La fin d’un processus

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Syst`emes d’exploitation : Gestion des processus

M. T. Bennani

Maˆıtre Assistant, ISIM Monastir, UR MOSIC

-Ann´ee universitaire 2008-2009-

M. T. Bennani Maˆıtre Assistant, ISIM Monastir, UR MOSIC Cours sur syst`emes d’exploitation

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Le mod`ele de processus

D´efinition - Le processus est une activit´e

Un processus est un programme qui s’exécute, avec des valeurs du compteur ordinal des registres et des variables. Le compteur ordinal contient l’adresse de la prochaine instruction à extraire de la mémoire.

Remarque

Un SE donne l’impression qu’il exécute plusieurs processus d’une manière parallèle. En réalité, le processeur bascule constemment d’un processus à un l’autre. Ce basculement rapide est appelémultiprogrammation.

un compteur ordinal

A B C D

quatre compteurs ordinaux

processus

Temps A

B C D

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La cr´eation d’un processus

Il existe quatre événements provoquant la création d’un processus : + Initialisation du système (Création de processus de premier plan et d’arrière-plan ”Deamon”)

+ Exécution d’un appel système de création de processus par un processus en cours d’xécution (décomposition des traitements) + Requête utilisateur sollicitant la création d’un nouveau processus (Besoin pour l’utilisateur)

+ Initialisation d’un travail en traitement par lots (Dans le cas des mainframe : ensemble de processus ”jobs”)

Remarques

- Dans le cas du SE UNIX, la création d’un processus se traduit par l’appel fork. Ceci permet de crér un processus fils image du père. Le processus fils exécute la commande execvepour créer sa propre image.

- Dans le cas du SE WINDOWS, la création d’un processus se traduit par l’appel CreateProcess qui prend à la fois la création du processus et le

chargement du programme appropri´e dans le nouveau processus. ^{4 / 35}

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La fin d’un processus

Un processus s’arrˆete pour les raisons suivantes :

◮ Arrˆet normal (volontaire) (i.e. exitouExitProcess)

◮ Arrˆet pour erreur (volontaire) (i.e. cc foo.c o`u le fichier n’existe pas)

◮ Arrˆet pour erreur fatale (involontaire) (i.e. bogue)

◮ Le processus est arrˆet´e par un autre processus (involontaire) (I.e. killouTerminateProcess)

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La hi´erarchie des processus

Deux manières peuvent être envisagées : gestion hiérarchique et non hiérarchique.

Gestion hi´erarchique (UNIX)

+ Un processus n’a qu’un seul parent. En revanche, il poss`ede z´ero ou plusieurs enfants.

+ Tous les processus déscendent du porcessus initprésent dans l’image d’amor¸cage. Il génère un processus par Terminal qui attend l’ouverture d’une session (login). Le porcessusloginexécute un shell pour accépter les commandes.

Gestion non hi´erarchique (Windows)

+ Tous les processus sont ´egaux

+ Le seul moment où l’on trouve une hiérarchie est celui de la création du processus. Le parent récupère un jeton spécial (Handle) qu’il peut utiliser pour contrôler son fils. Ce jeton peut être passé à un autre processus (non autorisé dans UNIX)

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Les ´etats des processus

Un processus poss`ede les septs ´etats suivants :

Suspendu

Pérmuté Pret

Pret

Bloqué Pérmuté

bloqué

En

exécution Terminé (1)

(2) Fin des E/S

(1), (2) : permutateur

sortie Fin des E/S

(4) (3)

(3) : Interruption de l’horloge (4): Allocateur

-manque attente d’E/S

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◮ Prêt : état d’un processus qui n’est pas alloué à l’UC, mais qui est prêt à être exécuté. Un processus prêt pourrait s’exécuter s’il est alloué à l’UC.

◮ En exécution: état d’un processus exécuté sur une UC. Si le système dispose de n UC, n processus au maximum peuvent se trouver en état d’exécution.

◮ Terminé: état d’un processus qui a terminé son exécution, mais dont l’enregistrement est conservé par le SE (zombie). Par exemple, un processus fils est toujours en vie alors on doit garder le Handle.

◮ Permuté-bloqué: état d’un processus qui attend l’occurence d’un

événement et qui a été extrait de la mémoire auxiliaire.

◮ Permuté-prêt: état d’un processus qui est prêt à être exécuté, mais qui est placé dans la mémoire auxiliaire. Un processus Permuté-prêt ne peut pas être alloué à l’UC car il ne se trouve pas dans la mémoire principale.

