Система управления процессами в ос windows 7. Управление процессами. Понятие объекта в Windows

Практическая работа №

Управление процессами в Windows .

Цель работы : изучение возможностей контроля и управления процессами в операционных системах Windows, научиться работать с Диспетчером задач, ознакомиться с управлением процессами в ОС Windows с помощью утилиты Process Explorer.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ .

Для правильного выполнения той или иной задачи в Windows необходимо, чтобы была запущена та или иная программа. В данной работе вы ознакомитесь с минимальным набором программ, которые должны быть запущены для корректной работы Windows . Для того чтобы увидеть полный список выполняемых задач в данный момент можно воспользоваться Диспетчером задач Windows или любой другой аналогичной программой (утилиты Process Explorer (procexp.exe.)). В этой работе мы ознакомимся только с Диспетчером задач, который можно запустить нажатием комбинации CTRL + ALT + DELETE .

В Диспетчере задач отображаются сведения о программах и процессах, выполняемых на компьютере.

На вкладке Приложения отображается состояние выполняющихся на компьютере программ. На этой вкладке имеется возможность завершить или запустить программу, а также перейти в окно программы. На вкладке Процессы отображаются сведения о выполняющихся на компьютере процессах. Например, допускается отображение сведений об использовании ЦП и памяти, ошибках страницы, счетчике дескрипторов и некоторые другие параметры.

На вкладке Быстродействие динамически отображаются следующие сведения о быстродействии компьютера.

1. Графики загрузки ЦП и использования памяти.
2. Общее число дескрипторов, процессов, выполняющихся на компьютере.
3. Общий объем физической памяти, памяти ядра и выделения памяти в килобайтах.

Если имеется подключение к сети, можно просматривать состояние сети и параметры ее работы.

Если к компьютеру подключились несколько пользователей, можно увидеть их имена, какие задачи они выполняют, а также отправить им сообщение.

Для того чтобы увидеть все программы, загруженные в оперативную память нужно перейти с вкладки Приложения на вкладку Процессы.

Перечисленные здесь процессы - это программы, которые на данный момент загружены в оперативную память. Это могут быть специальные служебные программы, без которых Windows не будет работать, программы, отвечающие за предоставление каких либо услуг, например сверка системного времени с сервером времени в сети Internet , и т.д. В ниже приведённой таблице есть сведения о названии некоторых процессов и назначение данной программы.

Процесс Бездействие системы представляет собой отдельный поток, выполняющийся на каждом процессоре и имеющий единственную задачу - заполнение процессорного времени, когда система не обрабатывает другие потоки. В Диспетчере задач данный процесс занимает большую часть процессорного времени.

Имя процесса	Описание
Explorer.exe	Программа проводник, отвечает за отображение на экране рабочего стола, открытие главного меню (если открываете окно проводника, появляется ещё один процесс)
Spoolsv.exe	Программа отвечает за очередь печати (постановка документов в очередь, удаление очереди отслеживание количества напечатанных листов)
services.exe	Позволяет компьютеру распознавать изменения в установленном оборудовании и подстраиваться под них, либо не требуя вмешательства пользователя, либо сводя его к минимуму. Остановка или отключение этой службы может привести к нестабильной работе системы.(Plug and Play ). А так же обеспечивает поддержку сообщений журналов событий, выдаваемых Windows-программами и компонентами системы, и просмотр этих сообщений.
svchost.exe	Позволяет настраивать расписание автоматического выполнения задач на этом компьютере.
svchost.exe	Управляет объектами папки ""Сеть и удаленный доступ к сети"", отображающей свойства локальной сети и подключений удаленного доступа.
svchost.exe	Управляет синхронизацией даты и времени на всех клиентах и серверах в сети. Если эта служба остановлена, синхронизация даты и времени не будет доступна.
svchost.exe	Обеспечивает поддержку общий доступ к файлам, принтерам и именованным каналам для данного компьютера через сетевое подключение. Если служба остановлена, такие функции не удастся выполнить.
svchost.exe	Позволяет удаленным пользователям изменять параметры реестра на этом компьютере.
mdm.exe	Управляет местной и удаленной отладкой для отладчиков Visual Studio
lsass.exe	Хранит информацию о безопасности для учетной записи локального пользователя.
Winlogon.exe	Программа входа в систему Windows NT

Изменение вида окна Диспетчера задач, выбор для отображения тех или иных параметров производится с помощью пунктов меню. Всю информацию о работе с Диспетчером задач можно найти в пункте меню «Справка».

Управление процессами и потоками в ОС Windows с помощью утилиты Process Explorer фирмы SysInternals .

Утилита показывает не просто список активных процессов, но и файлы динамических библиотек, связанные с процессом, приоритет процесса, нагрузку на процессор отдельно для каждой программы и т.д.

Помимо этого, с помощью программы можно изменить приоритет процесса, просмотреть информацию о DLL-файле и принудительно завершить безнадежно зависшую программу.

