Paralelní procesy, prostředky pro popis paralelních procesů, vlákna

• Všechen SW běžící na počítači je organizován jako množina sekvenčních procesů
• Proces = běžící program včetně obsahu čítače instrukcí, registrů, proměnných, běží ve vlastní paměti
• Koncepčně má každý proces vlastní virtuální CPU

Při pseudoparalelním běhu je v jednu chvíli aktivní pouze jeden proces. Po nějakém čase se OS rozhodne pozastavit běh procesu a spustit běh dalšího. Po dostatečně dlouhém čase všechny procesy vykonají část své činnosti.

Základní stavy procesů

Následující stavy procesů se vyskytují ve všech víceúlohových systémech:

• vytvořený (created) - proces je vytvořen buď příkazem uživatele (u terminálu), nebo na žádost operačního systému o provedení služby, či na žádost jiného procesu (rodiče)
• připravený (ready) nebo čekající (waiting) - připravený pro vstup do stavu běžící, čeká pouze na přidělení procesoru
• běžící (running) - procesu je přidělen procesor a právě se provádí příslušné programy
• blokovaný (blocked) - proces je převeden do tohoto stavu v případě, kdy čeká na dokončení nějaké vstupně-výstupní operace, případně na skončení jiného procesu, uvolnění zdroje, synchronizační primitivum a podobně
• ukončený (terminated) - proces skončil

Precedenční grafy

• Acyklický orientovaný graf
• Běh procesu Pi je vyjádřen orientovanou hranou grafu
• Vztahy mezi procesy znázorněny spojením hran

Abstraktní primitiva fork, join a quit

• Conway 1963
• Jeden z prvních mechanismů, možnost obecného popisu paralelních aktivit
• Funkce primitiv:
  • fork X - provedení primitiva „fork x“ způsobí spuštění nového vlákna od příkazu označeného návěštím x; nové vlákno bude běžet paralelně s původním vláknem.
  • quit - ukončí vlákno
  • join t, Y - atomicky provede: t:=t-1; if t = 0 then goto Y;
• Abstraktní primitiva cobegin a coend
  • Explicitně specifikuje sekvenci programu, která má být spuštěna paralelně
  • Cobegin má formát:

cobegin

C1 || C2 || … || Cn

coend

• Výsledkem je vytvoření samostatného vlákna pro všechna Ci
• Každé Ci běží nezávislé na ostatních vláknech v konstrukci cobegin / coend
• Program pokračuje za coend až po skončení posledního Ci

Vlákna

• Vlakna v procesu sdileji adresni prostor, otevrene soubory (atributy procesu)
• Vlakna maji soukromy citac instrukci, obsah registru, soukromy zasobnik
• Mohou mit soukrome lokalni promenne
• Puvodne vyuzivana zejmena pro VT vypocty na multiprocesorech (kazdé vlakno vlastni CPU, spolecna data)