Mul&programmazione. Ges&one dei processi. Esecuzione parallela. MAC OSX Monitoraggio a9vità. Linux System monitor. Windows Task Manager. A.

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1 Mul&programmazione Ges&one dei processi A. Ferrari Tu9 i Sistemi Opera&vi moderni sono in grado di eseguire contemporaneamente più di un programma Il numero di programmi in esecuzione è superiore al numero di processori del sistema. L utente ha la sensazione che le proprie applicazioni siano eseguite contemporaneamente dal computer. In realtà la sensazione di contemporaneità è data dall elevata velocità di esecuzione dei programmi da parte del computer. Esecuzione parallela MAC OSX Monitoraggio a9vità Windows Task Manager Linux System monitor 1

2 Programma - > Processo Un programma è cos&tuito dal codice oggeto generato dalla compilazione del codice sorgente E salvato soto forma di uno o più file. E un'en&tà sta&ca, che rimane immutata durante l'esecuzione. Il programma esiste indipendentemente dal computer che è in grado di eseguirlo. Un processo è definito come un istanza di un programma in esecuzione. Al momento dell esecuzione del programma il SO crea il processo. E un'en&tà dinamica, che dipende dai da& che vengono elabora&, e dalle operazioni eseguite su di essi. E caraterizzato, oltre che dal codice eseguibile, dall'insieme di tute le informazioni che ne definiscono lo stato. Da un solo programma possono scaturire più processi dis&n&. Thread Un thread è una suddivisione di un processo in due o più filoni, che vengono esegui& concorrentemente dal processore. In generale, si può dire che un thread è contenuto all'interno di un processo. Un processo ha sempre almeno un thread (se stesso), ma in alcuni casi un processo può avere più thread che vengono esegui& in parallelo. I vari thread dello stesso processo condividono alcune risorse (lo spazio d'indirizzamento del processo), mentre processi differen& non condividono le loro risorse. I thread sono spesso u&lizza& per la parallelizzazione di un programma, per sfrutare i moderni processori mul& core. Processo vs Thread Un esempio Processo Il processo è l'oggeto del sistema opera&vo a cui sono assegnate tute le risorse di sistema per l'esecuzione di un programma, tranne la CPU. Thread Il thread è l'oggeto del sistema opera&vo o dell'applicazione a cui è assegnata la CPU per l'esecuzione. Un esempio di applicazione che può far uso di più thread è un browser Web, che usa un thread dis&nto per scaricare ogni immagine in una pagina Web che con&ene più immagini. Dual Core - mul& core Una CPU dual core (doppio nucleo) unisce due processori indipenden& in un singolo package. I primi dual core sono gli IBM PowerPC del Il termine mul& core si usa per descrivere una CPU composta da tre o più core: più nuclei di processori fisici monta& sullo stesso package. Iden&fica&vo di processo Il Sistema Opera&vo assoccia a ogni processo (al momento della creazione) un iden&fica&vo numerico univoco, deto PID (Process Iden&fier). Ad un processo sono associate le seguen& struture da&: Uno o più segmen& di codice. Uno o più segmen& di memoria da&. I descritori di eventuali risorse in uso (file, finestre, periferiche, ecc.) Uno o più thread. 2

3 Process control block Il Process Control Block (Blocco di Controllo del Processo) o PCB di un processo è una strutura da& del nucleo del sistema opera&vo che con&ene le informazioni essenziali per la ges&one del processo. Contenuto del PCB Program counter Area per il salvataggio dei registri Stato corrente di avanzamento del processo (Pronto, In Esecuzione, Bloccato) Iden&ficatore unico del processo Puntatore al processo padre e ai processi figli se esisten& Livello di priorità Informazioni per la ges&one della memoria Iden&ficatore della CPU su cui è in esecuzione Informazioni per lo scheduling (ges&one) del processo, come il tempo di run (esecuzione) o wait (atesa) accumulato Informazioni sullo stato di I/O del processo Context- switching Operazioni eseguite dal SO per passare la risorsa processore da un processo ad un altro. Si interrompe momentaneamente il primo processo per riprendere temporaneamente l esecuzione del secondo. Nel context- switching viene salvato il PCB del primo processo e caricato il PCB del secondo. CPU e context- switching Sta& di un processo Sta& di un processo Ogni processo può essere in uno dei 3 sta&: Pronto (ready) Il processo non è in esecuzione, ha tute le risorse necessarie tranne la CPU ATesa (wait) (sleep) Il processo non è in esecuzione, ha invocato un servizio (es I/ O) ed è in atesa di un segnale da parte di un altro processo rela&vo al completamento del servizio richiesto. Esecuzione (run) Il processo dispone di tute le risorse necessarie ed è in esecuzione sulla CPU 3

