Syst` emes d’Exploitation Cours 2/10 : Processus I

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Processus : définition Rôle de l’OS Création de processus Notion dethread Synthèse

Syst` emes d’Exploitation Cours 2/10 : Processus I

Nicolas Sabouret

Universit´e Paris-Sud Licence 3 - semestre S5

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Plan

1 Processus : d´efinition

2 Rˆole de l’OS

3 Cr´eation de processus

4 Notion dethread

(3)

Plan

2 Rˆole de l’OS

4 Notion dethread

5 Synth`ese

(4)

D´efinition Programme

Unprogrammeest unes´equence d’instructions Processeur

Unprocesseurest unautomate (´electronique) de traitement. Il peut ex´ecuterun programme

Il modifie sont ´etat en fonction des instructions Processus

Unprocessusest unprogramme ex´ecut´e par un processeur.

(5)

Unprogrammeest unes´equence d’instructions

Processeur

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(7)

Unprocesseurest unautomate (´electronique) de traitement.

Il peut ex´ecuterun programme

Il modifie sont ´etat en fonction des instructions

Processus

(8)

Unprocesseurest unautomate (´electronique) de traitement.

Il peut ex´ecuterun programme

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Programme et processus Processus

Un processus est un programme ex´ecut´e par un processeur

→Un mˆeme programme peut donner naissance `aplusieurs processus.

Exemples de processus

Logiciel de traitement de texte en cours d’ex´ecution Compilation de code source

Tâche système (ex : envoi de données vers l’imprimante) Création

Un processus est forcément créé par un autre processus

(ex : par l’OS)

(10)

(ex : par l’OS)

(11)

Tâche système (ex : envoi de données vers l’imprimante)

Cr´eation

(ex : par l’OS)

(12)

(13)

Remarque Concurrence

Dans un système moderne,plusieurs processus s’exécutent en parallèle

Exemples :

Leshell(tout l’interface graphique→plusieurs processus) L’´editeur TexStudio avec lequel je tape ce cours

Le compilateur LaTeX Le visualisateur PDF

Les processus de l’OS (gestion du r´eseau, gestion des utilisateurs, . . . )

Mode superviseur

On distingue les processus de l’OS des processus utilisateur

. . . mais tous sont en concurrence pour l’acc`es aux ressources

(14)

Remarque Concurrence

Dans un système moderne,plusieurs processus s’exécutent en parallèle

Exemples :

Leshell(tout l’interface graphique→plusieurs processus) L’´editeur TexStudio avec lequel je tape ce cours

Le compilateur LaTeX Le visualisateur PDF

Les processus de l’OS (gestion du r´eseau, gestion des utilisateurs, . . . )

Mode superviseur

On distingue les processus de l’OS des processus utilisateur

(15)

Structure de donn´ees d’un processus Environnement

Variables h´erit´ees du processus parent Ex :PATH=/usr/bin:/usr/local/bin:...

Tas

Constantes (ex :public static final int BIDULE=47;) Variables globales

Pile

Variables temporaires + contexte(ex : compteur d’instruction)

Code

Recopie du programme machine

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Processus : définition Rôle de l’OS Création de processus Notion dethread Synthèse Structure d’un processus Cycle de vie Consistance

Plan

2 Rˆole de l’OS

Structure d’un processus Cycle de vie

Consistance

4 Notion dethread

5 Synth`ese

(17)

Rˆole de l’OS

Cr´eation et suppression de processus Programme→ processus

Munirle programme desinformationsn´ecessaires pour sonex´ecution

Suspension et reprise

Multiprogrammation et temps partag´e→ interrompre et reprendre les processus

Gestion de la mémoireoù sont stockées les processus interrompus

Communication et synchronisation

Partage de données en plusieurs processus Consistance de l’état de la mémoire

(18)

Rˆole de l’OS

(19)

Structure de donn´ees Process Control Block

Bloc de contrˆole de processus

Structure de données contenant les informations relatives à un processusutilisée par l’OS pour la gestion des processus.