◮ Suspendu: état d’un processus qui a été créé, mais qui n’est pas pris en compte pour le chargement en mémoire ou l’exécution. Il s’agit de processus nouveaux. On ne peut pas revenir à l’état

suspendu. ^{8 / 35}

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Passage entre les ´etats

◮ Création d’un processus →suspendu: Lors de sa création, un processus est placé en état suspendu.

◮ Suspendu→ {Permuté prêt ou Prêt} : si la mémoire est trop petite, on commence par activer le processus à l’exterieur de la mémoire principale en attendant qu’elle soit libérée par le SE.

◮ Permuté prêt →prêt: Un processus est introduit lorsque suffisamment de mémoire est disponible.

◮ Permuté bloqué→bloqué: le système peut introduire en mémoire principale des processus bloqués. Ceci s’avère intéressant si le processus en question est de haut niveau de priorité ou bien, le système possède une grande mémoire.

◮ Prêt →Permuté prêtoubloqué→Permuté bloqué: Les processus en mémoire y sont extrait afin de libérer de l’espace mémoire pour les processus en exécution ayant une grande emprinte.

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Passage entre les ´etats (suite)

◮ Permuté bloqué→Permuté prêtoubloqué→bloqué: Lorsqu’un processus est bloqué, il attend qu’un évènement survienne. Si c’est le cas, le processus est transféré à l’état prêt correspondant.

◮ En exécution→ prêt: Les processus sont alloués à l’UC pour une durée définie appelée tranche de temps. Si un processus ne se bloque pas et libère volontairement l’UC avant la fin de la tranche de temps, une interruption transfère le contrôle au SE qui met le processus à l’état prêt et choisit le prochain processus à exécuter.

◮ Prêt →en exécution: Lorsqu’un processus n’est pas alloué à l’UC, l’ordonnanceur selectionne le prochain processus à exécuter dans lepool (i.e. liste) des processus prêt

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Passage entre les ´etats (suite)

◮ En exécution→ bloqué: La réalisation d’opérations d’E/S est contrôlée par des facteurs externes au processus. Dans la plupart des cas, l’exécution du processus doit être suspendue, jusqu’à la notification que la condition spécifiée est survenue. Pour éviter que l’UC reste inactive pendant que le processus attend un événement, celui-ci est bloqué pour que l’UC puisse être attribuée à un autre processus exécutable.

◮ En exécution→ Terminé: Un processus en cours d’exécution prend fin lorsqu’il accomplit une action non autrorisée ou il achève normalement l’exécution de son code.

◮ Tout état→terminé: Cette situation n’est pas représentée sauf qu’elle indique que l’état d’un processus n’a pas d’importance si le SE ou un autre processus veulent mettre fin au processus en cours.

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L’impl´ementation des processus

Pour implémenter le modèle de processus, le système d’exploitation maintient une table appelée (table de processus) contenant une entrée par processus. Cette table contient 3 groupes

d’informations:

- Gestion des processus - Gestion de la m´emoire - Gestion des fichiers Gestion des processus - L’identificateur du processus - L’´etat du processus

- Le compteur ordinal - Le pointeur de pile - Priorit´e

- Processus parent

- Param`etres d’ordonnancement

Gestion de la mémoire - Pointeur vers la zone mémoire allouée au processus

Gestion des fichiers - Répertoire racine - Répertoire de travail - État des fichiers ouvert - ID Utilisateur

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Algorithmes non pr´eemptifs

D´efinition

L’ordonnancement permet de maximiser l’utilisation du processeur, de tenir un temps de réponse acceptable et de respecter l’équité entre les processus. Il existe deux types d’ordonnancements.

◮ Pr´eemptif

◮ Non-Pr´eemptif

D´efinition

Dans un algorithme d’ordonnancement non préemptif, chaque processus est exécuté jusqu’à achèvement. Le processus élu garde le contrôle jusqu’à épuisement du temps qui lui est a été alloué même si des processus plus prioritaires on atteint la liste des processsu prêts.

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Remarque

Il existe plusieurs types d’algorithmes non pr´eemptifs :

◮ FIFO :First In First Out

◮ SJF : Shortet Job First

◮ EDF : Earlier Deadline First FIFO

Cet algorithme traite les processus dans l’ordre de leur soumission (i.e. date d’arrivée) sans considération de leur temps d’exécution.

L’organisation de la file d’attente des processus prˆets est donc toute simple.

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Exemple sur FIFO

Soit 4 processus : P₁,P₂,P₃etP₄ ayant des durées de traitement estimées à : 8, 4, 5 et 9 et des dates d’arrivées : 0, 1, 2 et 3.

Le diagramme de Gantt des 4 processus est le suivant : La dur´ee de traitement moyen Ttmoy =...

