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Processi e threadProcessi e thread
Il processo è Il processoè unun
programma in esecuzioneprogramma in esecuzione
^ È lÈl’’ unitàunità di esecuzionedi esecuzione^ all’all’interno del SOinterno del SO
^ Solitamente, esecuzioneSolitamente, esecuzione^ sequenzialesequenziale^ (istruzioni(istruzioni vengono eseguite in sequenza, secondo l’vengono eseguite in sequenza, secondo l’ordineordine specificato nel testo del programma)specificato nel testo del programma)
^ SO multiprogrammato consenteSO multiprogrammato consente^ l’l’esecuzioneesecuzione concorrente di piconcorrentedi piùù processiprocessi
D’ D’ora in poi faremo implicitamente riferimentoora in poi faremo implicitamente riferimento sempre al caso di SO multiprogrammatisempre al caso di SOmultiprogrammati
Concetto di processoConcetto di processo
Sistemi Operativi L-A: Processi e thread 3
Programma = entitProgramma = entitàà passivapassiva Processo = entitProcesso = entitàà attivaattiva
Il processo è Il processoè rappresentato da:rappresentato da:
codicecodice (( texttext ) del programma eseguito) del programma eseguito
dati:dati: variabili globali
program counter
alcuni registri di CPU
^ stackstack :^ parametri, variabili locali a funzioni/procedure
Concetto di processo Concetto di processo
Processo = {PC, registri,Processo = {PC, registri, stackstack,, text, dati}text, dati}
Inoltre, a un processo possono essere associate Inoltre, a un processo possono essere associate delledelle risorse di SOrisorse di SO. Ad esempio:. Ad esempio:
file apertifile aperti
connessioni di reteconnessioni di rete
altri dispositivi di I/O in usoaltri dispositivi di I/O in uso
......
Concetto di processo Concetto di processo
Sistemi Operativi L-A: Processi e thread 7
Transizioni di stato:Transizioni di stato:
Stati di un processo Stati di un processo
init
ready running
waiting
terminated
Assegnazione CPU
Revoca CPU Attesa di evento un evento
terminazione
creazione
processo attivo
Stati di un processo Stati di un processo
In un sistema monoprocessore e
multiprogrammato :
un solo processo (al massimo) si trova nello stato running più processi possono trovarsi negli stati ready e waiting necessità di strutture dati per mantenere in memoria le informazioni su processi in attesa
- di acquisire la CPU (ready)
- di eventi (waiting)
Descrittore di processo
Sistemi Operativi L-A: Processi e thread 9
Come vengono rappresentati i processi in SO?Come vengono rappresentati i processi in SO?
^ Ad ogni processo viene associata una struttura datiAd ogni processo viene associata una struttura dati (descrittore):(descrittore): Process Control BlockProcessControl Block (^) (( PCBPCB )) PCBPCB contiene tutte lecontiene tutte le informazioni relative alinformazionirelative al processoprocesso ::
- – Stato del processo;Stato del processo;^ - Program-Program countercounter
- – Contenuto dei registri di CPU (SP, IR, accumulatori, ...)Contenuto dei registri di CPU (SP, IR, accumulatori, ...)
- – Informazioni di scheduling (prioritInformazioni di scheduling (prioritàà, puntatori alle code, ...), puntatori alle code, ...)
- – Informazioni per gestore di memoria (registri base, limite, ...)Informazioni per gestore di memoria (registri base, limite, ...)
- – Informazioni relative allInformazioni relative all’’I/O (risorse allocate, file aperti, ...)I/O (risorse allocate, file aperti, ...)
- – Informazioni di accounting (tempo di CPU utilizzato, ...)Informazioni di accounting (tempo di CPU utilizzato, ...)
- – ......
Rappresentazione dei processiRappresentazione dei processi
Process Control Block ProcessControl Block
stato del processo identificatore del processo PC
registri
limiti di memoria file aperti ...
