Nicolas Sabouret

(1)

Questions de cours Ordonnancement Processus Synchronisation Conclusion

Syst` emes d’Exploitation Cours 7/13 : Partiel 2016-2017

Nicolas Sabouret

Universit´e Paris-Sud Licence 3 - semestre S5

Info32b Syst`emes d’Exploitation Nicolas Sabouret 1/28

(2)

Plan

1 Questions de cours

2 Ordonnancement

3 Processus

4 Synchronisation

(3)

Plan

2 Ordonnancement

3 Processus

4 Synchronisation

5 Conclusion

(4)

Cycle de vie

Quelles les principales ´etapes du cycle de vie d’un processus pour l’OS ?

Cr´eation du processus

Passage dans la file des processus prˆets Ex´ecution du processus

Interruption→ retour dans la file prˆets Mise en attente du processus (E/S)

Terminaison

Prˆet

Ex´ecution

En Attente

(5)

Cycle de vie

Quelles les principales ´etapes du cycle de vie d’un processus pour l’OS ?

Cr´eation du processus

Passage dans la file des processus prˆets Ex´ecution du processus

Interruption→ retour dans la file prˆets Mise en attente du processus (E/S)

Terminaison

Prˆet

Ex´ecution

En Attente

(6)

A propos du cycle de vie. . .`

Cr´eation de processus

Les processus sont créés par l’OS(qui est lui-même un processus)

L’OS munit le processus des informations n´ecessaires pour son ex´ecution → il construit un PCB

Les informations pour la m´emoire (pointeur de pile, table des pages, etc.)

Les informations de contrôle (priorité, propriété, droits, etc.) Les données des registres (interruption et reprise)

L’OS modifie le code (assembleur) stock´e en m´emoire

Edition de liens, stub. . .´

L’OS fournit des donn´ees au processus (l’environnement) L’OS alloue des ressources sur demande du processus en ex´ecution

Pour cela, il lance une routine... donc il interrompt le processus !

(7)

(8)

(9)

(10)

´Edition de liens, stub. . .

(11)

´Edition de liens, stub. . .

(12)

Ordonnancement

Quel est le meilleur algorithme d’ordonnancement ?

Aucun !

Cela dépend descritères choisis (temps d’attente moyen, rotation, etc.) et del’instance! En pratique, RR et SRT sont les plus utilisés, généralement combinés entre et avec des priorités. SRT garantit le meilleur temps d’attente moyen mais il peut provoquer des famines.

CPU HD1

0 1 2 3 4 5 6

P1 P2,P3

Proc.1

Proc.2 Proc.1

Proc.2 Proc.3

(13)

Ordonnancement

Quel est le meilleur algorithme d’ordonnancement ? Aucun !

Cela dépend descritères choisis (temps d’attente moyen, rotation, etc.) et del’instance! En pratique, RR et SRT sont les plus utilisés, généralement combinés entre et avec des priorités. SRT garantit le meilleur temps d’attente moyen mais il peut provoquer des famines.

CPU HD1

0 1 2 3 4 5 6

P1 P2,P3

Proc.1

Proc.2 Proc.1

Proc.2 Proc.3

(14)

Mémoire paginée/segmentée/virtuelle

L’adresse logique peut-elle contenir plus de bits que l’adresse physique ?

Oui !

C’est le principe de lamémoire virtuelle où chaque processus se voit alloué plus de mémoire qu’il ne peut effectivement utiliser.

Espace de stockage (disque)

pagepage pagepage pagepage pagepage pagepage pagepage pagepage pagepage

M´emoire physique (RAM) M´emoire

virtuelle

= espace adressable

(par processus) page 0 page 1

page 4

pages utilis´ees

page 0 page 1

page 4

pages non utilis´ees

page 2 page 3

page 5 . . .

(15)

Mémoire paginée/segmentée/virtuelle

L’adresse logique peut-elle contenir plus de bits que l’adresse physique ?

Oui !

C’est le principe de lamémoire virtuelle où chaque processus se voit alloué plus de mémoire qu’il ne peut effectivement utiliser.

