесс включает код, данные, текущее состояние (регистры, счетчик команд) и ресурсы (файлы, память).
• Каждый процесс имеет уникальный идентификатор (PID).
• Поток — наименьшая единица выполнения внутри процесса, позволяющая осуществлять многозадачность.
• Потоки разделяют ресурсы процесса, такие как память и открытые файлы.
• Процессы могут содержать несколько потоков, что увеличивает гибкость выполнения.
• Создание и уничтожение потоков происходит быстрее и с меньшими затратами, чем у процессов.
• Переключение контекста потоков требует меньших накладных расходов по сравнению с процессами.
• Алгоритмы планирования определяют порядок выполнения процессов и потоков, включая стратегии FIFO, Round Robin и приоритетное планирование.

Архитектура ОС

• Ядро операционной системы — центральная часть, управляющая ресурсами системы.
• Ядро существует в двух основных типах: микроконтур и монолитное ядро, каждая из которых имеет свои характеристики.
• Системные вызовы предоставляют интерфейс для взаимодействия программ с ядром.
• Управление памятью охватывает функции выделения, освобождения и защиты памяти.
• Управление процессами включает создание, планирование и завершение процессов, обеспечивая их эффективное выполнение.
• Уровни абстракции включают пользовательский уровень с интерфейсами и прикладными программами, а также уровень ядра, отвечающий за работу с аппаратными ресурсами.
• Модульная архитектура облегчает интеграцию новых функций и модулей, повышая устойчивость и безопасность системы.
• Управление устройствами осуществляется через драйверы, которые взаимодействуют с аппаратным обеспечением, улучшая производительность благодаря механизмам журналирования и кэширования.