Modello dei processi. Riedizione delle slide della Prof. Di Stefano

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1 Modello dei processi Riedizione delle slide della Prof. Di Stefano 1

2 Processi Modello di Processi asincroni comunicanti Process Scheduling Operazioni sui Processi Cooperazione tra Processi Interprocess Communication Comunicazione nei sistemi Client-Server 2

3 Process Model Multiprogrammazione - time sharing: la CPU passa da un processo all altro, eseguendoli per brevi slot time (10-100ms) Modello concettuale: ogni processo ha la sua CPU virtuale (con un suo PC logico) ed esegue un flow control indipendente In ogni istante un solo programma esegue sulla CPU (il suo PC logico e il PC fisico corrente del processore) 3

4 Processi paralleli asincroni I processi possono eseguire concorrentemente La velocita di computazione dei processi non è uniforme -> non predicibilità L esecuzione concorrente permette: Condivisione di risorse Speed-up in presenza di risorse di processamento multiple I processori passano da un processo ad un altro per: Direttive di scheduling (per ripartire la risorsa di calcolo tra più processi Esigenza di servire la richiesta di risorsa di un processo 4

5 Process Creation Principali eventi causa di process creation 1. Initializzazione del sistema: In foreground: processi interattivi che lavorano per l utente (es. Shell) In background: deamons (es linux kernel thread) 2. Esecuzione di process creation (fork system call) 3. Richiesta utente di un nuovo processo (comando) 5

6 Gerarchia dei Processi Unix Un processo (child) è creato da un processo (parent) che invoca una opportuna system call il padre crea (fork()) un figlio clone che ha la stessa immagine in memoria, file aperti, segnali... padre e discendenti formano un gruppo di processi che possono scambiarsi segnali generalmente il figlio chiama exec() ed esegue un altro programma NB: Per Windows tutti i processi sono creati paritetici Padre e figlio hanno sempre address space distinti 6

7 Implementazione di process creation Assegna un process identifier unico PID Alloca spazio per il process control block (process descriptor linux) Alloca user address space per il nuovo processo Esecuzione concorrente Il padre continua concorrentemente al figlio Condivisione Padre e figli condividono le risorse 7

8 Process Termination Condizioni di terminazione dei processi 1. Terminazione volontaria con exit () 2. Fatal error (involontaria) 3. Kill da un processo autorizzato (involontaria) 8

9 Diagramma a Stati semplificato di un Processo Durante la sua esecuzione un processo canbia stato new: creato. running: in esecuzione. waiting: attesa di eventi. ready: pronto per eseguire process. terminated: ha terminato di eseguire. 9

10 Code di Scheduling dei processi Job queue/process list tutti i processi del sistema Ready queue tutti i processi residenti in main memory, ready to run. Device queues processi in attesa/waiting per I/O device. 10

11 Ready Queue e I/O Device Queues 11

12 Rappresentazione dello Scheduling della CPU admit dispatch release wait 12

13 swapping 13

14 Swapping Permette di aumentare il grado di multiprogrammazione mantenendo alcuni processi o parte di essi su swap device Senza memoria virtuale: suspended queue: mantiene tutti i processi blocked (e a volte anche qualcuno ready) su swap device, cioè fuori dalla main memory Con memoria virtuale: si può eseguire un processo che si trova solo parzialmente in memoria. A seconda dell implementazione la swap device può contenere un immagine dell intero processo o pezzi. L immagine del processo in memoria di massa può essere disallineata con la memoria centrale Thrashing: collasso delle prestazioni della memoria virtuale in caso di troppi processi in main memory 14

15 Swapping 15

16 Classificazione dei processi I/O-bound spendono la maggior parte del tempo in operazioni di I/O -> molti CPU burst brevi. CPU-bound spendono la maggior parte del tempo in computazioni -> pochi CPU burst lunghi. 16

17 Process Control Block (PCB) Informazione associata a ogni processo. Process state Program Counter e registri di CPU Informazioni per CPU scheduling Informazioni per memory-management Informazioni di Accounting I/O status Signals e signal handlers 17

18 Process Control Block (PCB) 18

19 Context Switch Quando la CPU fa uno switch da un processo ad un altro, il sistema deve salvare lo stato del processo messo da parte (old process) e caricare lo stato salvato il precedenza de processo che intende far eseguire (new process). Il tempo di Context-switch è un overhead Il tempo di Context-switch dipende dal supporto hardware. 19

20 Nel modello di processo Il livello più basso del SO gestisce : interrupt handling, scheduling Sopra ci sono processi sequenziali 20

21 Immagine di un processo utente in memoria Process identification hw state Process control information PCB kernel stack User stack Private user address space Address space shared address space 21

22 Elementi di un process control block 1/2 22

23 Elementi di un process control block 2/2 23

24 Implementazione di un processo Il SO mantiene una process table con un process control block per processo 24

25 Strutture kernel per rappresentare un processo 25