4 Transizione 1 Il processo viene creato e posto nello stato di pronto (ready) Code d atesa Più processi possono essere in stato di ready pron& per otenere la risorsa CPU e passare in esecuzione. I processi vengono quindi messi in coda d atesa. Transizione 2 Il Sistema Opera&vo seleziona uno dei processi in stato e lo pone in esecuzione (run) Scheduler Lo scheduler (da to schedule leteralmente "metere in lista ) è un programma che, dato un insieme di richieste di accesso ad una risorsa, stabilisce un ordinamento temporale per l'esecuzione di tali richieste, privilegiando quelle che rispetano determina& parametri, in modo da o9mizzare l'accesso a tale risorsa e consen&re così l'espletamento del servizio. Lo short- &me- scheduler (scheduler della CPU) deve garan&re l esecuzione di ogni processo, in modo ordinato, concedendo e revocando la CPU alterna&vamente mediante operazioni dete commutazioni di contesto tra i processi. Poli&che di scheduling L'aTenzione posta su alcuni parametri piutosto che su altri, differenzia la poli&ca di scheduling: lo scheduler può eseguire le richieste in base al loro ordine di arrivo (poli&ca FIFO), oppure dare precedenza a quelle che impegnano per meno tempo la risorsa; possono esistere poli&che che si basano su principi sta&s&ci o sulla predizione per individuare un ordinamento delle richieste che si avvicini il più possibile quello o9male. Obie9vi dello scheduler Fairness (Equità) - processi della stesso &po devono avere tratamen& simili Massimizzare il throughput (produ9vità dell'intero sistema), minimizzando i tempi in cui la risorsa è inu&lizzata. Minimizza il tempo che intercorre tra l'istante in cui la richiesta è generata e quello in cui la richiesta è soddisfata. Evitare fenomeni indesidera& come la starva&on ovvero "l'atesa eterna" di alcune richieste. "Corre voce che quando fu chiuso l'ibm 7094 al MIT, nel 1973, si scoprì che un processo con bassa priorità sodoposto nel 1967 non era ancora stato eseguito". Dare all'u&lizzatore del sistema la percezione che le richieste vengano soddisfate contemporaneamente. 4

5 Transizione 3 Il Sistema Opera&vo interrompe l esecuzione di un processo e lo pone in stato di ready Time sharing I Sistemi Opera&vi moderni adotano la tenica del &me- sharing per la ges&one del processore. Ad ogni processo viene assegnato un quanto di tempo (&me slice dell ordine dei millisecondi) dopo il quale deve rilasciare il processore passando dallo stato di run a quello di ready. Preemp&on (prerilascio) è l'operazione in cui un processo viene temporaneamente interroto, senza alcuna cooperazione da parte del processo stesso, al fine di permetere l'esecuzione di un altro processo. Transizione 4 Nel corso dell esecuzione il processo richiede un servizio al Sistema Opera&vo e viene posto nello stato di wait Transizione 5 Il Sistema Opera&vo completa la richiesta di un processo che passa quindi allo stato di ready Transizione 6 Il processo termina l esecuzione e viene distruto dal Sistema Opera&vo Algoritmi di schedulazione Round- robin &me- sharing e poli&ca FIFO (First In First Out) di selezione dei processi in coda di ready Scheduling a priorità Un valore di priorità (intero) è associato a ciascun processo. La CPU viene allocata al processo con la priorità più alta 5

6 Tipi di processi CPU Bound Processi che sfrutano pesantemente le risorse computazionali del processore, ma non richiedono servizi di ingresso/uscita da& al sistema opera&vo in quan&tà rilevan&. Es. i programmi di calcolo matema&co, i quali necessitano spesso di un'enorme potenza di calcolo, ma sfrutano l'i/o solo all'inizio della loro vita (per caricare gli input) ed alla fine di essa (per produrre gli output). I/O Bound mol& accessi alle periferiche, il processo è spesso interroto per atendere il completamento delle richieste di I/O. P1 P2 Lungo burst di CPU In esecuzione P1 (CPU bound) P2 /I/O bound) In atesa Corto burst di CPU ATesa completamento I/O tempo 6

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