Espace de stockage (disque)

pagepage pagepage pagepage pagepage pagepage pagepage pagepage pagepage

M´emoire physique (RAM) M´emoire

virtuelle

= espace adressable

(par processus) page 0 page 1

page 4

pages utilis´ees

page 0 page 1

page 4

pages non utilis´ees

page 2 page 3

page 5 . . .

(16)

Synchronisation

Quelle est la diff´erence entre un MUTEX et un s´emaphore ?

Le sémaphore s’applique à N processus(N quelconque et variable), le MUTEX est limité à 2 (ou à N fixé à l’avance) Les sémaphores mal combinés peuvent provoquer des interblocages, pas les MUTEX.

L’impl´ementation des s´emaphores contient des sections critiques, donc il faut utiliser des MUTEX.

P1

P2

Section Critique

Mutex

(17)

Synchronisation

Quelle est la différence entre un MUTEX et un sémaphore ? Le sémaphore s’applique à N processus(N quelconque et variable), le MUTEX est limité à 2 (ou à N fixé à l’avance) Les sémaphores mal combinés peuvent provoquer des interblocages, pas les MUTEX.

L’impl´ementation des s´emaphores contient des sections critiques, donc il faut utiliser des MUTEX.

P1

P2

Section Critique

Mutex

(18)

Plan

2 Ordonnancement

3 Processus

4 Synchronisation

5 Conclusion

(19)

Ordonnancement

On considère cinq processus. Nous indiquons la date d’arrivée dans l’ordonnanceur et la durée estimée :

Proc. Arriv´ee Dur´ee

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

(20)

Ordonnancement

On considère cinq processus. Nous indiquons la date d’arrivée dans l’ordonnanceur et la durée estimée :

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

FIFO

Indiquez dans un diagramme de Gantt le r´esultat d’un

ordonnancement de typeFIFO et le temps d’attente moyen^a.

a. En supposant que le temps de commutation est n´egligeable

(21)

Ordonnancement

FIFO

Indiquez dans un diagramme de Gantt le r´esultat d’un ordonnancement de typeFIFO et le temps d’attente moyen.

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P2 P3 P4 P5

Temps d’attente moyen :

0 + (7−1) + (11−1) + (13−2) + (15−3)

5 = 39

5 = 7.8

(22)

Ordonnancement

FIFO

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1

P2 P3 P4 P5

0 + (7−1) + (11−1) + (13−2) + (15−3)

5 = 39

5 = 7.8

(23)

Ordonnancement

FIFO

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P2

P3 P4 P5

0 + (7−1) + (11−1) + (13−2) + (15−3)

5 = 39

5 = 7.8

(24)

Ordonnancement

FIFO

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P2 P3

P4 P5

0 + (7−1) + (11−1) + (13−2) + (15−3)

5 = 39

5 = 7.8

(25)

Ordonnancement

FIFO

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P2 P3 P4

P5

0 + (7−1) + (11−1) + (13−2) + (15−3)

5 = 39

5 = 7.8

(26)

Ordonnancement

FIFO

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P2 P3 P4 P5

0 + (7−1) + (11−1) + (13−2) + (15−3)

5 = 39

5 = 7.8

(27)

Ordonnancement

FIFO

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P2 P3 P4 P5

0 + (7−1) + (11−1) + (13−2) + (15−3)

5 = 39

5 = 7.8

(28)

Ordonnancement

Plus court d’abord

Indiquez le r´esultat d’un ordonnancement de typeplus court d’abordet le temps d’attente moyen.

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P3 P5 P4 P2 P1

9 + 5 + 0 + 2 + 0

5 = 16

5 = 3.2

(29)

Ordonnancement

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1

P3 P5 P4 P2 P1

9 + 5 + 0 + 2 + 0

5 = 16

5 = 3.2

(30)

Ordonnancement

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P3

P5 P4 P2 P1

9 + 5 + 0 + 2 + 0

5 = 16

5 = 3.2

(31)

Ordonnancement

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P3 P5

P4 P2 P1

9 + 5 + 0 + 2 + 0

5 = 16

5 = 3.2

(32)

