Взаимодействие процессов

Если приложение реализовано в виде множества процессов (или нитей), то эти процессы (нити) могут взаимодействовать двумя основными способами:

1. посредством разделения памяти (оперативной или внешней)

2. посредством передачи сообщений

При взаимодействии через общую память процессы должны синхронизовать свое выполнение. Различают два вида синхронизации - взаимное исключение критических интервалов и координация процессов.

Процесс p1 выполняет оператор , а процесс p2 - оператор . Машинные коды выглядят так:

Процесс p1	Процесс p2
Load R1,I	Load R1,I
Load R2,J	Load R2,J
Add R1,R2	Sub R1,R2
Store R1,I	Store R1,I

Результат зависит от порядка выполнения этих команд. Требуется взаимное исключение критических интервалов. Решение проблемы взаимного исключения должно удовлетворять требованиям:

ü в любой момент времени только один процесс может находиться внутри критического интервала;

ü если ни один процесс не находится в критическом интервале, то любой процесс, желающий войти в критический интервал, должен получить разрешение без какой либо задержки;

ü ни один процесс не должен бесконечно долго ждать разрешения на вход в критический интервал (если ни один процесс не будет находиться внутри критического интервала бесконечно);

ü не должно существовать никаких предположений о скоростях процессоров.

Взаимное исключение критических интервалов в однопроцессорной ЭВМ:

ü Блокировка внешних прерываний (может нарушаться управление внешними устройствами, возможны внутренние прерывания при работе с виртуальной памятью).

ü Блокировка переключения на другие процессы (MONO, MULTI).

Планирование процессоров

Планирование процессоров очень сильно влияет на производительность мультипроцессорной системы. Можно выделить следующие главные причины деградации производительности:

1. Накладные расходы на переключение процессора. Они определяются не только переключениями контекстов процессов, но и (при переключении на процессы другого приложения) перемещениями страниц виртуальной памяти, а также порчей кэша (информация в кэше другому приложению не нужна и будет заменена).

2. Переключение на другой процесс в тот момент, когда текущий процесс выполнял критическую секцию, а другие процессы активно ожидают входа в критическую секцию. В этом случае потери будут велики (хотя вероятность прерывания выполнения коротких критических секций мала).

Применяются следующие стратегии борьбы с деградацией производительности:

1. Совместное планирование, при котором все процессы одного приложения (неблокированные) одновременно выбираются на процессоры и одновременно снимаются с них (для сокращения переключений контекста).

2. Планирование, при котором находящиеся в критической секции процессы не прерываются, а активно ожидающие входа в критическую секцию процессы не выбираются до тех пор, пока вход в секцию не освободится.

3. Процессы планируются на те процессоры, на которых они выполнялись в момент их снятия (для борьбы с порчей кэша). При этом может нарушаться балансировка загрузки процессоров.

4. Планирование с учетом "советов" программы (во время ее выполнения). В ОС Mach имеется два класса таких советов (hints) - указания (разной степени категоричности) о снятии текущего процесса с процессора, а также указания о том процессе, который должен быть выбран взамен текущего.