Remarque

- Avantage : Simplicit´e de l’algorithme - Inconv´enient : Risque de famine

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SJF

D´efintion

Cet algorithme choisit de fa¸con prioritaire les processus ayant le plus court temps d’ex´ecution sans tenir compte de leur date d’arriv´ee.

Exemple sur SJF

Soit 4 processus : P₁,P₂,P₃etP₄ ayant des durées de traitement estimées à : 8, 4, 5 et 9 et des dates d’arrivées : 0, 1, 2 et 3.

Remarque

- Avantage : Minimisation du temps d’attente

- Inconvénient : Impossibilité de mise en œuvre car les durées de traitement ne sont pas connues d’avance.

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Algorithmes pr´eemptifs

D´efinition

Dans ce type d’algorithmes, même si un processus est élu, le processeur ne peut pas être réquisitionné. L’ordonnanceur peut interrompre un processus en cours d’exécution si un nouveau processus plus prioritaire est inséré dans la file des processus prêts.

Remarque

Il existe plusieurs types d’algorithmes pr´eemptifs :

◮ Round Robin : Ordonnancement circulaire

◮ SJF avec pr´eemption : Shortet Job First

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Round-Robin

D´efinition

Cet algorithme décrit une stratégie dite de du tourniquet où on procède à un recyclage des processus sur le processeur tant que ceux-ci ne sont pas terminés.

Lorsqu’un processus est élu, on lui attribue une tranche de temps fixe, appelée quantum, pendant laquelle il s’exécute. Au bout de ce temps, on ne poursuit plus l’exécution du processus, on lui retire donc le processeurs et on le réinsère dans la file des processus prêts. Il devra ainsi attendre sa prochaine élection.

Le processus se voit attribuer successivement plusieurs tranches de temps avant d’atteindre se terminaison.

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Round-Robin

Exemple sur RR

Soit 3 processus : P₁,P₂etP₃ ayant des durées de traitement estimées à : 30, 5 et 2 et des dates d’arrivées : 0, 1 et 2.

Remarque

- Avantage : Pas de famine

- Inconv´enient : Des processus prioritaires attendent des procesus non prioritaires.

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Introduction

D´efinition

Nous parlons de communication interprocessus (IPC) lorsqu’un processus n’arrive pas à réaliser un service sans l’aide d’autresou qu’il est en concurrence avec d’autres processus(race conditions). Cette concurrence peut être sur une partie du traitement du processus appelée séction critique. Par exemple, ”ps -ef | grep username” le pipe représente un moyen de communication entre les processus ”ps” et

”grep” au niveau du shell.

Probl´ematique

Nous rencontrons trois probl`eme dans la communication interprocessus :

◮ Comment un processus fait-il pour passer des informations ?

◮ Est-ce que les processus en communication ne produisent pas des conflits lorsqu’ils s’engagent dans des activit´es critiques ?

◮ Comment séquencer les dépendances. Par exemple, si le processus A produit des données et le processus B les consomme.

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Introduction

Diff´erentes solutions

Il existe plusieurs solutions pour prendre en charge la communication interprocessus au niveau noyau :

◮ L’exclutions mutuelle avec attente active

Désactivation des interruptions, variables de vérrou, altérnative stricte (utilisation duwhile), Peterson, instruction TSL.

◮ Le sommeil et l’activation

Utilisation des m´ethodes : sleep()etwakeup().

◮ Les s´emaphores

◮ Les mutex

◮ Les moniteurs

Primitive de haut niveau (Hoare et Brinch Hansen). Une sorte de biblioth`eque.

◮ L’´echange de messages

◮ Les barri`eres (i.e. Ensemble de processus `a synchroniser) 21 / 35

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Les S´emaphores

D´efiniton

Dans la proposition de Dijkastra, un sémaphore est une variable qui permet partager une ressource entre plusieurs processus. Ceci est réalisé par l’intermédiaire de deux opérations : downetup.

L’opération down sur un sémaphore détermine si sa valeur est supérieure à 0. Si c’est le cas, elle la décremente et poursuit son activité. Si la valeur est de 0, le processus est placé en sommeil sans que le down ne se termine. Lorsqu’un processus finit son traitement, il réalise l’opération up qui incrémente de un le sémaphore dans le cas où il n’y a pas de processus en sommeil.

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Les mutuex

D´efiniton

Si le décompte n’est pas nécessaire, on peut utiliser une version simplifiée des sémaphores qui est les mutex. Il ne prennent en charge que l’exclusion mutuelle. Un mutex est une variable qui peut prendre deux états : vérrouillé et dévérrouillé d’où la nécessité d’un seul bit pour le représenter. Deux procédures sont nécessaires pour utiliser un mutex :

- mutex lock: Pour entrer dans une section critique - mutex unlock: Pour lib´erer la ressource partag´ee

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´Echange de messages

D´efiniton

Cette m´ethode de communication emploie deux primitives : send et receive. Les en-tˆete des primitives sont les suivantes : - send (destination, &message)

- receive (source, &message)

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Introduction

D´efinition

Un ensemble de processus est en interblocage si chaque processus attend un ´ev´enement que seul un autre processus de l’ensemble peut provoquer.

