Управление процессами

Задания и управление ими OS/400

Прочитав предшествующие разделы, Вы увидели, как развита современная структура процессов. Наряду с огромными возможностями, она отличается и огромной сложностью в управлении, которое едва ли под силу рядовому пользователю. В соответствии с философией технологической независимости и интегрированности, AS/400 берет и эту обязанность на себя посредством компонента управления заданиями OS/400. Пользователь имеет дело с определением задания, которое точнее соответствует прикладной программе. Все остальное делает OS/400 и нижележащие компоненты.

Построение всей структуры заданий поверх модели процессов имеет один недостаток: намного меньшую гибкость, чем при настройке характеристик процесса в соответствии с характеристиками конкретного приложения. Подобная настройка позволяет повысить производительность приложения, которому не нужны все возможности, предоставляемые структурой задач. Фундаментальным строительным блоком многих новых ОС становится облегченный процесс или подпроцесс, который обычно называют потоком (thread). Приложения, написанные для потоковой модели, не используют полнофункциональную структуру задач, и вследствие этого достигают большей производительности при переключении с одной программы на другую.

Важно отметить, что структура задач AS/400 на аппаратном уровне — одна из наиболее эффективных. В коммерческом приложении значительная часть (до 80–90 процентов) обработки, выполняется ОС, а не самим приложением. Приложение запрашивает обработку у ОС, вместо того чтобы выполнять ее самостоятельно. Непосредственно выполнением такой обработки занимается, в основном, SLIC, где структура задач очень эффективна.

Давайте рассмотрим, как в AS/400 поддерживаются потоки, и как это позволяет переносить приложения, написанные для других ОС.

Концепции управления заданиями

Управление заданиями, переданными пользователем AS/400, выполняется компонентом управления заданиями OS/400. Задание — это единица работы, переданной на выполнение. Как Вы помните, управление заданиями различает несколько типов заданий, включая традиционные интерактивные и пакетные.

В предшествующих разделах обсуждался процесс, как единица работы, переданной управлением заданиями нижележащим компонентам. Объектупроцессу MI нет аналогов в OS/400. Задание — это не объект OS/400. Не являются таковыми и маршрутизация или подсистемы, которые мы скоро будем рассматривать. Управление заданиями имеет дело непосредственно с процессами. Задание может выполняться в рамках одного или нескольких процессов, запуск которых осуществляется одним или несколькими управляющими процессами. Каждый новый запуск процесса при выполнении задания называется шагом маршрутизации (routing step).

Управление заданиями рассматривает систему как иерархию доменов, показан ную на рисунке 9.6. Шаг — самый низкий уровень этой иерархии. Следующий уровень — задание, которое обрабатывается одним или несколькими последовательными шагами. Задания находятся в подсистемах, каждая из которых содержит задания сходного типа, например, все интерактивные задания. Как мы скоро увидим, подсистемы управляют некоторыми системными ресурсами. Наконец, самый верхний уровень иерархии — собственно система, где повсеместно используются некоторые системные параметры и сетевые атрибуты. Пример — имя компьютера в вычислительной сети.

Рис. 9.6. Концепции управления работой

Подсистемы

Подсистема AS/400 — это одна из предопределенных операционных сред. Все задания в подсистеме должны иметь одинаковый тип (например, пакетные) и совместно использовать определенные системные ресурсы. Так как конфигурация подсистем и то, какие именно задания выполняются в данной подсистеме, могут быть разными на разных AS/400, то нет гарантии, что все задания в подсистеме однотипны. С каждой подсистемой связан объект OS/400 под названием описание подсистемы. Описание подсистемы содержит общую информацию о выделенных подсистеме ресурсах и указывает на другие объекты OS/400: описание задания, классы и программы, — предоставляющие дополнительную информацию об этой подсистеме.

Описание задания — это объект OS/400, задающий атрибуты и ресурсы, связанные с заданием. Он определяет:

• список библиотек (по умолчанию);
• очередь заданий;
• данные маршрутизации;
• принтер (по умолчанию);
• приоритет планировщика вывода;
• профиль пользователя.

Класс представляет собой объект OS/400, содержащий параметры, которые задают среду выполнения. Некоторые из них относятся к выделенным заданию ресурсам процессора. Например, может быть ограничено число процессов класса, выполняющихся одновременно. Это позволяет управлять объемом взаимного влияния процессов, конкурирующих за один и тот же системный ресурс. Данный предел, обычно называемый уровнем активности, связан с пулом памяти.

Пул памяти, (не путать с пулом вспомогательной памяти!) — это средство резервирования для подсистемы некоторого объема основной (оперативной) памяти. В основной памяти может быть размещено до 16 пулов памяти, один из которых всегда зарезервирован машиной. Пул памяти — это часть памяти, куда осуществляется динамическая подкачка страниц процессов, связанных с этим пулом. Например, один пул памяти может быть выделен для всех интерактивных заданий, а другой — для всех пакетных. Такой подход позволяет гарантировать, что пакетное задание не отберет себе страничный фрейм у интерактивного задания, и таким образом не повлияет на время ожидания ответа пользователем. Пакетные задания могут отбирать только страничные фреймы у других пакетных задач из пакетного пула памяти. Пулы памяти определяются в описании подсистемы.

Размеры, число и уровни активности пулов памяти управляются пользователем системы. Таким образом, система может быть настроена так, чтобы обеспечить максимальную производительность именно для данного пользователя. Подобная настройка в AS/400 при помощи различных средств выполняется вручную или автоматически при изменении характера рабочей нагрузки.

Старая и новая структуры задания

С появлением модели процессов ILE, описанной ранее, изменилась и структура задания в AS/400. Как именно — можно понять, сравнив ресурсы приложений, доступные в старой и новой структурах заданий, а также особенности их использования. Как правило, ресурсы приложений для задания включают в себя разделяемые файлы, управление транзакциями и память.

