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Antonina Alberta Rossi
5 anni fa
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1 1 Ad un generico processo, sono associati, in maniera univoca, i seguenti dati e le seguenti informazioni: codice del programma in esecuzione un area di memoria contenente le strutture dati dichiarate nel programma in esecuzione file aperti stack (per le chiamate di procedure e funzioni) contenuto dei registri della CPU 2 Consideriamo due processi che devono lavorare sugli stessi dati. Come possono fare, se ogni processo lavora su un area di memoria diversa? i dati possono essere scambiati mediante messaggi o memoria condivisa, ma questa soluzione è inefficiente perché richiede l intervento del SO (vedremo queste cose in pratica nel corso di laboratorio) i dati possono essere tenuti in un file che viene acceduto a turno dai due processi. Ancora più inefficiente! 3 Ad esempio, in un editor di testo: un processo gestisce l input e i comandi di formattazione dell utente un altro processo esegue il controllo automatico di errore I due processi dovrebbero lavorare sullo stesso testo La copia corrente del testo è mantenuta in MP, ma come fanno i due processi a condividere la stessa copia, se ogni processo ha un diverso spazio di indirizzamento? 1

2 4 Un normale processo è contraddistinto da un unico Thread (filo) di computazione codice dati file registri stack thread 5 Un processo Multi-Thread è fatto di più thread, detti peer thread. Un insieme dei peer thread è detto task. 6 Ad ogni thread è associato in modo esclusivo il suo stato della computazione, fatto da: valore del program counter e degli altri registri della CPU uno stack Ma un thread condivide con i suoi peer thread: il codice in esecuzione i dati i file aperti 2

3 7 La differenza fondamentale tra un processo e un insieme di peer thread (o task), è quindi che: la vita di un processo si sviluppa lungo un unico percorso (o filo ) di computazione, fatto della sequenza di istruzioni eseguite dal processo. la vita di un task è fatta di più thread, ognuno dei quali è contraddistinto dal proprio filo di computazione 8 Se c è una sola CPU, il context switch avviene anche tra ognuno dei thread di un task, in modo che tutti possano portare avanti la computazione Ma il context switch fra peer thread richiede il salvataggio e il ripristino solo dei registri della CPU e dello stack (che sono diversi per ogni thread) Codice, dati e file aperti sono gli stessi per tutti, e non devono essere cambiati: IL CONTEXT SWITCH TRA PEER THREAD E MOLTO PIU VELOCE 9 Il context switch tra processi è molto più oneroso per il SO del context switch tra peer thread, perché nel primo caso sono coinvolte più informazioni da cambiare. Per questa ragione, i normali processi sono spesso chiamati: heavy-weight process (HWP) Mentre per un singolo thread si usa spesso il termine: light-weight process (LWP) 3

4 Esempio di task con più thread 10 5 Processi e Thread 11 (a) Tre HWP: ad ognuno corrisponde un unico thread (b) Un task (o processo) con tre LWP (threads) 5 Processi e Thread (a) (b) 12 (a) Item condivisi da tutti i thread di un processo (b) Item privati di ciascun thread 4

5 13 Ma come si fa a distinguere tra i thread di un task (in modo da far fare a ciascuno una cosa diversa), se questi condividono lo stesso codice? Con delle opportune funzioni di libreria (system call), che all interno del codice permettono di creare i thread necessari, e specificano per ciascun thread quale pezzo di codice deve eseguire quel thread int n, in, out; type item =...; item buffer [n]; void *produttore( ); // contiene il codice del thread produttore void *consumatore( ); // contiene il codice del thread consumatore main ( ) /* produttore e consumatore */ {... pthread_create(produttore); // crea il thread produttore pthread_create(consumatore); } // crea il thread consumatore ora le variabili sono automaticamente condivise 14 Il main specifica quanti thread ci sono nel task e associa ad ogni thread il suo codice void *produttore ( ) { qui il codice del produttore } void *consumatore ( ) { qui il codice del consumatore } il codice del produttore è lo stesso di prima il codice del consumatore è lo stesso di prima a livello utente 15 In alcuni sistemi, il SO non sa dell esistenza dei threads. Si dice che i thread esistono solo a livello utente. Il context switch da un thread all altro (all interno dello stesso task) avviene mediante opportune funzioni di libreria chiamate all interno del codice dei thread stessi. Quando un thread sta per fermarsi, specifica prima quale peer thread deve proseguire la computazione 5

6 a livello utente 16 Il SO vede un task fatto di più thread come un normale processo, e gli assegna la CPU secondo il criterio di scheduling adottato. All interno del task, il tempo di CPU è suddiviso tra i vari peer thread a seconda del codice di cui sono fatti. Se un thread si blocca senza farne partire un altro, tutto il tempo di CPU assegnato a quel task (e quindi a tutti i peer thread) viene sprecato a livello utente 17 a livello kernel 18 Il SO deve mantere delle strutture dati per gestire sia i processi che i thread Quando un thread si blocca, o termina il suo quanto di tempo, è il SO che assegna la CPU: a un altro thread dello stesso task a un altro thread di un altro task a un altro processo normale 6

7 a livello kernel 19 5 Differenze tra kernel e user-level thread 20 La commutazione fra thread user-level non richiede l intervento del SO ed è quindi più veloce La commutazione fra thread richiede il SO, ma un thread bloccato non blocca tutto il task Molti SO supportano entrambi i tipi di thread 5 Vantaggi nell uso dei thread 21 Efficienza: in Solaris, creare un LWP richiede circa 30 volte meno tempo che creare un HWP. Il context switch tra peer thread richiede 5 volte meno tempo del context switch tra processi Condivisione di dati e risorse: più thread possono lavorare sugli stessi dati senza intervento del SO Uso di architetture con più CPU: i thread sono naturalmente adatti per lavorare su più CPU in parallelo che condividono la stessa MP 7

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