Ćwiczenia - Procesy i Wątki w Systemie Operacyjnym

Ćwiczenie 1: Rozpoznawanie stanów procesu

Cel: Zrozumienie różnych stanów procesu w systemie operacyjnym.

Zadanie: Opisz różne stany procesu w systemie operacyjnym i podaj przykłady dla każdego z nich.

Instrukcja:

• Przeczytaj definicje stanów procesów: Nowy, Gotowy, Wykonywany, Oczekujący, Zakończony.
• Przygotuj przykłady dla każdego stanu, np. proces gotowy do wykonania to proces czekający na przydział procesora.

Oczekiwany wynik:

• Nowy: Proces uruchomiony, ale jeszcze nie rozpoczął działania.
• Gotowy: Proces czeka na przydział procesora.
• Wykonywany: Proces działa na procesorze.
• Oczekujący: Proces czeka na operację wejścia/wyjścia.
• Zakończony: Proces zakończył swoje działanie.

Ćwiczenie 2: Przełączanie kontekstu

Cel: Zrozumienie procesu przełączania kontekstu między procesami i wątkami.

Zadanie: Wyjaśnij, czym jest przełączanie kontekstu i przeprowadź symulację przełączania kontekstu między dwoma procesami.

Instrukcja:

• Zapoznaj się z definicją przełączania kontekstu.
• Wyjaśnij, jak wygląda proces przełączania kontekstu, uwzględniając zapisanie stanu aktualnego procesu oraz załadowanie nowego.

Symulacja przełączania kontekstu:

// Proces 1 - zapisz stan
// Proces 2 - załaduj stan

// Zapisywanie stanu procesu 1
process1_state = saveState(process1);

// Załadowanie stanu procesu 2
loadState(process2);
            

Ćwiczenie 3: Tworzenie i zarządzanie procesami w systemie Linux

Cel: Praktyczne zapoznanie z narzędziami do zarządzania procesami w systemie Linux.

Zadanie: Uruchom terminal w systemie Linux i wykonaj poniższe polecenia:

• Użyj polecenia ps -aux do wyświetlenia listy aktywnych procesów.
• Użyj polecenia kill do zakończenia procesu.
• Użyj polecenia nice do zmiany priorytetu procesu.

Przykładowy kod:

# Wyświetlenie listy procesów
ps -aux

# Zakończenie procesu
kill 

# Zmiana priorytetu procesu
nice -n 10 
            

Ćwiczenie 4: Wątki w systemie operacyjnym

Cel: Zrozumienie, jak wątki współdzielą zasoby i jak działają w systemie operacyjnym.

Zadanie: Utwórz skrypt, który symuluje działanie dwóch wątków: jeden będzie zliczał liczby, a drugi będzie wypisywał tekst.

Instrukcja:

• Zapoznaj się z pojęciem wątku i jak wątki współdzielą pamięć procesu.
• Utwórz prosty skrypt w Pythonie, który tworzy dwa wątki.

import threading

# Funkcja zliczająca liczby
def count_numbers():
    for i in range(1, 6):
        print(i)

# Funkcja wypisująca tekst
def print_text():
    for i in range(1, 6):
        print("Wątek 2: Tekst", i)

# Tworzenie wątków
thread1 = threading.Thread(target=count_numbers)
thread2 = threading.Thread(target=print_text)

# Uruchomienie wątków
thread1.start()
thread2.start()

# Czekanie na zakończenie wątków
thread1.join()
thread2.join()
            

Ćwiczenie 5: Porównanie procesów i wątków

Cel: Zrozumienie różnic między procesami a wątkami.

Zadanie: Porównaj procesy i wątki, wskazując scenariusze, w których lepsze jest użycie procesów, a w których wątki.

Instrukcja:

• Stwórz tabelę porównawczą procesów i wątków, uwzględniając różnice w pamięci, kosztach przełączania oraz komunikacji.
• Podaj przykłady, kiedy używać procesów (np. izolacja), a kiedy wątków (np. wielozadaniowość).

# Tabela porównawcza procesów i wątków:

# | Kryterium               | Procesy                 | Wątki                  |
# |-------------------------|-------------------------|------------------------|
# | Izolacja pamięci         | Tak                     | Nie                    |
# | Koszt przełączania       | Wysoki                  | Niski                  |
# | Komunikacja              | Międzyprocesowa         | Wspólna pamięć         |
# | Zastosowanie             | Aplikacje izolowane     | Wielozadaniowość       |