Процессы, задачи, задания, группы активизации и потоки

Как уже упоминалось, первоначально в AS/400 было определено три уровня работы. Самый низкий уровень, под MI, — задача. Процесс "живет" на уровне MI и построен на структуре задач SLIC. Поверх модели процессов MI OS/400 в качестве единицы работы поддерживает задание. Большинство других ОС работают непосредственно с процессами. Но не OS/400. В этом отношении задание в ней — аналог процесса в других ОС.

Полнофункциональное задание обеспечивает лучшие возможности разделения ресурсов и защиты, чем процессы в других ОС; однако, для создания такого задания нужно больше времени. Задание AS/400 можно называть "полновесным".

Приложения, написанные специально для AS/400, обычно соответствуют структуре полнофункционального задания, то есть, исполняются внутри одного задания. Динамическое создание множества заданий для одного приложения не рекомендуется, из-за больших накладных расходов.

Конечно, для некоторых других ОС приложения пишутся не так. Например, Unix и Windows NT определяют структуру, в которой процессы могут быстро создаваться, существовать и затем разрушаться. Приложения, написанные для таких ОС, часто используют множество процессов. Для достижения достаточной производительности приложениям такого типа нужен очень "легковесный" процесс.

Данная тенденция привела к новому пониманию процесса. Например, в модели POSIX процессы разделены на два отдельных компонента. Первый содержит все ресурсы для группы взаимодействующих единиц. Эти ресурсы включают в себя виртуальную память, коммуникационные порты и файлы, выделенные процессу. Некоторые ОС даже называют эту часть процесса задачей.

Вторая часть процесса — активная среда выполнения, обычно называемая потоком. В процессе может исполняться один или несколько параллельных потоков. Исходное определение процесса было ограничено только одной исполняющейся единицей. Новое определение допускает несколько единиц исполнения — потоков. Поток — это подпроцесс, который имеет доступ к некоторым собственным ресурсам, а также к разделяемым ресурсам процесса. Таким образом, в многопоточном процессе может исполняться несколько потоков, совместно использующих системные ресурсы.

Достоинство потоков в том, что они позволяют разным частям одного приложения исполняться параллельно. Особенно важны потоки в распределенной среде, они обязательны для стандарта, известного как DCE (Distributed Computing Environment). DCE использует модель процессов POSIX.

Поскольку мы хотели реализовать в AS/400 интерфейсы DCE и POSIX, нам нужно было найти некоторый способ поддержки потоков POSIX. Мы рассмотрели две модели. Первая — встроенные потоки, где в процессе принимают участие множество TDE, для каждой группы активизации — собственный. Таким образом, группа активизации становится отдельной единицей диспетчирования, своего рода аналогом потока. Данная модель достаточно точно соответствует общепринятой модели потоков. К сожалению, она также требовала внесения в OS/400 множества изменений, больше, чем позволяло время, отведенное на проект V3R1. Поэтому для начала нам пришлось выбрать вторую, несколько менее удачную модель.

Вторая модель потоков основывалась на концепции разделяемой группы активизации. Несколько заданий OS/400 могут разделять одну группу активизации. Таким образом, поток — задание OS/400, использующее разделяемую группу активизации. Процесс POSIX может быть представлен как совокупность всех заданий OS/400, совместно использующих группу активизации. Все потоки процесса POSIX совместно используют общие статическую память и кучу, при этом у каждого из них своя автоматическая память (стек).

Такое использование задания OS/400 в качестве потока, успешно работает, но имеет один существенный недостаток: для создания полнофункционального задания требуется больше времени, по сравнению с другими системами, где применяются "легковесные" потоки. Для повышения производительности AS/400 мы предусмотрели пул заранее созданных заданий. Когда нужно быстро создать поток, используется одно из заданий пула. При разрушении потока задание возвращается в пул.

Данная модель потоков была представлена как часть CPA (Common Programming) API в V3R1. Начальная цель была достигнута, но мы знали, что это паллиатив. Хотелось перенести на AS/400 несколько других приложений, например, Lotus Domino. Мы рассмотрим Domino в его связи с AS/400 в "Версия 4" , сейчас же нам следует признать, что Domino написан для потоковой модели. Так, подгоняемые мечтой о нормальной работе Domino на AS/400, мы начали проектирование встроенных потоков для версии V4 OS/400.

На рисунке 9.7 показано соотношение двух потоковых моделей системы и средств поддержки приложений (application enabler). Последние включают в себя библиотеки времени исполнения для языков, типа С, С++ и Java, интегрированную файловую систему и библиотеки классов объектов. В "Версия 4" мы рассмотрим Java и его объектную модель, а также модели IBM SOM (System Object Model) и DSOM (Distributed System Object Model).

Рис. 9.7. Средства поддержки приложений для потоков

Мы полагаем, что с течением времени все больше и больше приложений будет со здаваться для потоковой модели. Поддержка потоков часто позволяет приложениям, написанным для какойлибо другой ОС, эффективно работать на AS/400.

Выводы

В разных ОС процессы реализованы поразному. Каждая система определяет мощность процесса, его структуру, а также то, как он должен быть защищен. Модель процессов AS/400 доказала свою высокую эффективность и способность поддержки важнейших приложений. Современнейшая структура задач, на основе которой работают все остальные функции системы, позволяет моделям процессов и заданий эволюционировать для нужд будущих сред приложений.

В "Система ввода-вывода" мы рассмотрим подсистему ввода-вывода и направления ее развития для поддержки будущих приложений AS/400. Структура задач играет важную роль в системе ввода-вывода. Это верно и теперь, и в будущем.