Causes possibles

◮ Condition d’exclusion mutuelle : Chaque ressource est soit attribu´ee `a un seul processus, soit disponible.

◮ Condition de détention et d’attente : Les processus ayant déjà obtenu des ressources peuvent en demander de nouvelles.

◮ Pas de réquisition : Les ressources déjà détenues ne peuvent être retirées de force à un processus. Elles doivent être explicitement libérées par le processus qui les détient.

◮ Condition d’attente circulaire : il doit y avoir un cycle d’au moins deux processus, chacun attendant une ressource d´etenue par un autre processus du cycle.

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D´etection de l’interblocage

Une ressource pour chaque type

1. Pour chaque nœud, N dans le graphe, suivre les cinq ´etapes suivantes, avec N comme point de d´epart.

2. Initialiser L à une liste vide et désigner tous les arcs comme non marqués.

3. Ajouter le nœud en cours `a la fin de la liste L et v´erifier que le nœud apparaˆıt deux fois dans L. Si tel est le cas, le graphe contient un cycle et l’algorithme prend fin.

4.

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Plusieurs ressources

Quatre structures sont n´ecessaires pour d´etecter les interblocages.

Ressources existantes (E₁,E₂, ...,Em)

Matrice des allocations en cours







C₁₁ C₁₂ ... C₁m

C₂₁ C₂₂ ... C₂m

. . .

Cn1 Cn2 ... Cnm







Ressource Disponibles (A₁,A₂, ...,Am) Matrice des demandes







R₁₁ R₁₂ ... R₁m

R₂₁ R₂₂ ... R₂m

. . .

Rn1 Rn2 ... Rnm







◮ La ligne n correspond `a l’attribution en cours du processus n.

◮ La ligne 2 correspond `a ce dont le processus 2 a besoin.

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Algorithme de d´et´ection de l’interblocage

1. On cherche un procesus non marqué, Pi, pour lequel laiê rangée de R est inférieur ou égale à A.

2. Si l’on trouve ce processus, on ajoute la iê rangée de C à A, on marque le processus et l’on revient à l’étape 1;

3. Si un tel processus n’existe pas, l’algorithme se termine.

Lorsque l’algorithme se termine, tous les processus non marqu´es, s’il y en a, sont en interblocage.

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Exemple

Ressources existantes E = (4,2,3,1)

Matrice des allocations en cours





0 0 1 0 2 0 0 1 0 1 2 0





Ressources disponibles A= (2,1,0,0)

Matrice des requˆetes





2 0 0 1 1 0 1 0 2 1 0 0





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Pr´evision de l’interblocage

Les trajectoires de ressources

Mettre deux processus sur deux axes diff´erents. Mettre, aussi, deux ressources et montrer qu’on doit raisonner en fonction de

trajectoires.

Algorithme du banquier

◮ Chaque processus doit annoncer le nombre maximum d’instance de la ressource qu’il pourra demander.

◮ Lorsqu’un processus demande une ressource, il peut ˆetre mis en attente.

◮ Quand un processus poss`ede toute les ressources dont il a besoin, il termine son ex´ecution dans un temps fini.

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Pr´evision de l’interblocage

Etats sˆurs et non sˆurs´ Etat sˆ´ ur

A Max

(A) 3 9

(B) 2 4

(C) 2 7

Libre : 3

´Etat non sˆur A Max

(A) 4 9

(B) 2 4

(C) 2 7

Libre : 2

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D´efinition

C’est un processus l´eger.

Elements partag´es par les threads d’un processus´

◮ Esapce d’adressage

◮ Variables globales

◮ Fichiers ouverts

◮ Processus enfant

◮ Alertes en attente

◮ Signaux et handlers de signaux

◮ Information de d´ecompte

Elements propres `a chaque thread´ Compteur ordianl, Registres, Pile et ´Etat

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UNIX

Priorité utilisateur 0 Attente du buffer dique

Attente E/S disque

Priorité utilisateur 1 Priorité utilisateur 2

.. .

.. . maximale

Priorité

Priorité minimale

Attente d’affichage à l’écran

2 1 0

−1

−2

−3

Processus attendant en mode noyau

Processus attendant en mode utilisateur

Processus mis en file de priorité 3

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LINUX

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Windows

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