Утилита содержит 2 окна. В верхнем отображается список активных процессов (в т.ч. идентификатор процесса - PID, процент загрузки процессора - CPU, описание - Description, наименование аккаунта владельца - Owner, приоритет процесса - Priority, Handles, Windows Title). Информация, показываемая в нижнем окне, зависит от режима Process Explorer - если он находится в режиме handle mode, Вы можете видеть handles (файлы для Windows 9x/Ме), которые открыл процесс, выбранный в верхнем окне; если это режим DLL (DLL mode) - Вы можете видеть DLL, которые загрузил данный процесс.

Переключение между режимами осуществляется "горячими клавишами" или с помощью соответствующих пунктов меню:

Вы можете сортировать процессы по любому критерию, щелкая мышкой на соответствующей колонке; либо представить процессы в виде дерева процессов (process tree) путем выбора пункта меню View - Show Process Tree.

Щелкнув правой кнопкой мыши по выбранному процессу, с помощью появившегося контекстного меню Вы можете изменить базовый приоритет процесса (Set Priority), принудительно завершить процесс (Kill Process) и просмотреть дополнительные параметры процесса (Properties):

С помощью пункта меню Options - Highlight Services можно выделить процессы, которые обслуживают хост. Для выделения процессов текущего пользователя выберите пункт меню Options - Highlight Own Processes.

Запустив утилиту, запустите несколько приложений (например, Far, Word, Paint, Notepad и т.д.), обратите внимание на изменения в окне процессов. Прокомментируйте их. Приведите копию экрана и опишите процесс, порожденный запущенным приложением.

Задания для выполнения :

1. На вкладке Процессы Диспетчера задач измените количество столбцов, запишите выполненные для этого операции. Какие из процессов запущены Пользователем?

2. Сколько процессов активно на момент выполнения практической работы, на сколько загружен центральный процессор, какой объем памяти выделен на текущие процессы?

3. Просмотреть справочную систему Диспетчера задач. Найти информацию о запуске новых программ, завершении текущих программ с использованием Диспетчера и выписать в тетрадь.

4. Выполните следующие действия с помощью утилиты Process Explorer . Отсортируйте процессы по заданному критерию. Опишите один из системных процессов. Запустите указанное приложение. Опишите возникший процесс по заданным характеристикам. Принудительно завершите указанный процесс. Выполняемые действия иллюстрируйте копиями экранов.

No задания	Критерий	Приложение	Характеристики
	Показать дерево системных процессов	Far Manager	Опрелелить используемые DLL
	Отсортировать по PID	Блокнот
		Wordpad
	Отсортировать по приоритету	Калькулятор	Просмотреть доп. свойства процесса
	Отсортировать по владельцу	Paint
		Проводник	Просмотреть доп. свойства процесса
	Отсортировать по наименованию	Редактор реестра	Опрелелить используемые DLL
	Отсортировать по приоритету	Web-браузер	Изменить приоритет пользовательского процесса
	Отсортировать по загрузке процессора	Сетевое окружение	Опрелелить используемые handles
	Показать дерево пользовательских процессов	Дефрагментация диска	Опрелелить используемые DLL

Копии экрана с выполненным заданием и описание выполненных действий привести в отчете.

Контрольные вопросы:

1. Что такое процесс?
2. Опишите общие сведения про Диспетчер задач?
3. Что означает параметр «бездействие системы»?
4. Можно ли изменить внешний вид вкладки процессы в диспетчере задач?
5. Как завершить процесс?
6. Опишите возможности работы с помощью утилиты Process Explorer .
7. Записать процессы и их описание из таблицы в тетрадь и выучить их наизусть.

Управление процессами

Важнейшей частью операционной системы, непосредственно влияющей на функ­ционирование вычислительной машины, является подсистема управления процессами.

Для каждого вновь создаваемого процесса ОС генерирует системные информа­ционные структуры, которые содержат данные о потребностях процесса в ресур­сах вычислительной системы, а также о фактически выделœенных ему ресурсах. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, процесс можно также определить как некоторую заявку на по­требление системных ресурсов.

Чтобы процесс мог быть выполнен , операционная система должна назначить ему область оперативной памяти , в которой будут размещены коды и данные процес­са, а также предоставить ему крайне важно е количество процессорного времени. Вместе с тем, процессу может понужнобиться доступ к таким ресурсам, как файлы и устройства ввода-вывода.

В информационные структуры процесса часто включаются вспомогательные данные, характеризующие историю пребывания процесса в системе, его текущее состояние (активное или заблокированное), степень привилегированности процесса (значение приоритета). Данные такого рода мо­гут учитываться операционной системой при принятии решения о предоставле­нии ресурсов процессу.

