Что планирует ОС — потоки или процессы?

Question

[Sazoks]

Задавал вопрос про то, как работает параллелизм в ОС:
Как на самом деле работает параллелизм?

Из всего изученного стало понятно, что процессы - это некие "контейнеры", содержащие id, статус, instruction pointer, значение регистров, открытые файлы и другие данные контекста. А потоки (полное название - потоки исполнения), из потоков ОС как раз-таки считывает инструкции из памяти и отправляет их на ядра. Я намеренно очень сильно обобщил, чтобы ввести некоторое общее понимание.

Вопрос: если процесс - это просто контейнер для потоков, а ОС реально шедулит потоки, грузит ядра инструкциями из этих потоков и распределяет кванты времени именно для kernelspace-потоков, то какую роль в планировании играют процессы? Для чего они нужны? Как планировщик ОС работает с процессами?

Моя единственная догадка в том, что планировщик как бы "заглядывает" в каждый процесс и уже там работает с потоками.

P.S. Можно разобрать на примере Windows

Comments

[mayton2019]

Да. С термином поток (thread) - большая путаница. Они могут быть по разному реализованы в разных ОС. Поэтому ты уточни какая ОС имеется в виду.

[Sazoks]

Justa Gain, объясни конкретно, что именно я смешал? Разве возможно это полностью разделить и изолировать друг от друга? Я не системный программист, я занимаюсь бэкендом, но мне просто интересно понять, построить хотя бы упрощенную модель, которая передаст суть и основные принципы работы ОС и планировщика.

Я не думаю, что смешал все в кучу, ведь все взаимосвязано. Разве не ОС занимается управлением ресурсов системы (ЦП, память, периферия и др.)? Ты лучше бы с высоты своих знаний не насмехался над вопросами, а помог бы разобраться и сделал коммьюнити чуть лучше. Пока что я вижу, что ты только и можешь задавать этот свой вопрос)

[Sazoks]

mayton2019, спасибо за комментарий! Уточнил в вопросе (Windows).

[Sazoks]

Justa Gain, я знаю, что это разные абстракции. Тут речь вовсе не об ЯП, а об абстракциях ОС. ЯП тут мало фигурируют. И это никак не поясняет, почему ты снова сказал, что я смешал все в кучу.

Answer 1

[jcmvbkbc]

Из всего изученного стало понятно, что процессы - это некие "контейнеры", содержащие id, статус, instruction pointer, значение регистров, открытые файлы и другие данные контекста.

Вот уже по этому предложению видно, что понятно не стало. instruction pointer и значения регистров -- свои у каждого потока.

какую роль в планировании играют процессы?

Никакой.

Для чего они нужны?

Для учёта ресурсов и создания изолированных адресных пространств.

Как планировщик ОС работает с процессами?

Никак.

Моя единственная догадка в том, что планировщик как бы "заглядывает" в каждый процесс и уже там работает с потоками.

Не нужно ему никуда заглядывать. У него есть списки потоков находящихся в разных состояниях, а планирование заключается в перемещении потоков по этим спискам.

Comments

[Sazoks]

Большое спасибо за ответ!
Можете, пожалуйста, помочь разобраться вот в чем. Я много в каких статьях, ресурсах и лекциях видел следующее описание.



https://studfile.net/preview/3181036/page:41/

Я знаю, что у каждого потока свои instruction pointer и значения регистров, но в разных источниках пишут также то, что на скрине выше. Из-за этого возникает некоторая путаница с пониманием назначения потоков и процессах. Во многих лекциях и статья так вообще через слеш пишут - "когда ОС планирует поток/процесс..", что-то вроде такого.

И можете, пожалуйста, привести хотя бы один небольшой пример, где замешаны процессы? Например, небольшой пример, как ОС использует этот учет ресурсов?

[jcmvbkbc]

небольшой пример, как ОС использует этот учет ресурсов?

