Информатика операционные системы

Нити

Обычно приложения имеют дело с процессами, каждый из которых состоит из одной нити управления.

Нити - это важная модель для выражения параллелизма внутри процесса, особенно для распределенного окружения. Например, возможности многонитевой обработки становятся особенно важными в контексте RPC. RPC является синхронным механизмом по своей природе: клиент делает вызов удаленной функции и ожидает выполнения вызова. При использовании нитей одна нить может сделать запрос, а другая начать обрабатывать данные от другого запроса. Следовательно, использование нитей может существенно улучшить производительность распределенного приложения.

Нитевая модель предъявляет меньшие требования к искусству программиста, чем другие альтернативы параллелизма, такие как асинхронные операции или разделение памяти.

Поскольку поддержка нитей дает большой выигрыш в производительности, большинство современных операционных систем является многонитевыми. Однако многие используемые в настоящее время операционные системы таковыми не являются. DCE OSF предлагает специальный пакет, предназначенный для обеспечения многонитевости для организации распределенных приложений в ОС, не имеющих собственных встроенных средств поддержки многонитевости. Этот пакет выполнен как библиотека функций работы с нитями.

По сравнению со встроенными в ядро ОС функциями поддержки нитей, библиотечная их реализация имеет некоторые функциональные ограничения. С другой стороны, в этом случае предоставляются хорошие шансы для обеспечения совместимости свойств нитей в гетерогенных средах.

Все остальные службы DCE OSF - RPC, службы безопасности, каталогов и времени, распределенная файловая система - используют сервис этого пакета.

Рассмотрим пакет, реализующий нити в DCE OSF, более подробно. Как и большинство программного обеспечения DCE, этот пакет большой и сложный. Он состоит из 51 библиотечной функции, относящейся к нитям, которыми могут пользоваться прикладные программы. Многие из них не являются необходимыми, а разработаны только для удобства. Мы рассмотрим только основные.

Эти функции удобно разделить на 7 категорий, каждая из которых имеет дело с определенным аспектом работы с нитями. Первая категория имеет дело с управлением нитями. В нее входят вызовы:

CREATE - создает новую нить

EXIT - вызывается нитью при завершении

JOIN - подобен системному вызову WAIT в UNIX

DETACH - отсоединение нити-потомка

Эти вызовы позволяют создавать и завершать нити. Родительская нить может ждать потомка, используя вызов join, подобно вызову wait в UNIX'е. Если родительская нить не планирует этого, то она может отсоединиться от потомка, сделав вызов detach. В этом случае, когда нить-потомок завершается, ее память освобождается немедленно, вместо обычного ожидания родителя, который издал вызов join.

Вторая категория функций позволяет пользователю создавать, разрушать и управлять шаблонами для нитей, для семафоров (в данном случае имеются ввиду бинарные семафоры, имеющие два состояния, называемые мьютексами). Шаблоны могут использоваться с соответствующими начальными условиями. При создании объекта один из параметров вызова create является указателем на шаблон. Например, шаблон нити имеет по умолчанию размер стека 8 К. Все нити, созданные с помощью этого шаблона имеют размер стека 8 К. Смысл использования шаблонов в том, что они позволяют не задавать все параметры создаваемого объекта.

Существуют системные вызовы добавления новых атрибутов к шаблонам. Вызовы attr_create и attr_delete создают и удаляют шаблоны нитей. Другие вызовы позволяют программе читать и модифицировать атрибуты шаблона, такие как размер стека или параметры планирования. Имеются также шаблоны для создания и удаления семафоров.

Третья группа вызовов содержит пять функций для управления мьютексами: создание, удаление, блокирование, разблокирование.

При работе с семафорами возникает очевидный вопрос, что случится, если использовать операцию "разблокировать" по отношению к мьютексу, который не заблокирован. Сохранится ли эта операция или будет потеряна? Эта проблема и вынудила Дейкстру ввести в свое время семафоры, при использовании которых порядок выполнения операций блокирования и разблокирования не имеет значения. В результате не возникает эффекта гонок. Логика работы мьютекса в DCE зависит от реализации, что, конечно, не позволяет писать переносимые программы.

Существует два типа мьютексов в DCE - быстрые и дружественные. Быстрый мьютекс является аналогом блокировки в СУБД. Если процесс пытается заблокировать незаблокированную запись, то эта операция выполняется успешно. Однако, если он попытается применить эту блокировку второй раз, то он сам заблокируется, ожидая, пока кто-нибудь не снимет блокировку с мьютекса.

Дружественный мьютекс позволяет нити заблокировать уже заблокированный мьютекс. Предположим, что главная программа блокирует семафор, а затем вызывает функцию, которая также блокирует мьютекс. Чтобы избежать клинча, принимается и вторая блокировка. Если количество открытий и закрытий мьютекса совпадает, связанные операции блокирования-разблокирования могут иметь произвольную глубину вложения. Разработчики пакета, очевидно не пришли к согласию относительно того, что делать с повторной блокировкой от той же нити, и решили реализовать обе версии.

Информатика операционные системы

Персональный компьютер Novell NetWare специализированная операционная система Сетевые продукты Microsoft OS/2