В мультипрограммной операционной системе одновременно может существо­вать несколько процессов. Часть процессов порождается по инициативе пользо­вателœей и их приложений, такие процессы обычно называют пользовательскими . Другие процессы, называемые системными , инициализируются самой операци­онной системой для выполнения своих функций.

Важной задачей операционной системы является защита ресурсов , выделœенных данному процессу, от остальных процессов. Одним из наиболее тщательно защи­щаемых ресурсов процесса являются области оперативной памяти, в которой хранятся коды и данные процесса. Совокупность всœех областей оперативной па­мяти, выделœенных операционной системой процессу, принято называть его адресным пространством. Говорят, что каждый процесс работает в своем адресном про­странстве, имея в виду защиту адресных пространств, осуществляемую ОС, За­щищаются и другие типы ресурсов, такие как файлы, внешние устройства и т. д. Операционная система может не только защищать ресурсы, выделœенные одному процессу, но и организовывать их совместное использование, к примеру разре­шать доступ к некоторой области памяти нескольким процессам.

На протяжении периода существования процесса его выполнение должна быть многократно прервано и продолжено. Для того чтобы возобновить выполнение процесса, крайне важно восстановить состояние его операционной среды. Состоя­ние операционной среды идентифицируется состоянием регистров и программного счетчика, режимов работы процессора, указателя на открытые файлы, информацией о незавершенных операциях ввода-вывода, кодами ошибок выполняемых данным процессом системных вызовов и т.д. Эта информация называет­ся контекстом процесса. Говорят, что при смене процесса происходит переклю­чение контекстов.

Операционная система берет на себя также функции синхронизации процессов, позволяющие процессу приостанавливать свое выполнение до наступления ка­кого-либо события в системе, к примеру завершения операции ввода-вывода, осуществляемой по его запросу операционной системой.

В операционной системе нет однозначного соответствия между процессами и программами. Один и тот же программный файл может породить несколько па­раллельно выполняемых процессов, а процесс может в ходе своего выполнения сменить программный файл и начать выполнять другую программу. Для реализации сложных программных комплексов полезно бывает организо­вать их работу в виде нескольких параллельных процессов, которые периодиче­ски взаимодействуют друг с другом и обмениваются некоторыми данными. Так как операционная система защищает ресурсы процессов и не позволяет одному процессу писать или читать из памяти другого процесса, то для оперативного взаимодействия процессов ОС должна предоставлять особые средства, которые называют средствами межпроцессного взаимодействия.

Таким образом , подсистема управления процессами (рис.4.) планирует выполнение про­цессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновре­менно существующими в системе процессами, занимается созданием и уничто­жением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает синхронизацию процессов, а также обеспечивает взаимодействие между процессами

Управление памятью

Память является для процесса таким же важным ресурсом, как и процессор, так как процесс может выполняться процессором только в том случае, в случае если его коды и данные (не обязательно всœе) находятся в оперативной памяти. Управление памятью включает распределœение имеющейся физической памяти между всœеми существующими в системе в данный момент процессами, загрузку кодов и данных процессов в отведенные им области памяти, настройку адресно-зависимых частей кодов процесса на физические адреса выделœенной области, а также защиту областей памяти каждого процесса.

Существует большое разнообразие алгоритмов распределœения памяти. Οʜᴎ мо­гут отличаться:

Количеством выделяемых процессу областей памяти (в одних случаях память выделяется процессу в виде одной непрерывной облас­ти, а в других - в виде нескольких несмежных областей),

Степенью свободы гра­ницы областей (она должна быть жестко зафиксирована на всœе время существова­ния процесса или же динамически перемещаться при выделœении процессу дополнительных объёмов памяти),

В некоторых системах распределœение памяти выполняется страницами фиксированного размера, а в других - сегментами пе­ременной длины

Одним из наиболее популярных способов управления памятью в современных операционных системах является так называемая виртуальная память .

Защита памяти - это избирательная способность предохранять выполняемую задачу от записи или чтения памяти, назначенной другому процессу (задаче). Средства защиты памяти, реализован­ные в операционной системе, должны пресекать несанкционированный доступ процессов к чужим областям памяти.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, функциями ОС по управлению памятью являются (рис.5) отслежива­ние свободной и занятой памяти; выделœение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов; защита памяти; вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти недостаточны для размещения в ней всœех процессов, и возвращение их в оперативную память, ко­гда в ней освобождается место, а также настройка адресов программы на кон­кретную область физической памяти.

Управление файлами и внешними устройствами

Опе­рационная система виртуализирует отдельный набор данных, хранящихся на внешнем накопителœе в виде файла - простой неструктурированной последова­тельности байтов, имеющей символьное имя. Для удобства работы с данными файлы группируются в каталоги. Пользователь может с помощью ОС выполнять над файлами и каталогами такие действия, как поиск по имени, удаление, вывод содержимого на внешнее устройство (к примеру, на дисплей), изменение и сохра­нение содержимого.