Contenu

Définir l’ensemble des éléments utiles

(Exercice)

(20)

M´emoire

Repr´esenter les informations m´emoire

Pointeur de pile

Variables d’environnement Tas (variables globales)

M´emoire pagin´ee : table des pages (adresse logique→ adresse physique)

M´emoire segment´ee : table des segments (adresse de base, limite)

Voircours 6

(21)

M´emoire

Repr´esenter les informations m´emoire Pointeur de pile

Variables d’environnement Tas (variables globales)

M´emoire pagin´ee : table des pages (adresse logique→ adresse physique)

M´emoire segment´ee : table des segments (adresse de base, limite)

Voircours 6

(22)

Processeur

G´erer l’acc`es au processeur

Ordonnancement

Valeur de priorit´e

Pointeur vers la file de priorit´e

Données d’utilisation passée du processeur (fréquence, durée. . . )

Voircours 3

Usage du processeur

Informations sur l’utilisateur du processeur

(23)

Processeur

Ordonnancement

Voircours 3

Usage du processeur

(24)

Processeur

Ordonnancement

Voircours 3

Usage du processeur

(25)

P´eriph´eriques

Gérer l’accès aux périphériques

Certains périphériques ne peuvent pas être utilisés par plusieurs processus en même temps.

Ex : imprimante→ file d’attente

Tous les processus n’ont pas accès à tous les périphériques (droits d’accès)

Ex : disque r´eseau mont´e par un utilisateur

Dans le PCB

Chaque processus se voit attribué un ensemble de périphériques

→liste d’identifiants de p´eriph´eriques

(26)

P´eriph´eriques

Gérer l’accès aux périphériques

Certains périphériques ne peuvent pas être utilisés par plusieurs processus en même temps.

Ex : imprimante→ file d’attente

Tous les processus n’ont pas accès à tous les périphériques (droits d’accès)

Ex : disque r´eseau mont´e par un utilisateur Dans le PCB

Chaque processus se voit attribué un ensemble de périphériques

→liste d’identifiants de p´eriph´eriques

(27)

Temps partag´e Probl`eme

Lorsqu’oninterromptun processus, il faut ˆetre capable de le reprendre plus tard. . .

Informations sur l’´etat du processus Exemples :

Compteur d’instruction Registres du processus

´Etat du processus

Actif ou non (voir cycle de vie. . .)

(28)

´Etat du processus

(29)

´Etat du processus

(30)

Contenu d’un PCB

Contenu

Informationmémoire (voircours 6) Données d’ordonnancement (voircours 3) Périphériques alloués

Informations d’usage

Etat´ du processus (voir cycle de vie) +sauvegardede l’´etat du processeur

(31)

Rˆole de l’OS

(32)

Cycle de vie du processus

Nouveau

Prˆet Chargement

du code

´Edition de liens Recopie de l’ environnement

Initialisation du tas

Initialisation pointeur pile

Ex´ecution Lancement

1^ereinstruction

ordonnanceur

Allocations de ressources sur demande

Termin´e

interruption En Attente

requˆete E/S

fin E/S (interruption)

(33)

Nouveau

Prˆet Chargement

du code

´Edition de liens Recopie de l’

environnement Initialisation

du tas

Le processus prˆet est mis dans la file d’attente

1^ereinstruction

ordonnanceur

Termin´e

requˆete E/S

(34)

Nouveau

Prˆet Chargement

du code

du tas

Ex´ecution

Le processus est sélectionné pour l’accès au processeur Lancement

1^ereinstruction

ordonnanceur

Termin´e

requˆete E/S

(35)

Nouveau

Prˆet Chargement

du code

du tas

1^ereinstruction

ordonnanceur

Termin´e

requˆete E/S

(36)

Nouveau

Prˆet Chargement

du code

du tas

1^ereinstruction

ordonnanceur

Termin´e

interruption

Un seul processus en exécution à la fois Mais plusieurs peuvent être prêts (file d’attente)

En Attente requˆete E/S

(37)

Nouveau

Prˆet Chargement

du code

du tas

1^ereinstruction

ordonnanceur

Termin´e

requˆete E/S

Les processus passent la main lorsqu’ils acc`edent `a une autre ressource (E/S)

(38)

Nouveau

Prˆet Chargement

du code

du tas

1^ereinstruction

ordonnanceur

Termin´e

requˆete E/S

(39)

Nouveau

Prˆet Chargement

du code

du tas

1^ereinstruction

ordonnanceur

Termin´e

requˆete E/S

0-1 processus en ex´ecution 0-N processus prˆets 0-N processus en attente

(40)

Nouveau

Prˆet

Chargement du code

´Edition de liens Recopie de l’ environnement

Initialisation du tas

Ex´ecution

ordonnanceur

Lancement 1^ereinstruction

ordonnanceur

Termin´e

requˆete E/S

0-1 processus en ex´ecution 0-N processus prˆets 0-N processus en attente

(41)

Prˆet

Ex´ecution

En Attente

Suspension de l’ex´ecution Le processus en ex´ecution laisse la main si :

Il fait une demande d’E/S

→ liste EA

Sa tranche de temps est expir´ee

→ file Prˆet

Il cr´ee un processus fils

→ file Prˆet

Il lance une interruption wait

→ liste EA

(42)

