Как работает многозадачность
Исполнение программ
На первом занятии на спецкурсе по программированию Владимир Денисович Лелюх (земля ему пухом) говорил студентам: компьютер, несмотря на свое название, считать не умеет, он умеет делать вид, что умеет считать. Но если нечто выглядит как утка, ходит как утка и крякает как утка, с практической точки зрения это утка.
Попробуем это запомнить для дальнейшего практического использования.
Компьютер, а конкретно процессор, на самом деле ничего не исполняет — он всего лишь ожидает некоторых входных параметров в определенных местах, а после, посредством страшной черной магии, выдает некоторые результаты в определенных местах.
Программа в данном случае — это некоторый поток команд, исполняемых строго последовательно, в результате которых мы ожидаем увидеть определенный результат.
Но если программа исполняется, то как можно данные вообще ввести? И вообще как-то взаимодействовать на компьютер?
Для этого были придуманы аппаратные прерывания. Пользователь нажимает на клавишу — контроллер клавиатуры сигнализирует об этом, и возникает прерывание исполнения текущей нити кода. В определенной области памяти записаны адреса обработчиков прерываний, и после сохранения текущего состояния управление передается обработчику прерывания. В свою очередь, обработчик должен, по идее, все быстро обработать, на то он и обработчик, записать в нужный буфер нажатую клавишу, и вернуть управление назад. Таким образом, вроде бы и исполняется приложение, и мы можем взаимодействовать с системой.
У обработчиков прерываний (а основной вид обработчиков — драйверы устройств) есть возможность войти в специальный режим работы процессора, когда другие прерывания не могут осуществиться до выхода из этого режима. Что в итоге часто приводило к проблеме зависания — ошибка в драйвере не позволяла выйти из прерывания.
Многозадачность
Что же делать в ситуации, если необходимо выполнять несколько программ (потоков кода с их данными и структурами памяти) одновременно? Очевидно, что если потоков кода больше, чем устройств, способных их исполнять, то это проблема.
Появляется псевдо-многозадачность — когда задача выполняется при непосредственном на нее переключении.
В дальнейшем появляется кооперативная (невытесняющая многозадачность) — исполняемая задача сама понимает, что ей больше не нужны процессорные ресурсы и она отдает управление кому-то другому. Но всего этого недостаточно.
И тут нам снова приходят на помощь прерывания + умение делать вид. Пользователю на самом деле неважно, чтобы они исполнялись строго одновременно, достаточно, чтобы так выглядело.
Поэтому на прерывание таймера просто вешается обработчик, который начинает управлять тем, какой поток кода должен выполняться следующим. Если таймер срабатывает достаточно часто (скажем 15мс), то для пользователя все выглядит как параллельная работа. И так появляется современная вытесняющая многозадачность.
"Общая теория и археология виртуализации x86"