Чтобы представить большое количество наборов данных, разбросанных случай­ным образом по цилиндрам и поверхностям дисков различных типов, в виде хо­рошо всœем знакомой и удобной иерархической структуры файлов и каталогов, операционная система должна решить множество задач.

Файловая система ОС выполняет преобразование символьных имен файлов, с которыми работает пользователь или прикладной программист, в физические адреса данных на диске, организует совместный доступ к файлам, защищает их от несанкционированного доступа.

При выполнении своих функций файловая система тесно взаимодействует с под­системой управления внешними устройствами, которая по запросам файловой системы осуществляет передачу данных между дисками и оперативной памятью.

Подсистема управления внешними устройствами, называемая также подсисте­мой ввода-вывода , исполняет роль интерфейса ко всœем устройствам, подключен­ным к компьютеру. Спектр этих устройств очень обширен. Номенклатура вы­пускаемых накопителœей на жестких, гибких и оптических дисках, принтеров, сканеров, мониторов, плоттеров, модемов, сетевых адаптеров и более специаль­ных устройств ввода-вывода, таких как, к примеру, аналого-цифровые преобразо­ватели, может насчитывать тысячи моделœей. Эти модели могут существенно отличаться набором и последовательностью команд, с помощью которых осуще­ствляется обмен информацией с процессором и памятью компьютера, скоростью работы, кодировкой передаваемых данных, возможностью совместного исполь­зования и множеством других деталей.

Программа, управляющая конкретной моделью внешнего устройства и учиты­вающая всœе его особенности, обычно принято называть драйвером этого устройства (от английского drive - управлять, вести). Созданием драйверов устройств занимаются как разработчики конкретной ОС, так и специалисты компаний, выпускающих внешние устройства.

Поддержание высокоуровневого унифицированного интерфейса прикладного программирования к разнородным устройствам ввода-вывода является одной из наиболее важных задач ОС.

Со времени появления ОС UNIX такой унифи­цированный интерфейс в большинстве операционных систем строится на базе концепции файлового доступа. Эта концепция состоит по сути в том, что обмен с любым внешним устройством выглядит как обмен с файлом, имеющим имя и представляющим собой неструктурированную последовательность байтов. В качестве файла может выступать как реальный файл на диске, так и алфавитно-цифровой терминал, печатающее устройство или сетевой адаптер.
Размещено на реф.рф
Здесь мы опять имеем дело со свойством операционной системы подменять реальную аппаратуру удобными для пользователя и программиста абстракциями.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, функциями ОС по управлению файлами и внешними устройствами (рис.6) являются виртуализация отдельных наборов данных; преобразование символьных имен файлов в физические адреса данных на диске; передачу данных между внешними устройствами и оперативной памятью; управление конкретным типом периферийных внешних устройств; реализации концепции файлового доступа для обмена данными с внешними устройствами.

Управление процессами - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Управление процессами" 2017, 2018.

Операционная система – весьма сложная по архитектуре программная система, в которой можно выделить следующие основные компоненты:

1. Управление процессами
2. Управление основной памятью
3. Управление файлами
4. Управление системой ввода-вывода
5. Управление внешней памятью
6. Поддержка сетей (networking)
7. Система защиты (protection)
8. Система поддержки командного интерпретатора .
9. Графическая оболочка.

Рассмотрим эти компоненты подробнее.

Управление процессами . Процесс – это программа пользователя в ходе ее выполнения в компьютерной системе. ОС управляет работой процессов, их распределением по процессорам и ядрам системы, порядком их выполнения и размещения в памяти, их синхронизацией при параллельном решении частей одной и той же задачи разными процессами.

Управление основной памятью .Основная (оперативная) память может рассматриваться как большой массив . Операционная система распределяет ресурсы памяти между процессами, выделяет память по запросу, освобождает ее при явном запросе или по окончании процесса, хранит списки занятой и свободной памяти в системе.

Управление внешней памятью .Как уже говорилось, внешняя (вторичная) память – это расширение оперативной памяти процессора более медленными, но более емкими и постоянно хранящими информацию видами памяти (диски, ленты и др.). При управлении внешней памятью ОС решает задачи, аналогичные задачам управления основной памятью, - выделение памяти по запросу, освобождение памяти , хранение списков свободной и занятой памяти и др. ОС поддерживает также использование ассоциативной памяти (кэш-памяти) для оптимизации обращения ко внешней памяти.

Поддержка сетей .Как неоднократно подчеркивалось, любая современная компьютерная система постоянно или временно находится в различных локальных и глобальных сетях. Операционная система обеспечивает использование сетевого оборудования ( сетевых карт , или адаптеров), вызов соответствующих драйверов, поддержку удаленного взаимодействия с файловыми системами, находящимися на компьютерах сети, удаленный вход на другие компьютеры сети и использование их вычислительных ресурсов, отправку и получение сообщений по сети, защиту от сетевых атак .

