Sistemi Operativi 1. Mattia Monga. 11 marzo Dip. di Informatica e Comunicazione Università degli Studi di Milano, Italia

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1 1 Dip. di Informatica e Comunicazione Università degli Studi di Milano, Italia mattia.monga@unimi.it e 11 marzo c 2008 M. Monga. Creative Commons Attribuzione-Condividi allo stesso modo 2.5 Italia License. Immagini tratte da [1] e da Wikipedia.

2 Lezione IV: e e

3 Pseudo-parallelismo Nei sistemi batch la CPU di un sistema svolgeva un attività fino al suo completamento e solo allora avviava un altra attività Grazie alla multiprogrammazione la CPU di un elaboratore è impegnata nella gestione di piú processi in parallelo Il sistema operativo gestisce processi, fornendo l astrazione dello pseudo-parallelismo, dando all utente l impressione che esistano piú processori. e

4 Pseudo-parallelismo e

5 L astrazione processo Un processo è un entità che rappresenta un programma in esecuzione: conserva istruzioni, input, output, e lo stato dell attività. Occorre definire con precisione: come viene creato; come evolve; come termina. e

6 Creazione dei processi I processi vengono creati: Durante l inizializzazione del sistema Tramite l esecuzione di un apposita routine di sistema Su richiesta esplicita da parte di di creare un nuovo processo Su richiesta esplicita da parte dell utente e

7 Terminazione dei processi I processi terminano per: Uscita normale (exit(0);) Uscita con errori (abort();) Errori irreversibili (fatal error) Memoria non disponibile Violazione delle protezioni Divisioni per 0... Eliminazione da parte di un altro processo o dal s.o. stesso (p.es. perché è scaduto il tempo di permanenza nel sistema) e

8 Evoluzione dei processi start fine I/O Ready Blocked I/O e scheduler scheduler Running

9 Evoluzione dei processi e

10 Evoluzione dei processi e

11 Evoluzione dei processi e

12 Il passaggio della CPU da ad un altro è realizzato attraverso l operazione di context switch o process switch Durante questa operazione i dati significativi del processo in esecuzione devono essere salvati, e sostituiti da quelli del processo che deve andare in esecuzione L operazione di context switch è interrupt driven e

13 Quando effettuare uno switch? Clock interrupt I/O interrupt Memory fault Supervisor call Eccezioni e

14 Implementazione Per garantire il funzionamento dei processi il sistema operativo si deve preoccupare di Predisporre tutte le necessarie strutture dati e procedure per poter interrompere e riprendere l esecuzione dei processi ogni volta che se ne presenta la necessità Garantire la corretta evoluzione del sistema e

15 Creazione dei processi I processi padre generano (fork()) i processi figli che a loro volta generano altri processi in questo modo si crea una gerarchia di processi UNIX: process group Altri s.o. non possiedono la nozione di gerarchia di processi Windows: Tutti i processi sono uguali e

16 Strutture dati Per gestire i processi il s.o. usa una particolare struttura dati, detta Process Control Block () Il viene allocato all avvio di ogni processo e deallocato al termine dello stesso Esiste un distinto per ogni processo e

17 Identificazione del processo: Identificatore del processo (PID) Identificatore del processo padre (PPID) Identificatore dell utente proprietario del processo (UID) e

18 Identificazione del processo: Identificatore del processo (PID) Identificatore del processo padre (PPID) Identificatore dell utente proprietario del processo (UID) Stato del processore Tutti i registri del datapath accessibili dai processi utente %EAX,... Program counter Stack pointer: puntatori allo stack associato al processo Condition codes Variabili di stato: flag di interrupt, execution mode. La Program status word (PSW) contiene informazioni circa lo stato del processore. e

19 Pentium EFLAGS register e

20 (cont.) Process Control Information Process state: running, ready, blocked, halted. Priorità di scheduling Informazioni per l algoritmo di scheduling: tempo di permanenza nel sistema, tempo di CPU, Eventi: identificativo dell evento di cui il processo è eventualmente in attesa Campi di strutture dati: puntatori utilizzati quando il è inserito in code di attesa Variabili per la comunicazione tra processi Eventuali privilegi concessi al processo: quantità di memoria, risorse del sistema Gestione della Memoria Tabelle delle pagine o dei segmenti Risorse utilizzate File aperti e/o creati e

21 MINIX e

22 Dall esecuzione di P 1 a P 2 1 Salva lo stato del processore e

23 Dall esecuzione di P 1 a P 2 1 Salva lo stato del processore 2 Aggiorna il del processo in esecuzione (P 1 ) e

24 Dall esecuzione di P 1 a P 2 1 Salva lo stato del processore 2 Aggiorna il del processo in esecuzione (P 1 ) 3 Sposta il di P 1 nella coda adeguata: ready, blocked e

25 Dall esecuzione di P 1 a P 2 1 Salva lo stato del processore 2 Aggiorna il del processo in esecuzione (P 1 ) 3 Sposta il di P 1 nella coda adeguata: ready, blocked 4 Seleziona un altro processo per l esecuzione (P 2 ) e

26 Dall esecuzione di P 1 a P 2 1 Salva lo stato del processore 2 Aggiorna il del processo in esecuzione (P 1 ) 3 Sposta il di P 1 nella coda adeguata: ready, blocked 4 Seleziona un altro processo per l esecuzione (P 2 ) 5 Aggiorna il di P 2 e

27 Dall esecuzione di P 1 a P 2 1 Salva lo stato del processore 2 Aggiorna il del processo in esecuzione (P 1 ) 3 Sposta il di P 1 nella coda adeguata: ready, blocked 4 Seleziona un altro processo per l esecuzione (P 2 ) 5 Aggiorna il di P 2 e 6 Aggiorna le strutture di gestione della memoria

28 Dall esecuzione di P 1 a P 2 1 Salva lo stato del processore 2 Aggiorna il del processo in esecuzione (P 1 ) 3 Sposta il di P 1 nella coda adeguata: ready, blocked 4 Seleziona un altro processo per l esecuzione (P 2 ) 5 Aggiorna il di P 2 e 6 Aggiorna le strutture di gestione della memoria 7 Ripristina il contesto del processore relativo a P 2

29 In alcuni sistemi è possibile che si articoli in piú sequenziali (lightweight processes) Sono sotto-attività di : ne condividono le risorse (in particolare la memoria) e

30 e

31 Implementazioni di e

32 Implementazioni di User-level Kernel-level e

33 scheduling e

34 User vs. Kernel User Lo switching tra è molto piú veloce, si risparmia una chiamata al kernel Kernel Quando un si blocca (ad esempio per compiere I/O) l intero processo può continuare la sua esecuzione, nel caso di gestione a livello utente NO! Soluzioni ibride: gruppi di utente sono gestiti come un kernel. e