Cours 1 : Gestion de l'activité

Processus

Notion de processus

1. Définition:

• activité/programme en exécution
• aspect actif vs. passif (programme/fichier)
• unité de travail dans la plupart des sys.

2. Objectif:

• exécution concurrente
• multiprogrammation
• temps partagé

Quelques aspects des processus

• les processus utilisent des ressources
  • processeur
  • mémoire
  • I/O
  • ..
• processus sys. vs. processus util.
• le S.E. est responsable de la gestion des processus:
  • création
  • destruction
  • allocation de ressources
  • ordonnancement
  • synchronisation
  • communication inter-processus
  • ..
• processus à multiples flots de contrôle (threads)

Implantation d'un processus

1. Eléments consistuants d'un processus:

Remarque: 2 processus peuvent exécuter le même programme mais ils ne partagent rien.

2. Bloc de contrôle d'un processus

+----------+--------------------+
| pointeur | état du processus  |
+----------+--------------------+
| numéro de processus           |
+-------------------------------+
| compteur de programme         |
+-------------------------------+
| registres                     |
+-------------------------------+
| limites mémoire               |
+-------------------------------+
| liste des fichiers ouverts    |
+-------------------------------+
| ...                           |
+-------------------------------+

PCB: Process Control Bloc

Contenu d'un PCB

• état courant du processus
• compteur d'instructions: adresse de la prochaine exécution à exécuter
• registres de processeur: doivent être sauvegardés afin de revenir au processus après interruption
• ..
• informations sur la gestion de mémoire: valeur des registres de base et de limite, tables de pages ou de segments
• information de comptabilisatio: temps CPU et réel, limite de temps, etc
• information de statut I/O: listes des périphériques alloués

Etat d'un processus

Remarque: à un instant donné

• un processus au plus est en exécution par le processeur
• plusieurs processus peuvent être prêts ou en attente

Commutation de contexte

• c'est la sauvegarde de l'état du processus courant et le chargement de l'état sauvegardé d'un nouveau processus
• contexte = PCB
• cout de la commutation (temps perdu) varie d'une machine à l'autre (sur certaines machines: dispositifs spéciaux pour la copie des registres) : de 1 à 1000 us.
• aspect critique de l'efficacité d'un système !!

Threads

• implémentent les flots d'exécution multiples (processus multithreadés - multithreaded processes)
• intérêt:
  • contrôle centralisé des différentes tâches (un seul processus) par le programmeur
  • économie de mém. (la plupart des informations du PCB sont communes aux différents threads)

Ordonnancement des processus

• Objectif: gérer l'accès concurrent aux ressources par les processus
• Gestion par files d'attentes
  • file d'attente des travaux : tous les processus
  • file d'attente des processus prêts (liste chainée de PCBs)
  • file d'attente pour chaque périphérique

Ordonnanceurs

1. ordonnanceur : programme chargé pour gérer l'ordonnancement
2. ordrdonnanceur à long terme : dans un contexte de traitement par lots (mode batch)
3. ordrdonnanceur à court terme : gère l'allocation du processeur (classique)
4. ordrdonnanceur à moyen terme : pour le swap (quand plus assez de mém. dans la mémoire centrale, il retire un processus et le transfère dans le HDD)

Problèmes de systèmes interactifs

• sur certains systèmes interactifs comme Unix, il n'y a pas d'ordonnanceur long terme (logique)
• si trop de processus (en particulier si beaucoup d'util.) la mémoire ne peut plus les contenir tous Solutions
• "Ejecter" des utilisateurs (bof bof)
• swap

Ordonnanceur à moyen terme

• Régule le degré de multiprogrammation en implémentant un mécanisme de transfert de processus de la mém. vers les unités de stockage et inversement : permutation ou swap
• Critères:
  • taux d'utilisation de la mém. principale (majorité du temps)
  • dosage entre les processus usant du processeur et processus usant des I/O
• Algorithme assez couteux et donc fréquence d'exécution faible (plusieurs sec)

Ordonnancement à court terme

• fréquence d'exécution élevée (< 0.1s)
• l'algorithme doit être efficace

exemple: si temps d'exécution = 0.01s, alors 9% du temps perdu dans l'ordonnancement.

Processus coopérants

• Intérêts:
  • partage d'information
  • accélération du calcul
  • modularité
  • commodité
  • interactivité
• Requiert des mécanismes permettant aux processus de coopérer
  • exemple: producteur/consommateur

Communication inter-processus

• Première solution: mémoire partagée
  • pas évident dans le cadre général (implantation des mécanismes de protection mém. plus complexe)
  • impossible dans un contexte distribué
• Seconde solution: fournir une fonctionnalité de communication interprocessus
  (IPC: InterProcess Communication)
  • communication + synchronisation

Implantation d'un IPC

• Par un système de passage de messages
  • 2 primitives de base : send et receive
• Implantation logique vs. physique
• Implantation physique
  • mémoire partagée
  • bus matériel
  • réseau
• Implantation logique
  • communication directe ou indirecte
  • communication symétrique ou asymétrique
  • mise en tampon automatique ou explicite
  • envoi par copie ou par référence
  • messages de taille fixe ou variable

Nommage

• Afin de pouvoir s'envoyer des messages les processus doivent pouvoir s'identifier et donc être nommés
• Communication directe
  • symétrique
    • send(proc1,message) / receive(proc2,{message})
  • asymétrique
    • send(proc2,message) / receive({id_envoyeur},{message})
  • inconvénient: renommage d'un processus lourd à gérer (définition de tous ses liens à redéfinir)
• Communication indirecte
  • utilisation d'une boite aux lettres (port)
  • send(A,message) / receive(A,message)
  • boites aux lettres publiques ou privées
    • boite privée propriété du processus qui l'a créée qui est le seul habilité à la lire (sauf s'il transmet le droit)
    • boite publique créée par le système

Synchronisation des processus

• Passage de message peut être synchrone ou asynchrone (bloquant ou non)
  • envoi bloquant
  • envoi non bloquant
  • réception bloquante
  • réception non bloquante
• Envoi et réception bloquants = rendez-vous

Mise en tampon

• Que la communication soit directe ou non, les messages sont stockés dans une file d'attente
  • capacité zéro: revient à envoi bloquant
  • capacité bornée: envoi bloquant si file pleine
  • capacité non bornée: envoi non bloquant