Система защиты .Согласно современным принципам надежных и безопасных вычислений (см. "Понятие операционной системы (ОС), цели ее работы. Классификация компьютерных систем"), при работе ОС должны быть обеспечены надежность и безопасность , т.е. защита от внешних атак, конфиденциальность личной и корпоративной информации, диагностика и исправления ошибок и неисправностей и др. ОС обеспечивает защиту компонент компьютерной системы, данных и программ, поддерживает фильтрацию сетевых пакетов , обнаружение и предотвращение внешних атак, хранит информацию обо всех действиях над системными структурами, полезную для анализа атак и борьбы с ними.

Система поддержки командного интерпретатора .Любая операционная система поддерживает командный язык (или набор командных языков ), состоящих из пользовательских команд, выполняемых с пользовательского терминала (из пользовательской консоли). Типичные команды – это получение информации об окружении, установка и смена текущей рабочей директории, пересылка файлов, компиляция и выполнение программ, получение информации о состоянии системы и выполнении своих процессов и др. В системе Windows для выполнения команд по традиции используется окно пользовательской консоли MS DOS (MS DOS Prompt ), в системе Linux – специальное окно " Терминал " (Start / System Tools / Terminal ). Наиболее мощные командные процессоры имеются в системах типа UNIX ( UNIX , Solaris, Linux и др.). Их командные языки позволяют писать скрипты – командные файлы, содержащие часто используемые последовательности команд ОС. В UNIX это наиболее удобно. Можно назвать такие командные языки UNIX , как sh (Bourne Shell), csh (C shell), ksh (Korn shell), bash .Каждый UNIX -программист имеет свой излюбленный командный язык и привыкает постоянно использовать скрипты и длинные нетривиальные последовательности команд, которые он выполняет с терминала. Что касается Windows , сравнительно недавно в ней появился мощный командный интерпретатор PowerShell ,который и рекомендуется к использованию. Кроме того, для Windows имеется система CygWin ,позволяющая выполнять команды и командные файлы UNIX в среде Windows . Типичная последовательность команд в стиле UNIX : ps –a | grep saf , которая выводит в стандартный вывод информацию об активных процессах , причем только принадлежащих пользователю saf .Вертикальная черта (p1 | p2) обозначает операцию конвейер (pipe) ,позволяющую использовать стандартный вывод процесса p1 как стандартный ввод процесса p2, что и используется операцией grep ( фильтрация строк , содержащих заданную последовательность). Подробнее о UNIX (Linux) можно прочитать в книге [ 16 ] .

Графическая оболочка – подсистема ОС, реализующая графический пользовательский интерфейс пользователей и системных администраторов с операционной системой. Разумеется, использование одного лишь командного языка и системных вызовов неудобно, поэтому простой и наглядный графический пользовательский интерфейс с ОС необходим. Имеется много известных графических оболочек для операционных систем, причем их возможности очень похожи друг на друга - настолько, что подчас не вполне понятно, какая именно ОС используется. Среди графических оболочек, используемых в системах типа UNIX , можно назвать CDE , KDE, GNOME. ОС Windows и MacOS имеют собственные, весьма удобные графические оболочки.

Управление процессами

Процесс (process) - это пользовательская программа при ее исполнении в компьютерной системе. Для выполнения процесса требуется ряд ресурсов , включая время процессора, память , файлы, устройства ввода-вывода , сетевые устройства и др.

В классической схеме UNIX , при создании процесса для него создается новое пространство виртуальной памяти, т.е. таблица страниц для отображения виртуальных адресов в физические, своя для каждого нового процесса. При этом расходуются значительные ресурсы. Если учесть, что в UNIX каждая команда пользователя (например, ls – вывод содержимого текущей директории ) запускается как отдельный процесс , то становится понятным, насколько "дорога" операция создания процесса в классическом смысле. Поэтому еще в 1980-х гг. появилась концепция облегченного процесса (lightweight process) – выполняемого в том же пространстве виртуальной памяти, что и процесс-родитель. При создании нового облегченного процесса ОС создает для него только стек – системный резидентный массив в памяти, предназначенный для поддержки выполнения процедур процесса и хранящий их локальные данные и связующую информацию между ними.

ОС отвечает за следующие действия, связанные с управлением процессами:

Создание и удаление процессов . При создании процесса необходимо создать в памяти соответствующие системные структуры (таблицу страниц, стек и др.). При удалении процесса память , занимаемая ими, освобождается, а также выполняется закрытие всех файлов и освобождение всех других ресурсов, которые использовал процесс, если последний не сделал этого явно.

Приостановка и возобновление процессов . Выполнение процесса приостанавливается при выполнении синхронного ввода-вывода , а также системного вызова или команды (типа suspend ). Сразу отметим, что использовать подобные операции явной приостановки процессов следует с осторожностью, так как приостанавливаемый процесс может находиться в своей критической секции – выполнять обработку общего ресурса, к которому каждому процессу предоставляется монопольный доступ , так что при его приостановке возникает ситуация тупика (deadlock ) – приостановленный процесс не может освободить ресурс , а конкурирующий процесс не может его получить. При приостановке процесса ОС сохраняет состояние его выполнения, а при возобновлении – восстанавливает.

