Corso di Informatica

Transcript

1 Corso di Informatica Modulo T2 1-Concetti fondamentali 1 Prerequisiti Hardware e software Uso pratico elementare di un sistema operativo Software di base e software applicativo 2 1

2 Introduzione Iniziamo ad addrentrarci nel cuore di un SO per capire come esso sia in grado di svolgere le numerose e complesse funzioni a cui presiede. Cosa è che fa eseguire i programmi? Come è possibile che più programmi vengano eseguiti contemporaneamente? In un semplice programma elementare quali processi si trovano a dover comunicare? A queste domande diamo una risposta in questa Unità. 3 Processo e programma Quando un programma va in esecuzione si dice che genera un processo poichè il programma, elaborando dati in input per fornire i risultati evolve nel tempo, ossia passa da uno stato iniziale ad uno stato finale. Esempi di processi possono essere: un programma (utente o di sistema) in esecuzione; un'attività asincrona (invio o ricezione di messaggi); una attività qualunque alla quale è assegnato un processore. 4 2

3 Processo e processore Consideriamo processore un qualunque dispositivo in grado di svolgere una data attività. Pertanto la CPU, la memoria (con le operazioni leggi/scrivi), il DMA e le periferiche (avvia, arresta, leggi, scrivi) possono essere considerati processori). 5 Esecuzione e avanzamento Quando una istruzione viene eseguita essa genera un azione. Pertanto: programma (sequenza di istruzioni) concetto statico processo (sequenza di azioni nel tempo) concetto dinamico Per questo motivo diremo che un programma è in esecuzione, mentre un processo è in avanzamento. 6 3

4 Spazio di indirizzamento Ogni processo è associato a un area di memoria che viene detta spazio di indirizzamento (core image) che contiene: il codice eseguibile; i dati del programma (area dati e area stack); il valore del contatore di programma (program counter); il valore di vari registri; 7 pid, uid e gid Inoltre, ogni processo è individuato da un identificatore numerico univoco detto pid (process identifier). In un ambiente di multiprogrammazione e multiutenza è importante tenere traccia del/dei proprietario/i di un processo: Ogni utente autorizzato è identificato da un uid (user identifier, rappresentato da un intero a 32 bit) che viene: ereditato da ogni eventuale sottoprocesso generato; controllato quando vengono inviati segnali tra processi. Se ci sono gruppi di lavoro, ai processi è assegnata anche una gid (group identifier). 8 4

5 Durata di un processo In base alla loro durata (ciclo di vita) i processi possono essere: temporanei permanenti Un processo temporaneo è un processo che ha una durata limitata, rispetto alla durata del sistema operativo, come: esecuzione di un programma utente; processo di stampa. Un processo permanente è un processo che viene creato all atto dell accensione del sistema e che termina al suo spegnimento. Il SO, quando viene caricato, genera uno o più processi permanenti. 9 Gerarchie di processi Un processo, durante il suo ciclo di vita, può generare altri processi (sottoprocessi), per formare una gerarchia di processi. 10 5

6 Tabella dei processi Il SO tiene traccia di tutti i processi attivi nel sistema in una tabella, detta tabella dei processi (process table), attraverso i seguenti dati relativi a ciascun processo, in particolare: nome del processo pid, uid, gid nome del proprietario (utente o sistema) occupazione priorità tempo di esecuzione stato (in esecuzione o meno) ed altre informazioni che vedremo. 11 Tabella dei processi In ambiente Windows il Task mananger riporta le applicazioni in esecuzione e i processi in avanzamento. 12 6

7 Tabella dei processi In ambiente UNIX i processi sono monitorati, ad esempio con l interfaccia grafica mostrata (Monitor di Sistema) 13 Comunicazione tra processi All interno di un sistema hardware (SH) possono essere presenti diversi processori su ciascuno dei quali è in grado di avanzare un processo. Se questi processi in avanzamento interagiscono, significa dire che l avanzamento di uno di essi condiziona l avanzamento degli altri e affinchè ciò sia possibile, è necessario che i processi comunichino. Alcuni meccanismi di comunicazione tra processi sono: passaggio di messaggi semafori aree di memoria condivise e sono trattati dal corsi di programmazione avanzata in C. 14 7

8 Comunicazione tra processi Un tipico esempio di comunicazione tra processi è il time sharing in cui i processi in avanzamento vengono sospesi e riattivati. Ciò comporta che quando un processo è sospeso, deve ripartire esattamente dallo stesso stato in cui è stato fermato. Nel passaggio di messaggi, i processi comunicano mediante scambio di messaggi (message passing), come avviene tipicamente nelle reti di computer. Nel caso dei semafori, l avanzamento di un processo può essere sospeso (semaforo rosso) da un altro processo. Quando quest ultimo genera un dato evento (semaforo verde), il primo processo riprende ad avanzare. Nel caso di aree di memoria condivise, i processori su cui avanzano i processi possono accedere ad insieme di variabili (shared variables) di un area di memoria comune. 15 Interazione tra processi Quando si ha interazione tra processi, si possono avere due modalità di comunicazione: competizione o interazione indiretta. cooperazione o interazione diretta 16 8