Sazoks, когда процесс завершается, ОС освобождает всю выделенную им приватную память и закрывает все открытые им файлы. Это происходит потому, что такие ресурсы ассоциированы именно с процессом, а не с чем-нибудь другим.

[Saboteur]

>> Как планировщик ОС работает с процессами?
> Никак.

Что значит никак? Именно ОС с процессами и работает. Именно ОС и решает что есть процесс, и какие в нем могут быть аттрибуты. Именно ОС и решает сколько ресурсов выделить процессу. Именно ОС и "создает" новый процесс. Именно ОС и знает чем процесс отличается от потока, и умеет управлять и тем и другим, при переключении контекста.

[Sazoks]

Saboteur, это ясное дело) Тут вопрос именно в планировании. Хотелось понять, что все-таки реально планирует ОС и откуда подгружает инструкции для выполнения. Судя из ответов, она планирует именно потоки, ну а процессы - действительно некоторые контейнеры, адресное пространство и другие ресурсы которого разделяют потоки. Хотя, признаться, мне все еще кажется, что я не полностью пониманию всю полезность и важность процессов. Неужто только для группировки потоков и предоставления им адресного пространства?

[jcmvbkbc]

>> Как планировщик ОС работает с процессами?
> Никак.
Что значит никак? Именно ОС с процессами и работает.

Saboteur, ОС работает, планировщик ОС -- нет, в чём вопрос, в невнимательности?

[Saboteur]

Sazoks, jcmvbkbc,

Тем не менее, планировщик ОС вполне может работать и с процессами, ибо переключение между процессами и тредами имеет разную стоимость, и тот же CFS умеет спланировать управление группой тредов, принадлежащих одному процессу для эффективности.

https://en.wikipedia.org/wiki/Completely_Fair_Scheduler

В других ОС, также планировщик (process scheduler), также управляет в принципе процессами, и в основном принимает решение сколько выделить ресурсов именно на основании данных о процессе, а не конкретном треде в нем.

[jcmvbkbc]

переключение между процессами и тредами имеет разную стоимость

Saboteur, правильнее было бы сказать "переключение между потоками одного процесса и между потоками разных процессов имеет разную стоимость", после чего можно вернуться в исходную позицию: планировщик ОС работает с потоками (или, как уточняют по твоей ссылочке, со schedulable entities). Да, в качестве эффекта высшего порядка малости он может учитывать свойства процесса которому принадлежит поток, но это вопрос не того уровня, где в ответе имеют значение подобные мелочи.

В других ОС

В других ОС вообще процессов может не быть, только "задачи".

[Saboteur]

jcmvbkbc,

Да, в качестве эффекта высшего порядка малости он может учитывать свойства процесса которому принадлежит поток, но это вопрос не того уровня, где в ответе имеют значение подобные мелочи.

Вопрос топикстартера прямо задает интерес к этой мелочи. Позвольте процитировать
"Вопрос: если процесс - это просто контейнер для потоков, а ОС реально шедулит потоки, грузит ядра инструкциями из этих потоков и распределяет кванты времени именно для kernelspace-потоков, то какую роль в планировании играют процессы? Для чего они нужны? Как планировщик ОС работает с процессами?"

Таким образом, нужно и отвечать, что ОС реально контролирует ресурсы выделяемые на процесс, а не на поток, а также оптимизирует эффективное переключение между потоками в пределах процесса, отчего и название multilevel scheduler

Что же касается "других ОС", то их мало. И под другими ОС, я имел ввиду не Линукс с CFS, а другие популярные (Windows, Unix, MacOS) - где собственно также есть процессы и потоки.

[jcmvbkbc]

Таким образом, нужно и отвечать

Saboteur, вот предлагаю тебе и написать такой ответ. Дополнительные звёздочки почтения за отсылки в код.
Мой ответ на вопрос "какую роль в планировании играют процессы" остаётся прежним -- "несущественную, в первом приближении -- никакую".