Синхронизация процессов . Процессы работают параллельно и при этом конкурируют за общие ресурсы, а также должны в некоторые моменты вычислений ожидать наступления некоторых событий. Для предотвращения возможных конфликтов и несогласованностей, например, race condition - несогласованного доступа к общим данным, при котором один процесс читает старые данные, а другой их в этот же момент обновляет, - ОС предоставляет средства синхронизации (например, семафоры и мониторы , рассмотренные в следующем разделе).

Взаимодействие процессов .При своей параллельной работе процессам необходимо взаимодействие, с целью согласованного решения различных частей одной и той же задачи. Процессы могут взаимодействовать с помощью передачи сообщений друг другу, а также с помощью так называемых условных переменных и рандеву (все эти виды взаимодействия рассмотрены позже). ОС предоставляет все эти средства, в виде системных вызовов, для организации адекватного и удобного взаимодействия процессов.

Семафоры .В 1966 г. в работе [ 17 ] проф. Эдсгер Дейкстра предложил новый способ синхронизации процессов , ставший классическим, - семафоры.

Двоичный семафор (binary semaphore) – переменная S, которая может находиться в двух состояниях: "открыт" и "закрыт"; над S определены две операции ("семафорные скобки"): P(S) – закрыть, V(S) – открыть. При попытке закрыть уже закрытый семафор происходит прерывание , и ОС добавляет текущий процесс в очередь к закрытому семафору. Операция V(S) активизирует первый стоящий в очереди к S процесс, который успешно завершает операцию P(S). Если семафор S уже открыт, операция V(S) не имеет никакого эффекта.

Таким образом, если предположить, что аппаратура и ОС поддерживают подобную концепцию семафора, то она является удобным инструментом для синхронизации по ресурсам. Назовем критической секцией код, который может выполняться несколькими процессами параллельно и осуществляет доступ к некоторому общему для всех процессов ресурсу – глобальной области памяти, общему файлу и т.д. Обозначим код критической секции critical_section .Если допустить, что данный код может выполняться параллельно в нескольких процессах напрямую, то может возникнуть уже известная нам ситуация race condition ( конкуренция за общие данные): один процесс может изменять ресурс , а второй в этот момент считывать его (некорректное) состояние, либо два процесса одновременно будут пытаться изменять один и тот же

Управление процессами из командной строки

Способов управлять процессами в Windows предостаточно, и командная строка занимает в них далеко не первое место. Однако иногда бывают ситуации, когда все остальные инструменты кроме командной строки недоступны, например некоторые вредоносные программы могут блокировать запуск Task Manager и подобных ему программ. Да и просто для общего развития полезно знать способы управления компьютером из командной строки.

Для управления процессами в командной строке есть две утилиты — tasklist и taskkill . Первая показывает список процессов на локальном или удаленном компьютере, вторая позволяет их завершить. Попробуем …

Если просто набрать команду tasklist в командной строке, то она выдаст список процессов на локальном компьютере.

По умолчанию информация выводится в виде таблицы, однако ключ /fo позволяет задать вывод в виде списка или в формате CSV, а ключ /v показывает более подробную информацию о процессах, например команда tasklist /v /fo list выведет подробное описание всех процессов в виде списка.

Список получится довольно большой, поэтому попробуем уточнить запрос. Для этого используем ключ /fi , который позволяет использовать фильтры для вывода данных, например команда tasklist /fi ″username eq user″ /fi ″memusage le 40000″ выводит список процессов пользователя user , которые потребляют не больше 40Мб памяти.

Найдя процессы, которые необходимо завершить, воспользуемся командой taskkill. Завершать процессы можно по имени, идентификатору процесса (PID) или задав условия с помощью фильтров. Для примера запустим несколько экземпляров блокнота (notepad.exe) и попробуем завершить его разными способами.

Ключ /f завершает процесс принудительно, а /t завершает все дочерние процессы.

Полную справку по командам tasklist и taskkill можно получить, введя их с ключом /?

Теперь пустим в ход тяжелую артиллерию — PowerShell. Его можно запустить не выходя из командной строки. Для получения списка процессов используем командлет Get-Process.

Чтобы не выводить весь список процессов можем воспользоваться командлетом Where-Object , который задает фильтр для выводимой информации. Для примера выведем список процессов, которые загружают процессор и отсортируем их по возрастанию нагрузки с помощью команды:

Get-Process | where {$_.cpu -gt 0} | sort cpu

С помощью PowerShell мы можем получить любую информацию о любом процессе. В качестве примера возьмем процесс cmd и выведем список его свойств командой:

Get-Process -Name cmd | Get-Member -Membertype property

Выбираем те свойства, что нам интересны (в примере имя и ID процесса, путь к файлу, используемые модули и время запуска) и выводим их в виде списка командой:

Get-Process -Name cmd | Format-List name, id, path, modules, starttime

Таким образом мы можем посмотреть когда и кем был запущен процесс, сколько он потребляет ресурсов, где находится исполняемый файл и еще много различной информации.