Prˆet

Ex´ecution

En Attente

→ liste EA

→ file Prˆet

→ liste EA

(43)

Prˆet

Ex´ecution

En Attente

→ liste EA

→ file Prˆet

→ liste EA

(44)

Prˆet

Ex´ecution

En Attente

→ liste EA

→ file Prˆet

→ liste EA

(45)

Prˆet

Ex´ecution

En Attente

→ liste EA

→ file Prˆet

→ liste EA

(46)

Prˆet

Ex´ecution

En Attente

→ liste EA

→ file Prˆet

Il lance une interruptionwait

→ liste EA

(47)

Prˆet

Ex´ecution

En Attente

→ liste EA

→ file Prˆet

Il lance une interruptionwait

→ liste EA

(48)

Rˆole de l’OS

(49)

Consistance de la m´emoire

M´emoire (RAM) UC (registres) Processus 1 Processus 2

A

Deux processus en m´emoire se partagent une donn´ee A

(50)

A

Processus 1s’ex´ecute

UC (registres)

(51)

A

UC (registres)

A A

Processus 1souhaite effectuer A = A+1

(52)

A A

A

Processus 2prend la main : l’OS sauve l’´etat de A en m´emoire

(53)

A A

Processus 2s’ex´ecute

UC (registres)

(54)

A A

UC (registres)

A A

Processus 2souhaite effectuer A = A+1

(55)

A A

UC (registres) A1

Processus 2effectue A = A+1

(56)

A

A A₁

A1

Processus 1prend la main : l’OS sauve l’´etat de A en m´emoire

(57)

A

A A₁

La variable A existe à 3 endroits différents, avec des valeurs différentes !

(58)

A

A A₁

UC (registres) A

Processus 1reprend o`u il en ´etait

(59)

A

A A₁

UC (registres) A1

Processus 1effectue A = A+1

(60)

A

A A₁

UC (registres) A1

Le processus travaille sur une mauvaise valeur de A !

(61)

A

A A₁

UC (registres) A1

Le processus travaille sur une mauvaise valeur de A ! Et il y a aussi le cache, la RAM, le disque (swap). . .

(62)

Actions de l’OS

m´emoire : chaque processus a son propre espace m´emoire

→ pas de problème de consistance mémoire/processeur Verrous : un processus peut verrouiller l’accès à un fichier

→ file d’attente pour l’acc`es `a la ressource Algorithmes de synchronisation

→ cours 4

(63)

Processus : définition Rôle de l’OS Création de processus Notion dethread Synthèse Création de processus

Plan

2 Rˆole de l’OS

3 Cr´eation de processus Cr´eation de processus

4 Notion dethread

5 Synth`ese

(64)

Cr´eation Rappel

Sous Unix

2 appels syst`eme :

fork pour cr´eer un processus `a partir du processus courant

→ Le processus estdupliqu´e

exec pour remplacerle processus courant par un autre processus

Sous Windows

createprocesspour cr´eer un processus (cf.exec Unix)

→ Le processus courant estconserv´e

(65)

Cr´eation Rappel

Un processus est forcément créé par un autre processus Sous Unix

2 appels syst`eme :

Sous Windows

→ Le processus courant estconserv´e

(66)

Cr´eation Rappel

Un processus est forcément créé par un autre processus Sous Unix

2 appels syst`eme :

Sous Windows

(67)

Cr´eation d’un processus en C (Unix)

# i n c l u d e < s t d i o . h >

# i n c l u d e < s t d l i b . h >

# i n c l u d e < sys / t y p e s . h >

# i n c l u d e < u n i s t d . h >

int m a i n () {

p r i n t f ( " S t a r t i n g . . . \ n " );

r e t u r n 0;

}

(68)

#include ...

int m a i n () {

r e t u r n 0;

}

(69)

#include ...

int m a i n () {

p i d _ t p r o c ; p r o c = f o r k();

r e t u r n 0;

}

(70)

#include ...

int m a i n () { ...

pid t proc = fork();

if ( p r o c == -1)

f p r i n t f ( stderr , " f o r k f a i l e d " );

r e t u r n 0;

}

(71)

#include ...

int m a i n () { ...

e l s e {

if ( p r o c = = 0 ) {

/* c ’ est le f i l s */

p r i n t f ( " % d : f i l s de % d \ n " , g e t p i d () , g e t p p i d ( ) ) ; } e l s e {

/* c ’ est le p e r e */

p r i n t f ( " % d : p e r e de % d \ n " , g e t p i d () , p r o c );

} }

r e t u r n 0;

(72)

#include ...

int m a i n () { ...

if ( p r o c = = 0 ) {

/* c ’ est le f i l s */

p r i n t f ( " % d : f i l s de % d \ n " , g e t p i d () , g e t p p i d ( ) ) ; s l e e p ( 5 ) ;

p r i n t f ( " % d : t e r m i n e \ n " , g e t p i d ( ) ) ; e x i t ( 5 ) ;

} e l s e { ...

