OS-4-Pretest

ตามสถาปัตยกรรมการประมวลผลหลายเธรด (Multithreading) เธรดทั้งหมดที่ทำงานอยู่ภายใต้โปรเซสเดียวกัน จะกระทำการแชร์ (Share) โครงสร้างหน่วยความจำในข้อใดร่วมกัน

• Program Counter และ Stack Segment

• Register Set และ Text Segment

• Text Segment, Data Segment และ Heap Segment

• Stack Segment, Data Segment และ Register Set

หากแอปพลิเคชันเว็บเบราว์เซอร์หนึ่งถูกเปิดขึ้นมาเป็น 1 โปรเซส และมีการสร้างเธรดย่อยเพื่อดาวน์โหลดไฟล์และเรนเดอร์ภาพรวมทั้งสิ้น 5 เธรด ระบบปฏิบัติการจะจัดสรรโครงสร้างพื้นที่หน่วยความจำสแต็ก (Stack) และฮีป (Heap) อย่างไร

• มี 5 สแต็ก และ 5 ฮีป แยกอิสระจากกัน

• มี 1 สแต็ก และ 5 ฮีป สำหรับแต่ละเธรด

• มี 5 สแต็ก และ 1 ฮีป ที่ใช้ร่วมกันทั้งโปรเซส

• มี 1 สแต็ก และ 1 ฮีป ที่ใช้ร่วมกันทั้งโปรเซส

สาเหตุทางสถาปัตยกรรมในข้อใดที่อธิบายว่า การสร้างเธรดใหม่ (Thread Creation) เป็นกระบวนการที่มีน้ำหนักเบา (Lightweight) เมื่อเปรียบเทียบกับการสร้างโปรเซสใหม่ (Process Creation)

• เพราะเธรดไม่ต้องใช้ซีพียูในการประมวลผลคำสั่งเลย

• เพราะเธรดใหม่สามารถเข้าสวมสิทธิ์ใช้พื้นที่แอดเดรสสเปซของโปรเซสแม่ได้ทันทีโดยไม่ต้องสร้างโครงสร้างใหม่ทั้งหมด

• เพราะเธรดจะถูกลบออกจากหน่วยความจำทันทีที่เกิดสภาวะรอคอย (I/O Wait)

• เพราะเธรดไม่มีหมายเลขประจำตัว (ID) ทำให้ระบบปฏิบัติการไม่ต้องบันทึกลงฐานข้อมูล

ในระบบปฏิบัติการที่ใช้แบบจำลองเธรดรูปแบบ "Many-to-One Model" หากเธรดผู้ใช้ตัวหนึ่งทำการเรียกใช้ System Call เพื่อรอรับข้อมูลจากแป้นพิมพ์ (Blocking System Call) จะเกิดผลลัพธ์เชิงสถาปัตยกรรมข้อใด

• เธรดระดับเคอร์เนลจะถูกบล็อก ส่งผลให้เธรดผู้ใช้ทั้งหมดในโปรเซสนั้นถูกแช่แข็งและหยุดชะงักตามไปด้วย

• เธรดอื่น ๆ ในโปรเซสจะสามารถทำงานต่อไปได้ตามปกติโดยไม่มีผลกระทบใด ๆ

• ระบบปฏิบัติการจะสร้างเธรดระดับเคอร์เนลตัวใหม่ขึ้นมาทดแทนอัตโนมัติ

• เธรดผู้ใช้ตัวนั้นจะถูกทำลายทิ้งทันทีเพื่อไม่ให้ระบบโดยรวมหยุดชะงัก

ระบบปฏิบัติการร่วมสมัย เช่น Windows, Linux และ macOS นิยมเลือกใช้แบบจำลองมัลติเธรดมาตรฐานรูปแบบใดมากที่สุด เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาการหยุดชะงักของทั้งโปรเซส

• Many-to-One Model

• One-to-One Model

• Many-to-Many Model

• Two-Level Model

แนวทางปฏิบัติในการแก้ปัญหาโหลดภาระ (Overhead) ให้แก่ระบบปฏิบัติการอันเนื่องมาจากการสร้างและทำลายเธรดบ่อยครั้ง คือการใช้สถาปัตยกรรมเทคนิคใด

• Thread Cancellation

• Thread-Local Storage (TLS)

• Thread Pools

• Context Switching

ตามกฎของแอมดาล (Amdahl's Law) หากโปรแกรมหนึ่งมีรหัสคำสั่งที่สามารถประมวลผลคู่ขนานได้ 80% (p = 0.80) และส่วนที่ต้องทำแบบเรียงลำดับ 20% (1-p = 0.20) เมื่อนำไปรันบนหน่วยประมวลผลแบบ 4 แกนสมอง (N = 4) อัตราเร่งความเร็วสูงสุด (Maximum Speedup) จะมีค่าเป็นกี่เท่า

• 1.25 เท่า

• 2.00 เท่า

• 2.50 เท่า

• 4.00 เท่า

กฎของแอมดาล (Amdahl's Law) สะท้อนให้เห็นสัจธรรมทางวิศวกรรมว่า ปัจจัยใดคือคอขวดที่จำกัดขีดความสามารถในการเพิ่มความเร็วของระบบ แม้ว่าจะเพิ่มจำนวนแกนซีพียูเป็นอนันต์ก็ตาม

• ความเร็วสัญญาณนาฬิกาของซีพียู

• สัดส่วนของรหัสคำสั่งที่ต้องประมวลผลแบบเรียงลำดับอนุกรม (Serial Portion)

• ปริมาณความจุของหน่วยความจำแคชระดับที่ 1

• จำนวนเธรดในระบบที่เข้าสู่สถานะรอคอย (Waiting State)

หากซอร์สโค้ดระบบมีฟังก์ชันที่ทำงานอิสระแยกจากกันได้คิดเป็นสัดส่วน 90% (p = 0.90) และส่วนอนุกรม 10% (1-p = 0.10) หากอัปเกรดเซิร์ฟเวอร์เป็นซีพียู 8 แกน (N = 8) อัตราเร่งความเร็วจะมีค่าเป็นเท่าใดตามทฤษฎี

• 3.25 เท่า

• 4.70 เท่า

• 8.00 เท่า

• 9.00 เท่า

จากใบปฏิบัติการเชิงสถิติเธรด การรันคำสั่งไปป์ไลน์ใน PowerShell ด้วยรูปแบบ "Get-Process | Sort-Object -Property CPU -Descending | Select-Object Name, Id, @{Name='ThreadCount';Expression={$_.Threads.Count}} -First 5" จะให้ผลลัพธ์ข้อมูลใดแก่ผู้ดูแลระบบ

• ลบโปรเซสที่มีการใช้เธรดมากที่สุด 5 อันดับแรกออกจากหน่วยความจำ

• แสดงรายชื่อ 5 โปรเซสที่กินพลังงานซีพียูสูงสุด พร้อมแสดงหมายเลขโปรเซสและจำนวนเธรดที่อยู่ภายใน

• แสดงจำนวนแกนซีพียูทั้งหมดที่มีในเครื่องคอมพิวเตอร์แบบเรียงลำดับจากมากไปน้อย

• บังคับให้โปรเซส 5 อันดับแรกต้องเปิดเธรดทำงานเพิ่มขึ้น