Sistemi Operativi. Bruschi Martignoni Monga. Strutture dati per la gestione dei processi Context switch Thread. Scheduling

Transcript

1 1 Mattia Lezione VI: Lo Dip. di Informatica e Comunicazione Universita degli Studi di Milano, Italia mattia.monga@unimi.it batch batch a.a. 2008/09 1 c 2009 M.. Creative Commons Attribuzione-Condividi allo stesso modo 2.5 Italia License. Immagini tratte da [?] e da Wikipedia PCB Per gestire i processi il s.o. usa una particolare struttura dati, detta Process Control Block (PCB) Il PCB viene allocato all'avvio di ogni processo e deallocato al termine dello stesso Esiste un PCB distinto per ogni processo batch Identicazione del processo: Identicatore del processo (PID) Identicatore del processo padre (PPID) Identicatore 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: ag di interrupt, execution mode. La Program status word (PSW) contiene informazioni circa lo stato del processore. batch

2 Pentium EFLAGS register PCB (cont.) 122 batch Process Control Information Process state: running, ready, blocked, halted. Priorita di Informazioni per l'algoritmo di : tempo di permanenza nel sistema, tempo di CPU, Eventi: identicativo dell'evento di cui il processo e eventualmente in attesa Campi di strutture dati: puntatori utilizzati quando il PCB e inserito in code di attesa Variabili per la comunicazione tra processi Eventuali privilegi concessi al processo: quantita di memoria, risorse del sistema Gestione della Memoria Tabelle delle pagine o dei segmenti Risorse utilizzate File aperti e/o creati 123 batch PCB MINIX batch Dall'esecuzione di P 1 a P 2 1 Salva lo stato del processore 2 Aggiorna il PCB del processo in esecuzione (P 1 ) 3 Sposta il PCB di P 1 nella coda adeguata: ready, blocked 4 Seleziona un altro processo per l'esecuzione (P 2 ) 5 Aggiorna il PCB di P 2 6 Aggiorna le strutture di gestione della memoria batch 7 Ripristina il contesto del processore relativo a P

3 In alcuni sistemi e possibile che un processo si articoli in piu thread sequenziali (lightweight processes) Sono sotto-attivita di un processo: ne condividono le risorse (in particolare la memoria) batch batch Implementazioni di thread Implementazioni di thread User-level thread Kernel-level thread batch batch

4 User vs. Kernel thread batch User Lo switching tra thread e molto piu veloce, si risparmia una chiamata al kernel Kernel thread Quando un thread si blocca (ad esempio per compiere I/O) l'intero processo puo continuare la sua esecuzione, nel caso di gestione a livello utente NO! Soluzioni ibride: gruppi di thread utente sono gestiti come un kernel thread. batch Uso tipico di un calcolatore CPU e I/O bound batch Processi CPU-bound (o compute-bound) Alternano lunghe computazioni (CPU burst) ad attivita di I/O (I/O wait) relativamente poco frequenti Processi I/O-bound Alternano brevi computazioni a frequenti attivita di I/O Migliorando le prestazioni delle CPU, i CPU burst diventano sempre piu brevi I processi I/O-bound dovrebbero venire eseguiti (i.e. occupare la CPU) ogni volta che lo richiedono per poter tenere occupati i dischi batch

5 Lo scheduler Tipi di Lo scheduler 1 Per evitare di sprecare tempo di CPU durante l'i/o, mette i processi che eseguono I/O in stato di blocked 2 Seleziona tra i processi ready un nuovo processo da eseguire 3 In alcuni casi potrebbe poter decidere di revocare l'uso della CPU e rimettere un processo running nella coda dei ready (preemption o prelazione) batch Long-term Quando aggiungere un processo fra quelli eettivamente eseguibili Medium-term Quali fra i processi eseguibili tenere (almeno in parte) nella memoria centrale Quale processo in memoria fare eseguire dalla CPU I/O Quale processo servire nel caso di richieste di I/O multiple batch scheduler CPU scheduler Noto anche come dispatcher o CPU scheduler E lo scheduler eseguito piu di frequente Viene invocato quando si verica uno dei seguenti eventi Clock interrupts I/O interrupts Operating system calls Signals batch batch

6 Modalita Obiettivi di progetto Preemptive (con diritto di prelazione) algoritmi che prevedono la possibilit di sospendere momentaneamente i processi in esecuzione per eseguire altri processi Da running a blocked (es. I/O request) Da running a ready (es. IRQ) [preemptive] Da blocked a ready (es. I/O completed) [preemptive] Terminated Non preemptive o run to completion un processo in esecuzione mantiene l'uso della CPU sino alla naturale terminazione del burst batch Come sempre occorre trovare un trade-o fra obiettivi: User-oriented Response Time (tempo che intercorre tra la sottoposizione di processo e il primo output) System-oriented Uso eciente delle risorse del sistema batch terminazione del processo richiesta di I/O, esplicito rilascio della CPU (yield) Obiettivi Obiettivi Fairness A ogni processo deve essere concessa la CPU in maniera equa Policy enforcement Le politiche di gestione stabilite dall'amministratore del sistema vengono rispettate Balance Tutte le parti del sistema vengono sfruttate in modo bilanciato batch Throughput Il numero di job per unita di tempo e massimo Turnaround Il tempo fra sottoposizione e ottenimento dei risultati e minimo utilizzo della CPU La CPU e sfruttata al massimo batch interattivi Response time Le richieste dell'utente vengono soddisfatte velocemente Proporzionalita Il sistema risponde secondo le aspettative dell'utente real-time Deadline meeting Le scadenze real-time vengono rispettate Predicibilita Il comportamento e predicibile batch

7 nei sistemi batch First Come First Served batch Algoritmo non-preemptive Implementazione molto facile Average wait time molto variabile e generalmente lontano dall'ottimo Dipende dai tempi di esecuzione di chi e in coda davanti a noi Inadatto ai sistemi interattivi batch Eetto \convoglio" (convoy) Example Se il processo in esecuzione e CPU-bound, molti altri processi (magari I/O-bound) non possono essere eseguiti Processo T. di arrivo Burst P P P Tempo di attesa P 1 = 0; P 2 = 14; P 3 = 15 batch Example Processo T. di arrivo Burst P P P batch Average waiting time ( )=3 = 9:67 Tempo di attesa P 1 = 5; P 2 = 0; P 3 = 3 Average turnaround ( )=3 = 19:67 Average waiting time ( )=3 = 2:67 Average turnaround ( )=3 = 12:

8 Shortest Job First Presuppone la conoscenza del tempo di esecuzione di ciascun processo Tutti i processi hanno uguale importanza La CPU viene assegnata al processo col tempo di esecuzione previsto minore Versione preemptive: shortest remaining time next All'arrivo di un nuovo job si rivaluta l'ordine e la scelta corrente Garantisce il minimo tempo di turnaround batch Example Processo T. di arrivo Burst P P P P Tempo di attesa P 1 = 0; P 2 = 6; P 3 = 3; P 4 = 7 Average waiting time ( )=4 = 4:00 Average turnaround ( )=4 = 8:00 batch