Ordonnancement

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P3 P5 P4

P2 P1

9 + 5 + 0 + 2 + 0

5 = 16

5 = 3.2

(33)

Ordonnancement

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P3 P5 P4 P2

P1

9 + 5 + 0 + 2 + 0

5 = 16

5 = 3.2

(34)

Ordonnancement

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P3 P5 P4 P2 P1

9 + 5 + 0 + 2 + 0

5 = 16

5 = 3.2

(35)

Ordonnancement

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P3 P5 P4 P2 P1

9 + 5 + 0 + 2 + 0

5 = 16

5 = 3.2

(36)

Ordonnancement

Round Robin

Indiquez le r´esultat d’un ordonnancement de typeRound Robin avec un quantum de 3 et le temps d’attente moyen.

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P2 P3 P4 P5 P1 P2 P1

(0 + 8 + 1) + (2 + 8) + 5 + 6 + 7)

5 = 37

5 = 7.4

(37)

Ordonnancement

Round Robin

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1

P2 P3 P4 P5 P1 P2 P1

(0 + 8 + 1) + (2 + 8) + 5 + 6 + 7)

5 = 37

5 = 7.4

(38)

Ordonnancement

Round Robin

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P2

P3 P4 P5 P1 P2 P1

(0 + 8 + 1) + (2 + 8) + 5 + 6 + 7)

5 = 37

5 = 7.4

(39)

Ordonnancement

Round Robin

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P2 P3

P4 P5 P1 P2 P1

(0 + 8 + 1) + (2 + 8) + 5 + 6 + 7)

5 = 37

5 = 7.4

(40)

Ordonnancement

Round Robin

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P2 P3 P4

P5 P1 P2 P1

(0 + 8 + 1) + (2 + 8) + 5 + 6 + 7)

5 = 37

5 = 7.4

(41)

Ordonnancement

Round Robin

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P2 P3 P4 P5

P1 P2 P1

(0 + 8 + 1) + (2 + 8) + 5 + 6 + 7)

5 = 37

5 = 7.4

(42)

Ordonnancement

Round Robin

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P2 P3 P4 P5 P1

P2 P1

(0 + 8 + 1) + (2 + 8) + 5 + 6 + 7)

5 = 37

5 = 7.4

(43)

Ordonnancement

Round Robin

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P2 P3 P4 P5 P1 P2

P1

(0 + 8 + 1) + (2 + 8) + 5 + 6 + 7)

5 = 37

5 = 7.4

(44)

Ordonnancement

Round Robin

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P2 P3 P4 P5 P1 P2 P1

(0 + 8 + 1) + (2 + 8) + 5 + 6 + 7)

5 = 37

5 = 7.4

(45)

Ordonnancement

Round Robin

P1 0 7

P2 1 4

P3 1 2

P4 2 2

P5 3 1

Date UC

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

P1 P2 P3 P4 P5 P1 P2 P1

(0 + 8 + 1) + (2 + 8) + 5 + 6 + 7)

5 = 37

5 = 7.4

(46)

Ordonnancement

Comparaison

Quel est le meilleur algorithme suivant le crit`ere du temps d’attente moyen ? Et suivant le crit`ere du temps d’attente min-max ?

Temps d’attente par processus et par algorithme :

Algo P1 P2 P3 P4 P5 Moyenne Max

FIFO 0 6 10 11 12 7.8 12 (P5)

SRT 9 5 0 2 0 3.2 9 (P1)

RR3 9 10 5 6 7 7.4 10 (P2)

Ü Sur les deux crit`eres, c’estSRTqui l’emporte !

(47)

Ordonnancement

Comparaison

Quel est le meilleur algorithme suivant le crit`ere du temps d’attente moyen ? Et suivant le crit`ere du temps d’attente min-max ?

Temps d’attente par processus et par algorithme :

Algo P1 P2 P3 P4 P5 Moyenne Max

FIFO 0 6 10 11 12 7.8 12 (P5)

SRT 9 5 0 2 0 3.2 9 (P1)

RR3 9 10 5 6 7 7.4 10 (P2)

Ü Sur les deux crit`eres, c’estSRTqui l’emporte !