Il sistema operativoIl sistema operativo gestisce i PCB di tutti igestisce i PCB di tutti i processi, organizzandoli inprocessi, organizzandoli in opportune strutture datiopportune strutture dati (ad(ad esempioesempio codecode di processi)di processi)
Sistemi Operativi L-A: Processi e thread 13
Scheduler a medio termine ( Schedulera medio termine (swapperswapper))
Nei sistemi operativi multiprogrammati:
quantità di memoria fisica può essere minore della somma delle dimensioni degli spazi logici di indirizzi da allocare a ciascun processo grado di multiprogrammazione non è, in generale, vincolato dalle esigenze di spazio dei processi
Swapping : trasferimento temporaneo in
memoria secondaria di processi (o di parti di processi),
in modo da consentire l’esecuzione di altri processi
ÈÈ quella parte del SO che si occupa dellaquella parte del SO che si occupa della
selezione dei processi a cui assegnare la CPUselezione dei processi a cui assegnare la CPU
Nei sistemi timeNei sistemi time sharingsharing, allo scadere di ogni quanto, allo scadere di ogni quanto
di tempo, SO:di tempo, SO:
decidedecide a quale processoa quale processo (^) assegnare la CPUassegnare la CPU (scheduling di CPU)(scheduling di CPU) effettua ileffettua il cambio di contesto (contextcambio di contesto(context switchswitch))
Scheduler a breve termine ( Schedulera breve termine ( o di CPUo di CPU ))
Sistemi Operativi L-A: Processi e thread 15
È la fase in cuiÈla fase in cui l’l’uso della CPU viene commutatouso della CPU viene commutato
da un processo ad un altroda un processo ad un altro
Quando avviene un Quando avviene un cambio di contestocambio di contesto tra un processo Ptra un processo P (^) ii ad unad un processo Pprocesso P^ i+1i+1 (ovvero, P(ovvero, P^ ii cede l’cede l’uso della CPU a Puso della CPU a P^ i+1i+1 ):):
- • Salvataggio delloSalvataggio dello statostato di Pdi P (^) ii : SO copia PC, registri,: SO copia PC, registri, ... del processo... del processo deschedulatodeschedulato PP (^) ii nel suo PCBnel suo PCB
- • Ripristino delloRipristino dello statostato di Pdi P (^) i+1i+1 : SO trasferisce i dati del: SO trasferisce i dati del processo Pprocesso P (^) i+1i+1 dal suo PCB nei registri di CPU, chedal suo PCB nei registri di CPU, che può cosìpuò così riprendere lriprendere l’’esecuzioneesecuzione ÎÎ Il passaggio da un processo al successivo può richiedereIl passaggio da un processo al successivo può richiedere onerosionerosi trasferimenti da/verso la memoria secondariatrasferimenti da/verso la memoria secondaria , per, per allocare/deallocare gli spazi di indirizzi dei processi (vedi geallocare/deallocare gli spazi di indirizzi dei processi (vedi gestionestione della memoria)della memoria)
Cambio di contesto Cambio di contesto
Cambio di Cambiodi contestocontesto
Sistemi Operativi L-A: Processi e thread 19
Coda dei processi pronti ( Coda dei processi pronti ( readyready queuequeue ):):
strategia di gestione dellastrategia di gestione della ready queuereadyqueue dipende dalledipende dalle politiche (algoritmi) di politiche(algoritmi) di schedulingscheduling adottate dal SOadottate dal SO (parleremo di algoritmi di scheduling nelle prossime lezioni)
Code di Scheduling Code diScheduling
primo ultimo
PCB (^) i PCB^ j PCB^ k
Ready queue e altre Ready queue ealtre code percode per dispositividispositivi I/OI/O
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Short- Short-term schedulingterm scheduling
Short- Short-term + mediumterm + medium--term schedulingterm scheduling
Sistemi Operativi L-A: Processi e thread 25
Creazione di processiCreazione di processi
- Un processo ( padre ) può richiedere la creazione
di un nuovo processo ( figlio )
- È possibile realizzare gerarchie di processi
padre
figlio
creazione ( fork )
...
