Tiến trình trong hệ điều hành (Phần 1)

Tất cả các máy tính hiện đại đều có thể thực hiện nhiều việc cùng một lúc. Trong khi thực hiện chương trình của người sử dụng, máy tính có thể đọc dữ liệu từ đĩa và đưa ra màn hình hoặc máy in. Trong môi trường đa chương trình (multiprogramming system), một CPU có thể chuyển từ chương trình này sang chương trình khác, thực hiện mỗi chương trình trong khoảng 1% hoặc 1/10 mili giây. Nếu nói chính xác, thì tại một thời điểm, CPU chỉ thực hiện được một chương trình. Nhưng nếu xét trong khoảng thời gian phần trăm giây thì CPU có thể thực hiện nhiều công việc. Để hổ trợ hoạt động đa nhiệm,hệ thống máy tính cần phải có khả năng thực hiện nhiều tác vụ xử lý đồng thời nhưng việc điều khiển hoạt động song hành ở cấp độ phần cứng là rất khó khăn.Vì vậy,các nhà thiết kế hệ điều hành đề xuất một mô hình song hành giả lập bằng cách chuyển đổi bộ xử lý qua lại giữa các chương trình để duy trì hoạt động của nhiều chương trình phải cùng một thời điểm.Trong mô hình này các chương trình của hệ thống được tổ chức thành các tiến trình(process). Như vậy cá thể coi tiến trình là một chương trình đang xử lý,nó sử dụng một con trỏ lệnh,tập các thanh ghi và các biến.Để hoàn thành nhiệm vụ của mình,các tiến trình còn có thể yêu cầu một số tài nguyên hệ thống như: CPU,bộ nhớ và các thiết bị. Chúng ta cần phân biệt rỏ tiến trình và chương trình.Chương trình là một thực thể thụ động chưa các chỉ thị điều khiển máy tính thi hành một tác vụ cụ thể nào đó.Khi thực hiện các chỉ thị này ,chương trình được chuyển thành các tiến trình là một thực thể hoạt động,với con trỏ lệnh xác định kèm them tài nguyên phục vụ cho hoạt động. Vậy tóm lại ,tiến trình là một bộ phận của một chương trình đang thực hiện, đơn vị thực hiện tiến trình là processer.

Điều phối hoạt động của các tiến trình là một vấn đề rất phức tạp, đòi hỏi hệ điều hành khi giải quyết phải xem xét nhiều yếu tố khác nhau để có thể đạt được những mục tiêu đề ra. Một số đặc tính của tiến trình cần được quan tâm như tiêu chuẩn điều phối: -Tính hướng xuất/ nhập của tiến trình: Khi một tiến trình được nhận CPU, chủ yếu nó chỉ sử dụng CPU đến khi phát sinh một yêu cầu nhập xuất? Hoạt động của các tiến trình như thế thường bao gồm nhiều lượt sử dụng CPU, mỗi lượt trong một thời gian khá ngắn. -Tính hướng xử lý của tiến trình: Khi một tiến trình được nhận CPU, nó có khuynh hướng sử dụng CPU đến khi hết thời gian dành cho nó? Hoạt động của các tiến trình như thế thường bao gồm một số ít lượt sử dụng CPU, nhưng mỗi lượt trong một thời gian đủ dài. -Tiến trình tương tác hay xử lý theo lô: Người sử dụng theo kiểu tương tác thường yêu cầu được hồi đáp tức thời đối với các yêu cầu của họ, trong khi các tiến trình của các tác vụ được xử lý theo lô nói chung có thể trì hoãn trong một thời gian chấp nhận được. -Độ ưu tiên của tiến trình: Các tiến trình có thế được phân cấp theo một số tiêu chuẩn đánh giá nào đó, một cách hợp lý, các tiến trình quan trọng hơn(có độ ưu tiên cao hơn) cần được ưu tiên cao hơn. -Thời gian đã sử dụng CPU của tiến trình: một số quan điểm ưu tiên chọn những tiến trình đã sử dụng CPU nhiều thời gian nhất vì hy vọng chúng sẽ cần ít thời gian nhất để hoàn tất và rời khỏi hệ thống. Tuy nhiên cũng có quan điểm cho răng các tiến trình nhận được CPU trong ít thời gian là những tiến trình đã phải chờ lâu nhất, do vậy ưu tiên chọn chúng. -Thời gian còn lại tiến trình cần để hoàn tất: Có thể giảm thiểu thời gian chờ trung bình của các tiến trình bằng cách cho các tiến trình cần ít thời gian nhất để hoàn tát được thực hiện trước. Tuy nhiên đáng tiếc là rất hiếm khi biết được tiến trình cần bao nhiêu thời gian nữa để kết thúc xử lý.

Có thể chia thành hai loại: tiến trình tuần tự (MS_DOS) và tiến trình song song( uniprocesser và multiprocesser). Tiến trình tuần tự: là các tiến trình mà điểm khởi tạo của nó là điểm kết thúc của tiến trình trước đó. Tiến trình song song : là các tiến trình mà điểm khởi tạo của tiến trình này mằn ở thân của các tiến trình khác, tức là có thể khởi tạo một tiến trình mới khi các tiến trình trước đó chưa kết thúc.Trong này tiến trình song song được chia thành nhiều loại: -- Tiến trình song song độc lập: Các tiến trình hoạt động song song nhưng không có quan hệ thông tin với nhau, trong trường hợp này hệ điều hành phải thiết lập cơ chế bảo vệ dữ liệu của các tiến trình, và cấp phát tài nguyên cho các tiến trình một cách hợp lý.
-- Tiến trình song song có quan hệ thông tin : Trong quá trình hoạt động các tiến trình trao đổi thông tin với nhau.Hai tiến trình A và B được gọi là có quan hệ thông tin với nhau nếu tiến trình này có gửi thông báo cho tiến trình kia. Tiến trình gửi thông báo có thể không cần biết tiến trình nhận có tồn tại hay không? ở đâu? và đang ở giai đoạn nào? -- Tiến trình song song phân cấp : Trong qua trình hoạt động một tiến trình có thể khởi tạo các tiến trình khác hoạt động song song với nó, tiến trình khởi tạo được gọi là tiến trình cha, tiến trình được tạo gọi là tiến trình con.
Trong mô hình này hệ điều hành phải giải quyết vấn đề cấp phát tài nguyên cho các tiến trình con. Tiến trình con nhận tài nguyên ở đâu? từ tiến trình cha hay từ hệ thống. -- Tiến trình song song đồng mức: Là các tiến trình hoạt động song song sử dụng chung tài nguyên theo nguyên tắc lần lượt, mỗi tiến trình sau một khoảng thời gian chiếm giữ tài nguyên phải tự động trả lại tài nguyên cho tiến trình kia.

Mr.Nara