(48)

Ordonnancement

Commutation

Si le temps de commutation est de 0,5 unit´es de temps, quel est le temps total d’ex´ecution des algorithmes ?

Il faut ajouter 0,5×nombre de commutations.

Pour FIFO, 4 commutations → 18 au lieu de 16 Pour SRT, 5 commutations→ 18,5 au lieu de 16 Pour RR3, 7 commutations → 19,5au lieu de 16

Le d´ebit et la rotation moyenne ne sont donc pas la mˆeme pour ces 3 algorithmes !

(49)

Ordonnancement

Commutation

Si le temps de commutation est de 0,5 unit´es de temps, quel est le temps total d’ex´ecution des algorithmes ?

Il faut ajouter 0,5×nombre de commutations.

Pour FIFO, 4 commutations → 18 au lieu de 16 Pour SRT, 5 commutations→ 18,5 au lieu de 16 Pour RR3, 7 commutations → 19,5au lieu de 16

Le d´ebit et la rotation moyenne ne sont donc pas la mˆeme pour ces 3 algorithmes !

(50)

Ordonnancement

Avec des E/S

On se place dans le contexte d’une ex´ecution plus longue :

Proc. Arrivée Durée 1 E/S 1 Durée 2 E/S 2 Durée 3

P1 0 7 3 8 fin

P2 1 4 fin

P3 1 2 5 3 4 5

P4 2 2 fin

P5 3 1 4 4 fin

Quel algorithme choisir, parmi tous ceux vus en cours ?

A discuter. . .`

Dilemme famine (SRT) vs réactivité (RR) vs performance Algorithmes avecpriorité Linux/Windows

Temps total de chaque processus ?

(51)

Ordonnancement

Avec des E/S

On se place dans le contexte d’une ex´ecution plus longue :

Proc. Arrivée Durée 1 E/S 1 Durée 2 E/S 2 Durée 3

P1 0 7 3 8 fin

P2 1 4 fin

P3 1 2 5 3 4 5

P4 2 2 fin

P5 3 1 4 4 fin

Quel algorithme choisir, parmi tous ceux vus en cours ? A discuter. . .`

Dilemme famine (SRT) vs réactivité (RR) vs performance Algorithmes avecpriorité Linux/Windows

Temps total de chaque processus ?

(52)

Plan

2 Ordonnancement

3 Processus

4 Synchronisation

5 Conclusion

(53)

Code C

# i n c l u d e ...

# d e f i n e N 100 int k = 1;

int m a i n () { int t [ N ];

int i ;

for ( i =0; i < N ; i ++) t [ i ] = r a n d ()% N ; p i d _ t f i l s = f o r k ();

if ( f i l s = = 0 ) { k =0;

for ( i =0; i < N ; i ++) if ( t [0] < t [ i ]) t [ 0 ] = t [ i ];

} e l s e {

for ( i =1; i < N ; i ++) t [ 0 ] + = t [ i ];

w a i t p i d ( fils , NULL , 0 ) ; }

p r i n t f ( " p r o c e s s u s % d : % d \ n " ,k , t [ 0 ] ) ; r e t u r n 0;

}

Processus 1

Que fait le processus 1 ?

Attention : c’est celui pour lequel fils6=0!

Ü Initialise al´eatoirement le tableau

Ü Calcule la sommedes

´

el´ements danst[0] Ü Affiche le r´esultat

(54)

Code C

# i n c l u d e ...

# d e f i n e N 100 int k = 1;

int i ;

if ( f i l s = = 0 ) { k =0;

} e l s e {

for ( i =1; i < N ; i ++) t [ 0 ] + = t [ i ];

}

Processus 1

´

(55)

Code C

# i n c l u d e ...

# d e f i n e N 100 int k = 1;

int i ;

if ( f i l s = = 0 ) { k =0;

} e l s e {

for ( i =1; i < N ; i ++) t [ 0 ] + = t [ i ];

}

Processus 1

´

el´ements danst[0]

Ü Affiche le r´esultat

(56)

Code C

# i n c l u d e ...

# d e f i n e N 100 int k = 1;

int i ;

if ( f i l s = = 0 ) { k =0;

} e l s e {

for ( i =1; i < N ; i ++) t [ 0 ] + = t [ i ];

}

Processus 0

Attention : c’est lefils!