Gerarchie di processiGerarchie di processi ((eses. UNIX). UNIX)
init
shell (^) shell
Processo 1
Processo 2
Processo 3
Sistemi Operativi L-A: Processi e thread 27
Relazione padre- Relazione padre-figliofiglio
Vari aspetti/soluzioni:Vari aspetti/soluzioni:
concorrenza
- padre e figlio procedono in parallelo (es. UNIX), oppure
- il padre si sospende in attesa della terminazione del figlio condivisione di risorse
- le risorse del padre (ad esempio, i file aperti) sono condivise con i figli (es. UNIX), oppure
- il figlio utilizza risorse soltanto se esplicitamente richieste da se stesso spazio degli indirizzi
- duplicato : lo spazio degli indirizzi del figlio è una copia di quello del padre (es. fork() in UNIX), oppure
- differenziato : spazi degli indirizzi di padre e figlio con codice e dati diversi (es. VMS, stesso processo dopo exec() in UNIX)
Terminazione Terminazione
Ogni processo:
è figlio di un altro processo può essere a sua volta padre di processi
SO deve mantenere le informazioni relative alle
relazioni di parentela
: nel descrittore: riferimento al padre
Se un processo termina:
il padre può rilevare il suo stato di terminazione tutti i figli terminano
Sistemi Operativi L-A: Processi e thread 31
Processi single Processi single-- o multio multi--threadedthreaded
Vantaggi dei thread Vantaggi dei thread
- Condivisione di memoria : a differenza dei
processi ( pesanti ), un thread può condividere
variabili con altri (appartenenti allo stesso task)
- Minor costo di context switch : PCB di thread
non contiene alcuna informazione relativa a
codice e dati
: cambio di contesto fra thread dello stesso task ha un costo notevolmente inferiore al caso dei processi pesanti
- Minor protezione : thread appartenenti allo
stesso task possono modificare dati gestiti da
altri thread
Sistemi Operativi L-A: Processi e thread 33
Realizzazione di thread Realizzazione di thread
Alcuni SO offrono anche l’implementazione del
concetto di thread (es. MSWinXP, Linux ,
Solaris)
Realizzazione
A livello kernel ( MSWinXP, Linux, Solaris, MacOSX):
SO gestisce direttamente i cambi di contesto
- tra thread dello stesso task (trasferimento di registri)
- tra task SO fornisce strumenti per la sincronizzazione nell’accesso di thread a variabili comuni
Realizzazione di thread Realizzazione di thread
Realizzazione
- A livello utente (es. Andrew - Carnegie Mellon, POSIX pthread, vecchie versioni MSWin, Java threadJava thread): il passaggio da un thread al successivo (nello stesso task) non richiede interruzioni al SO ( maggior rapidità ) SO vede processi pesanti : minore efficienza - es. sospensione di un thread - Cambio di contesto tra thread di task diversi
- Soluzioni miste
thread realizzati a entrambi i livelli contemporan.
Sistemi Operativi L-A: Processi e thread 37
Processi interagenti Processi interagenti
Supporto all’interazione
L’interazione può avvenire mediante
- memoria condivisa (modello ad ambiente globale ): SO consente ai processi ( thread ) di condividere variabili; l’interazione avviene tramite l’accesso a variabili condivise
- scambio di messaggi (modello ad ambiente locale ): i processi non condividono variabili e interagiscono mediante meccanismi di trasmissione/ricezione di messaggi; SO prevede dei meccanismi a supporto dello scambio di messaggi
Processi interagenti Processi interagenti
Aspetti
concorrenza -> velocità suddivisione dei compiti tra processi -> modularità condivisione di informazioni
- assenza di replicazione: ogni processo accede alle stesse istanze di dati
- necessità di sincronizzare i processi nell’accesso a dati condivisi
Sistemi Operativi L-A: Processi e thread 39
Processi cooperanti Processi cooperanti
Esempio: produttore & consumatore
Due processi accedono a un buffer condiviso di
dimensione limitata:
un processo svolge il ruolo di produttore di informazioni che verranno prelevate dall’altro processo ( consumatore ) buffer rappresenta un deposito di informazioni condiviso
Produttore & consumatore Produttore & consumatore
msg
produttore consumatore
buffer