} }

(73)

#include ...

int m a i n () { ...

} e l s e {

/* c ’ est le p e r e */

int r ;

w a i t p i d ( proc , & r , 0); /* a t t e n t e du f i l s */

p r i n t f ( " % d : f i l s % d s o r t ( c o d e % d )\ n " , g e t p i d () , proc , r );

} }

r e t u r n 0;

}

(74)

# i n c l u d e < s t d i o . h >

int m a i n () {

if ( p r o c == -1)

e l s e {

if ( p r o c = = 0 ) { /* c ’ e s t le f i l s */

} e l s e {

/* c ’ e s t le p e r e */

int r ;

}

(75)

# i n c l u d e < s t d i o . h >

int m a i n () {

if ( p r o c == -1)

e l s e {

if ( p r o c = = 0 ) { /* c ’ e s t le f i l s */

} e l s e {

/* c ’ e s t le p e r e */

int r ;

}

R´esultat de l’ex´ecution :

Starting ...

29227: pere de 29228 29228: fils de 29227 29228: termine

29227: fils 29228 sort (code 1280)

(76)

Recouvrement d’un processus en C (Unix)

# i n c l u d e < s t d i o . h >

int m a i n () {

c h a r * a r g u [3] = { " " , " - a " , N U L L };

e x e c v( " / bin / u n a m e " , a r g u );

p r i n t f ( " Ce c o d e n ’ est j a m a i s a t t e i n t !\ n " );

r e t u r n 0;

}

(77)

# i n c l u d e < s t d i o . h >

int m a i n () {

c h a r * a r g u [3] = { " " , " - a " , N U L L };

r e t u r n 0;

}

R´esultat de l’ex´ecution :

Linux raxacorico 4.4.0-36-generic #55-Ubuntu SMP Thu Aug 11 18:01:55 UTC 2016 x86 64 x86 64 x86 64 GNU/Linux

(78)

# i n c l u d e < s t d i o . h >

int m a i n () {

c h a r * a r g u [3] = { " " , " - a " , N U L L };

r e t u r n 0;

}

Recouvrement

Le nouveau processusrecouvre l’ancien.

(79)

Lancement d’un nouveau processus en C (Unix) Probl`eme

Comment lancer un processus depuis un autre processus ?

Solution

forkpuis recouvrement

...

p i d _ t f i l s = f o r k (); if ( f i l s == -1)

f p r i n t f ( stderr , " f o r k f a i l e d " ); e l s e if ( f i l s = = 0 )

e x e c l p ( " p r o g r a m m e " , " nom " , N U L L ); /* s u i t e du p r o g r a m m e p e r e */ ...

(80)

Lancement d’un nouveau processus en C (Unix) Probl`eme

Comment lancer un processus depuis un autre processus ?

Solution

forkpuis recouvrement

...

p i d _ t f i l s = f o r k ();

if ( f i l s == -1)

e l s e if ( f i l s = = 0 )

e x e c l p ( " p r o g r a m m e " , " nom " , N U L L );

/* s u i t e du p r o g r a m m e p e r e */

...

(81)

Branchement et recouvrement Processus

p`ere

Processus fils fork

Recopie de l’int´egralit´e du programme pour le processus fils

Nouveau processus exec

Recouvrement du processus

→ fin du processus fils

Ex´ecution

(82)

p`ere

Processus fils fork

Ex´ecution

(83)

p`ere

Processus fils fork

Ex´ecution

(84)

p`ere

Processus fils fork

Ex´ecution

(85)

p`ere

Processus fils fork

Ex´ecution

(86)

p`ere

Processus fils fork

Ex´ecution

(87)

Plan

2 Rˆole de l’OS

4 Notion dethread

5 Synth`ese

(88)

Thread D´efinition

Lathreadest l’unit´e de base du processus.

Un processus peut avoir plusieursthreads

Les threadspartagent le même code et les mêmes données Chaque thread a sa propre pile

Exemple : serveur web

Rˆole : traiter les requˆetes HTTP et renvoyer les pages correspondantes

Un seul ensemble de donn´ees (fichiers HTML, PHP, . . . ) Un seul programme (traiter les requˆetes)

Une nouvelle thread `a chaque requˆete