9 Interazione tra processi - competizione Due processi P1 e P2 si contendono l uso di una risorsa R, scambiando messaggi con il gestore della risorsa detto arbitro. In questo caso si parla di competizione o interazione indiretta. P Q Un esempio di competizione avviene quando un programma richiede l uso di una periferica e deve attendere che questa segnali la sua disponibilità. 17 Interazione tra processi - cooperazione Un processo P1 deve comunicare ad un processo P2 di proseguire un certo compito. I due processi P1 e P2 si scambiano messaggi per giungere ad uno scopo comune: in questo caso si parla di cooperazione o interazione diretta. P Q 18 9

10 Sincronizzazione tra processi La comunicazione tra processi, affinchè possa avere luogo, richiede che i processi siano sincronizzati. La sincronizzazione tra processi è affidata a strumenti: hardware (meccanismi di sincronizzazione) software (primitive di sincronizzazione) Ad esempio: un processo, per avanzare, deve attendere che un altro processo gli comunichi la possibilità di avanzare; richiesta di I/O: fino a che il dato non è stato trattato dalla periferica di Input o di Output, il processo richiedente non può continuare la sua esecuzione. 19 Classificazione delle risorse In precedenza abbiamo definito in modo intuitivo il concetto di risorsa: Una risorsa è un qualunque elemento hardware o software che l utente può utilizzare (es. dischi, aree di memoria, file, variabili, ecc) Ora, siamo in grado di darne una definizione più corretta: : una qualunque entità hardware o software che è necessaria alla creazione e all avanzamento di un processo. Esempi di risorse sono: un area di memoria il processore centrale dispositivi di I/O un file di dati o di programma 20 10

11 Le risorse possono essere classificabili in base a diversi criteri. durata, il tempo di vita della risorsa; tipo di accesso, modo con cui un processo vi accede. Ora, siamo in grado di darne una definizione più corretta: Esempi di risorse sono: un area di memoria : una qualunque entità hardware il processore centrale o software che è necessaria alla creazione dispositivi di I/O e all avanzamento di un processo. un file di dati o di programma 21 - durata risorse riusabili: sono quelle che possono essere date in uso ripetutamente a diversi processi. risorse consumabili: sono quelle che possono essere date in uso ad un processo una sola volta. Il processo che mette a disposizione l uso della risorsa si dice processo produttore, mentre il processo che la usa si dice processo consumatore- Ad esempio un messaggio è una risorsa consumabile, mentre, in generale, le risorse hardware sono riusabili

12 - accesso Rispetto al tipo di accesso, possiamo avere: risorse seriali: sono quelle che possono essere date in uso ad un solo processo alla volta- Risorse parallele: sono quelle che possono essere date in uso a più processi contemporaneamente, Ad esempio la CPU, una stampante, un file con operazioni di lettura/scrittura, i bus sono risorse seriali, mentre un area di memoria accessibile in sola lettura è una risorsa parallela utilizzo In generale l utilizzo di una risorsa R da parte di un processo deve rispettare il seguente protocollo: richiesta e ottenimento di R uso di R rilascio di R Infatti non sempre le risorse sono disponibili immediatamente, per cui il SO deve gestire le richieste e la relativa assegnazione. A fine utilizzo, la risorsa deve essere rilasciata perchè possa.servire eventuali richieste da parte di altri processi

13 - gestore delle risorse L assegnazione e la gestione delle risorse è affidata ad un componente del SO detto gestore delle risorse- Il gestore delle risorse agisce in base ad una politica di gestione (scheduling) delle risorse R, la quale deve: garantire che tutti i processi ottengano prima o poi l uso di R; minimizzare il tempo medio di attesa di R da parte dei processi; minimizzare la variabilità dei tempi di attesa di R; garantire l assegnazione di R ai processi di priorità più alta rilascio Il rilascio consente la riusabilità della risorsa da parte di altri processi che, altrimenti resterebbero bloccati in attesa di R. A volte può essere necessario che il processo rilasci prematuramente la risorsa R. In questo caso si parla di prerilascio (preemption). Tipico è l esempio del termine del quanto di tempo nella gestione in timesharing

14 - rilascio A volte può essere necessario che il processo rilasci prematuramente la risorsa R. In questo caso si parla di prerilascio (preemption). Tipico è l esempio del termine del quanto di tempo nella gestione in time-sharing. 27 Argomenti Processo e programma Processo e processore Esecuzione e avanzamento Spazio di indirizzamento pid, uid e gid Durata di un processo Gerarchie di processi Tabella dei processi Comunicazione tra processi Interazione tra processi competizione cooperazione Sincronizzazione tra processi Classificazione delle risorse durata accesso utilizzo gestore delle risorse rilascio 28 14

15 Altre fonti di informazione A. Lorenzi, D.Rossi I fondamenti della programmazione-atlas 29 15