Для завершения процесса в PowerShell есть командлет Stop-Process . Он завершает указанный процесс по его имени или идентификатору. Однако мы поступим по другому и передадим результат выполнения командлета Get-Process по конвейеру:

Get-Process | where {$_.name -match ″notepad″} | Stop-Process

Get-Process не может показать процессы на удаленном компьютере, для этого воспользуемся командлетом Get-WmiObject , например посмотрим процессы на удаленном компьютере PC командой:

Get-WmiObject win32_process -computername PC | ft name, processid, description

Для боле полного ознакомления с PowerShell можно воспользоваться встроенной справкой, для вызова справки нужно набрать Get-Help ″имя командлета″

Ну и для полноты обзора рассмотрим еще одно средство для управления процессами из командной строки. Это утилиты Pslist и Pskill входящие в состав пакета PSTools от компании Sysinternals.

Эти утилиты не требуют специальной установки, достаточно просто скопировать их на диск. Для запуска нужно зайти в папку с утилитами и ввести в командной строке необходимую команду.

Завершение процесса программой pskill предельно просто, вводим команду и имя (или ID) процесса и все.

Справку по утилитам Pslist и Pskill можно посмотреть, введя команду с ключом /?

И еще, все манипуляции с процессами необходимо выполнять с правами администратора, для этого командную строку требуется запускать с повышением привилегий.

Цель работы : практическое знакомство с методикой управления процессами ОС MS Windows XP с помощью диспетчера задач

1 КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1 Процессы и потоки

В отличие от MS DOS, процессы в Win32 инертны, т. е. В Win32 процесс ничего не выполняет.

Процесс владеет:

4 Гб адресным пространством (при выполнении на 32-х разрядном ЦП);

Файлами;

Модулями (например, загруженными в адресное пространство DLL);

Одним или несколькими потоками.

Процесс обладает:

Идентификатором процесса (PID);

Базовым классом приоритета;

Маркером доступа (access token);

Идентификатором родительского процесса;

Набором используемых описателей (Handles) системных объектов;

Рабочим множеством страниц оперативной памяти и т.д.

Процесс (Пр) может породить другой процесс- см. рис.1.

Рисунок 1 – порождение процессов.

Процесс Пр1 породил процесс Пр2, который породил процессы Пр3 и Пр4.

Различают системные и пользовательские процессы. Системные процессы – это процессы операционной системы, выполняющиеся в привилегированном режиме работы процессора (режиме ядра). Большинство системных процессов создается при загрузке ОС.

В каждой системе Windows выполняются следующие системные процессы:

Процесс Idle (включает по одному потоку на процессор для учета времени простоя процессора);

Процесс System (содержащий большинство системных потоков режима ядра);

Диспетчер сеансов (Smss.exe);

Подсистема Windows (Csrss.exe);

Процесс входа в систему (Winlogon.exe);

Диспетчер управления сервисами (Services.exe) и создаваемые им дочерние процессы сервисов (например, универсальный процесс для хостинга сервисов, Svchost.exe);

Серверный процесс локальной аутентификации (Lsass.exe).

Два из указанных процессов, Idle – бездействие системы и System, не являются процессами в строгом смысле этого слова, поскольку они не выполняют какой-либо код пользовательского режима.

Диспетчер сеансов (Session Manager) Smss.exe является первым процессом пользовательского режима, создаваемым в системе. Он порождается системным потоком режима ядра и запускает процессы подсистем Csrss.exe и Winlogon, который в свою очередь создает остальные системные процессы.

Процесс входа в Windows - Winlogon.exe обрабатывает интерактивный вход пользователя в систему и выход из нее. При нажатии комбинации клавиш Alt+Ctrl+Del Winlogon получает уведомление о запросе пользователя на вход в систему.

После ввода имя и пароль пользователя посылаются для проверки серверному процессу локальной аутентификации LSASS. После успешной аутентификации LSASS вызывает какую-либо функцию в мониторе состояния защиты, чтобы сгенерировать объект «маркер доступа» (access token object), содержащий профиль безопасности пользователя. Впоследствии Winlogon использует его для создания начального процесса оболочки. Информация о начальном процессе хранится в параметре Userinit в разделе реестра HKLM\SOFTWARE\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\Winlogon.

