Теоретические основы параллельного программирования, понятия: процесс, задача, мультизадачный режим работы ОС, нить, контекст нити.

Процесс - это выполнение отдельной программы с ее данными на последовательном процессоре.

Задача - это совокупность программ, модулей и данных, требующих ресурсов выч.машины для своей реализации. Это единица работы, для выполнения которой предоставляется ЦП.

ресурс – всякий объект, который может распределяться внутри системы с течением времени. Ресурсы м.б. разделяемыми, когда несколько процессов используют их одновременно, а м.б. неделимыми.  Изначально ресурсами считались: процессорное время, память, каналы вв-выв и перефирийные устройства. В настоящее время относят также програмные компоненты (библиотеки, информационные каналы, компоненты ОС – описатели (handle) и объекты, которые они описывают – таймеры, сигналы, семафоры).

Мультизадачность:

Мультизадачный режим позволяет переключить ЦП на выполнение другой задачи, пока первая ожидает завершения операции I/O, за счёт чего повышается быстродействие по сравнению с однозадачной, выполняющей аналогичные действия. В мультизадачном режиме работы повышается пропускная способность системы

На рисунке 2 процесса обращаются к одному и тому же ресурсу. Это становится возможным благодаря концепции виртуальных ресурсов. Данная концепция позволяет унифицировать разработку процессов и повысить эффективность использования ресурсов.

Суть концепции: ОС использует все реальные ресурсы компьютера и на их основе создаёт новый виртуальный компьютер с заранее определёнными характеристиками, при этом каждый виртуальный ресурс моделируется с учётом его специфики. Виртуальный процессор моделируется на реальном CPU gen`v выделения квантов времени. Виртуальная память моделируется реальным ОЗУ на основе динамического преобразования адресов. Устройства ввода-вывода используются параллельно. В результате на базе одного ПК реализуется несколько виртуальных ВС.

Для ОС win м.б. организована ВС как для программ, разработанных для самой ОС win,  так и для программ, разработанных, например, в MS-DOS. Однако, поскольку реально требуется гораздо памяти, то реальному компьютеру хватает имеющейся в наличии ОП + файл подкачки на диске.

Для каждого процесса создаётся собственная виртуальная ВС. В рамках концепции виртуальных ресурсов можно пойти дальше и для каждой виртуальной ВС создать несколько виртуальных процессоров, каждый из которых будет выполнять свою собственную задачу. Выполнение такой задачи виртуальным процессом называют thread -  «нить» (у каждой виртуальной ВС виртуальные процессы – нити).

Если ПК располагает 2-мя реальными процессорами, то две нити могут выполняться параллельно. Если процессор один, то параллельное исполнение эмулируется с помощью разделения времени.

Поскольку все нити одного процесса выполняются в рамках этого процесса (в рамках 1-й виртуальной ВС), то они разделяют одно и то же адресное пространство, т.е. имеют одни и те же глобальные переменные, общие виртуальные устройства, файловые дескрипторы. Это с одной стороны создаёт удобство при написании программы, а с другой требует от программиста особых навыков при написании программ. Кроме того, различные процессы т.ж. могут взаимодействовать между собой посредством механизмов межпроцессорного взаимодействия.

Параллельное программирование – программирование параллельных процессов и нитей. Создавать программы надо так, чтобы они использовали min вычислительных ресурсов.

Контекст нити.

Что различно у двух нитей, выполняющихся в рамках одной виртуальной ВС:

Регистры процессора, включая программный счетчик, стек, нити-потомки, текущее состояние – всё это контекст нити ( Для организации ||-но выполняющихся процессов и нитей нужна аппаратная поддержка — у Intel есть начиная с 80386).