Ü Le tableau a été initialisé par le père

Ü Calcule le maximumdes

´

(57)

Code C

# i n c l u d e ...

# d e f i n e N 100 int k = 1;

int i ;

if ( f i l s = = 0 ) { k =0;

} e l s e {

for ( i =1; i < N ; i ++) t [ 0 ] + = t [ i ];

}

Processus 0

Que fait le processus 0 ? Attention : c’est lefils!

Ü Le tableau a été initialisé par le père

Ü Calcule le maximumdes

´

el´ements danst[0]

Ü Affiche le r´esultat

(58)

Concurrence

Erreur

Y a-t-il un risque pour que les deux processus ne fournissent pas le r´esultat souhait´e ?

Ce qui est `a craindre, c’est que chacun bousille le tableau de l’autre. . .

Ü Non, car les deuxprocessus ont des espaces de données différents (pas de variable partagée, y compris le tableau).

(59)

Concurrence

Erreur

Ü Non, car les deuxprocessus ont des espaces de données différents (pas de variable partagée, y compris le tableau).

(60)

Concurrence

Erreur

Ü Non, car les deux processus ont des espaces de données différents (pas de variable partagée, y compris le tableau).

(61)

Concurrence

Communication

Comment faire pour que les processus puissent utiliser le r´esultat de l’autre processus ?

Ce qui ne marche pas, c’est d’utiliser le code retour du fils : ¸ca ne passe que dans un sens !

Ü Passer par desthreads et utiliser desvariables partag´ees (variables globales dans le tas) pour les r´esultats ;

Ü Créer deux variables partagées entre les processus à l’aide de shmget

Ü Utiliser une communication par TCP/IPentre les deux processus (on s’´eloigne du cours. . . )

...

(62)

Concurrence

Communication

...

(63)

Concurrence

Communication

...

(64)

Plan

2 Ordonnancement

3 Processus

4 Synchronisation

5 Conclusion

(65)

Donn´ees du probl`eme

Une route reliant Paris et l’Université Paris-Sud. La particularité de cette route est d’être à circulation alternée : des voitures peuvent y circuler ensemble dans le sens Orsay→ Paris ou dans le sens Paris

→Orsay, mais elles ne doivent jamais pouvoir se croiser.

Nous avons donc deux classe d’utilisateurs :VP→O (voitures de Paris vers Orsay) etVO→P.

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Analyse du probl`eme

Section critique

Rappeler la définition d’une section critique ainsi que les trois critères qui y sont associés.

Ü Une section critique est une portion de code qu’on ne peut pas interrompre car elle contient desvariables partag´ees. Ü On souhaite garantir l’exclusion mutuelle, led´eroulement et

l’attente bornée (ou vivacité). Problème similaire

Expliquez l’analogie avec le problème des lecteurs-écrivains (TD4). Ü C’est un problème de lecteurs-écrivains, sauf qu’il peut y avoir

plusieurs ´ecrivains en mˆeme temps.

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Section critique

Ü Une section critique est une portion de code qu’on ne peut pas interrompre car elle contient desvariables partag´ees.

Ü On souhaite garantir l’exclusion mutuelle, ledéroulement et l’attente bornée (ou vivacité).

Probl`eme similaire

Expliquez l’analogie avec le problème des lecteurs-écrivains (TD4). Ü C’est un problème de lecteurs-écrivains, sauf qu’il peut y avoir

plusieurs ´ecrivains en mˆeme temps.

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Section critique

Probl`eme similaire

Expliquez l’analogie avec le probl`eme des lecteurs-´ecrivains (TD4).

Ü C’est un problème de lecteurs-écrivains, sauf qu’il peut y avoir plusieurs écrivains en même temps.

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Section critique

Probl`eme similaire

Expliquez l’analogie avec le probl`eme des lecteurs-´ecrivains (TD4).

Ü C’est un problème de lecteurs-écrivains, sauf qu’il peut y avoir plusieurs écrivains en même temps.