Cours 1 : Gestion de l'activité
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### 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:
|composante|description|
|--|--|
| section de texte        |source en asm|
| compteur d'instructions |position actuelle dans le prog.|
| contenu des registres   |dans le cache proc.|
| pile d'exécution        |mémoire dynamique d'exécution|
| section des données     |variables globales|

_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

![Diagramme d'états](/diagrammeetat.png)

_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 !!

![Schéma de commutation](/commutation.png)


##### 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