Zhrnutie na Základy operačných systémov

## Úvod Správa procesov (Správa procesov) sa zaoberá riadením bežiacich programov v systéme: ako sa vytvárajú, plánujú, prepínajú a synchronizujú. Tento materiál vysvetľuje základné pojmy, plánovanie procesov, problémy súvisiace s prioritami a kritickými sekciami a konkrétne mechanizmy používané v operačných systémoch. > **Definícia:** Proces je bežiaci program identifikovaný jedinečným PID, aktuálnym stavom vykonávania a kontextom potrebným na jeho obnovenie. ## Základné pojmy ### Čo je proces a démon - **Proces**: bežiaci program, má PID, stav plánovania (new, ready, running, waiting, terminated) a kontrolný blok obsahujúci informácie potrebné pre prepnutie. - **Démon**: dlhodobo bežiaci proces, ktorý nie je v priamej interakcii s užívateľom; čaká na udalosti a vykonáva úlohy na pozadí. > **Definícia:** Démon je proces bežiaci na pozadí, ktorý zvyčajne obsluhuje udalosti bez užívateľskej interakcie. ### Stavy procesu - **new**: vytváraný, neinicializovaný - **ready**: pripravený, čaká na CPU - **running**: práve používa CPU - **waiting**: čaká na udalosť alebo I/O - **terminated**: ukončený alebo zastavený (napr. SIGSTOP) ## Komponenty správy procesov - **Dispatcher**: vykonáva prepínanie kontextu medzi procesmi. - **Plánovač (scheduler)**: rozhoduje, ktorý proces dostane CPU. - **Správa pamäti**: prideľuje a uvoľňuje pamäť pre procesy. (Poznámka: podrobnosti správy pamäti sú pokryté inde.) - **Medziprocesová komunikácia (IPC)**: mechanizmy na výmenu správ a signálov medzi procesmi. ## Plánovanie procesov Plánovanie určuje poradie, v akom procesy získavajú CPU. Rozdeľujeme plánovanie na nepreemptívne a preemptívne. > **Definícia:** Preemptívne plánovanie umožňuje systému odobrať CPU procesu (napr. prerušením); nepreemptívne plánovanie to neumožňuje. ### Hlavné algoritmy Použitie tabuľky pre prehľad. | Algoritmus | Typ | Charakteristika | Výhody | Nevýhody | | --- | --- | --- | --- | --- | | FCFS (First Come, First Served) | nepreemptívny | FIFO, proces sa mení len keď sa bežiaci vzdá CPU | jednoduché | Dlhé čakanie pre krátke úlohy (convoy effect) | | Round-Robin | preemptívny | Každý proces má časové kvantum | férové pre interaktívne úlohy | Nevhodné nastavenie kvanta znižuje výkon | | SJF (Shortest Job First) | nepreemptívny | Vyberie najkratší ďalší čas | optimálne priemerné čakanie | Hrozí starnutie (starvation) | | SRT (Shortest Remaining Time) | preemptívny | Preemptívna verzia SJF | lepšie pre krátke úlohy | potreba odhadu zostávajúceho času | | Viacúrovňové plánovanie | môže byť oboje | Rôzne fronty podľa priority, v každej iný algoritmus | flexibilné | Môže spôsobovať starnutie | | Viacúrovňové s spätnou väzbou | preemptívny | Nové procesy začínajú v najvyššej priorite a postupne klesajú | zabraňuje monopolizácii CPU | Zložitejšie nastavenie | | CFS (Completely Fair Scheduler) | preemptívny | Snaží sa rozdeliť CPU podľa váh; používa Red-Black strom | férové rozdelenie CPU | zložitejšie implementačne | ### Praktický príklad: Round-Robin Predstavte si tri interaktívne programy A, B, C s kvantom 50 ms. CPU bude prechádzať medzi nimi každých 50 ms, čo znižuje odozvu používateľského rozhrania v porovnaní s FCFS. Did you know that modern Linux kernels implement CFS which keeps per-process runtime counters and selects the process with the least runtime to run next? ## Problémy s prioritami a ich riešenia ### Inverzia priorít Popis: Nízko-prioritný proces vlastní zdroj, vysokoprioritný proces čaká; proces s priemernou prioritou prebehne a zablokuje obnovenie zdroja. - Dôsledok: vyššie prioritné procesy sú zablokované Riešenia: 1. **Priority ceiling**: proces v kritickej sekcii dostane najvyššiu prioritu 2. **Priority inheritance**: proces blokujúci dedí prioritu blokovaného procesu 3. **Zákaz prerušenia**: v jednoprocesorových systémoch zakázať prerušenia počas kritickej sekcie > **Definícia:** Inverzia priorít je situácia, v ktorej nízka priorita bráni dokončeniu vyššie prioritného procesu kvôli držbe zdroja