По умолчанию начальным процессом считается Userinit.exe, который выполняет некоторые действия по инициализации пользовательской среды, а затем ищет в реестре параметр Shell и создает процесс для запуска определенной системной оболочки – по умолчанию Explorer.exe. После этого процесс Userinit.exe завершается и не показывается в списке выполняющихся процессов. Процесс Explorer.exe является «внучатым» процессом Winlogon. Процесс Explorer.exe – предок всех запущенных прикладных (пользовательских) процессов.

Чтобы понять взаимоотношения этих процессов, полезно просмотреть «дерево» процессов, отражающее связи между родительскими и дочерними процессами. Увидев, кем создается тот или иной процесс, легче понять, откуда берется каждый процесс.

Пользовательские процессы связаны с выполнением прикладного программного обеспечения. Они выполняются в пользовательском режиме работы процессора с наложением определенных ограничений. Как правило, пользовательские процессы создаются с помощью Explorer.exe при запуске пользователем приложений или по расписанию.

Чтобы процесс что-нибудь выполнил, в нем нужно создать поток (Thread). В принципе, один процесс может содержать несколько потоков и они одновременно используют код в адресном пространстве процесса. Для этого каждый поток должен поток располагать собственным набором регистров процессора, а каждый процесс – как минимум – одним потоком. Чтобы все эти потоки работали, ОС отводит каждому из них определенное процессорное время (квант времени). Время выдается потокам квантами по кругу (см. рис. 2) в соответствии с их приоритетами:

Рисунок 2 - схема выделения квантов времени потокам (П)

При создании процесса первичный поток создается системой автоматически, далее первичный поток может создавать дополнительные потоки, используя функцию CreateThread.

Потоки также могут создаваться драйверами режима ядра.

В WinNT, 2000, XP Windows Server - за потоком может быть закреплен отдельный процессор (процессоров может быть до 32), тогда потоки действительно выполняются параллельно.

1.2 Инструменты управления процессами

В ОС Windows встроена программа Диспетчер задач (Task Manager), с помощью которой можно получить информацию о выполняющихся в системе системных и прикладных процессах, количестве используемых ими потоков и потребляемых ресурсах, управлять выполнением процессов, изменять приоритеты процессов. Для запуска диспетчера задач можно использовать комбинацию Alt+Ctrl+Del или нажатие правой кнопкой мыши на панель задач. Окно диспетчера задач показано на рис. 3.

Рисунок 3 - Окно диспетчера задач (закладка Процессы)

В окне Процессы можно видеть список всех выполняемых в системе процессов и их параметры – на рис.3 это идентификаторы процессов, загрузка ЦП каждым процессом и количество потоков. Заметьте, что количество потоков, равное 0 не говорит о том, что их действительно нет (это процесс такой).

С помощью меню Вид можно удалить из списка показанные на рис.3 параметры или добавить новые.

Закладка Быстродействие (см. рис.4) дает возможность вывести графики суммарной загрузки ЦП, использования файла подкачки, а также получить сведения о суммарном потреблении ресурсов ПК.

Диспетчер задач – очень простой инструмент, его возможностей недостаточно для решения даже несложных задач анализа и управления системой. ПРИМЕР – постройте дерево выполняемых в системе процессов на основе полученной с помощью диспетчера задач информации.

Фирмой Sysinternals разработана программа Process Explorer, обладающая значительно большими возможностями, чем диспетчер задач от Microsoft, а также ряд других программ для управления ПК и анализа информационной безопасности. Однако все эти программы бесплатны только для личного использования и на современном этапе без лицензии не могут использоваться в учебном процессе кафедры.

Рисунок 4 - Окно диспетчера задач (закладка Быстродействие)

2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ

1. Запустить диспетчер задач, ознакомиться с перечнем параметров процессов (меню вид закладки Процессы).

2. Ознакомиться с возможностями диспетчера задач по управлению процессами (создание процесса и завершение процесса). Изменение приоритета выбранного процесса с помощью контекстного меню.

3. Ознакомиться с возможностями диспетчера по управлению выводом информации на экран (упорядочивание списка по возрастанию и убыванию значений выбранного параметра).

4. Построить график изменения загрузки ЦП при перемещении мыши, изменении размеров окна диспетчера, запуске приложений Open Office.

5. Построить график изменения размера выделенной в файле подкачки памяти при запуске приложений (Open Office, Visual Studio).

6. Получить список выполняющихся процессов в соответствии с индивидуальными заданиями для бригад

Таблица 1 Индивидуальные задания

Таблица 2 - Параметры процессов

3. ОТЧЕТ О РАБОТЕ

Готовится в письменном виде с помощью Open Office один на бригаду.

1. Титульный лист с номером и названием работы, номером группы, бригады, фамилиями студентов и преподавателя

2. Перечень использованных при выполнении работы параметров процессов

3. Результаты, полученные при выполнении индивидуального задания.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дать определение процесса, потока, системного и прикладного процесса

2. Какая информация необходима для построения перечня выполняющихся в системе процессов в виде дерева. Можно ли получить такую информацию в MS Windows, используя диспетчер задач?