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Cours 1 : Gestion de l'activité
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### Processus
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#### Notion de processus
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##### 1. Définition:
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- activité/programme en exécution
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- aspect actif vs. passif (programme/fichier)
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- unité de travail dans la plupart des sys.
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##### 2. Objectif:
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- exécution concurrente
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- multiprogrammation
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- temps partagé
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#### Quelques aspects des processus
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- les processus utilisent des ressources
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- processeur
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- mémoire
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- I/O
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- ..
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- processus sys. vs. processus util.
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- le S.E. est responsable de la gestion des processus:
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- création
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- destruction
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- allocation de ressources
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- ordonnancement
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- synchronisation
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- communication inter-processus
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- ..
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- processus à multiples flots de contrôle (threads)
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Implantation d'un processus
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---------------------------
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##### 1. Eléments consistuants d'un processus:
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|composante|description|
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|--|--|
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| section de texte |source en asm|
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| compteur d'instructions |position actuelle dans le prog.|
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| contenu des registres |dans le cache proc.|
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| pile d'exécution |mémoire dynamique d'exécution|
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| section des données |variables globales|
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_Remarque_: 2 processus peuvent exécuter le même programme mais ils ne partagent rien.
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##### 2. Bloc de contrôle d'un processus
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+----------+--------------------+
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| pointeur | état du processus |
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+----------+--------------------+
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| numéro de processus |
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+-------------------------------+
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| compteur de programme |
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+-------------------------------+
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| registres |
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+-------------------------------+
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| limites mémoire |
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+-------------------------------+
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| liste des fichiers ouverts |
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+-------------------------------+
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| ... |
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+-------------------------------+
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_PCB: Process Control Bloc_
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###### Contenu d'un PCB
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- état courant du processus
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- compteur d'instructions: adresse de la prochaine exécution à exécuter
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- registres de processeur: doivent être sauvegardés afin de revenir au processus après interruption
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- ..
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- informations sur la gestion de mémoire: valeur des registres de base et de limite, tables de pages ou de segments
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- information de comptabilisatio: temps CPU et réel, limite de temps, etc
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- information de statut I/O: listes des périphériques alloués
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##### Etat d'un processus
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_Remarque_: à un instant donné
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- un processus au plus est en exécution par le processeur
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- plusieurs processus peuvent être prêts ou en attente
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##### Commutation de contexte
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- c'est la sauvegarde de l'état du processus courant et le chargement de l'état sauvegardé d'un nouveau processus
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- contexte = **PCB**
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- 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.
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- aspect critique de l'efficacité d'un système !!
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##### Threads
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- implémentent les flots d'exécution multiples (processus _multithreadés_ - multithreaded processes)
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- intérêt:
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- contrôle centralisé des différentes tâches (un seul processus) par le programmeur
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- économie de mém. (la plupart des informations du PCB sont communes aux différents threads)
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##### Ordonnancement des processus
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- Objectif: gérer l'accès concurrent aux ressources par les processus
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- Gestion par files d'attentes
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- file d'attente des travaux : tous les processus
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- file d'attente des processus prêts (liste chainée de PCBs)
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- file d'attente pour chaque périphérique
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##### Ordonnanceurs
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1. **ordonnanceur** : programme chargé pour gérer l'ordonnancement
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2. **ordrdonnanceur à long terme** : dans un contexte de traitement par lots (mode batch)
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3. **ordrdonnanceur à court terme** : gère l'allocation du processeur (classique)
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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)
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##### Problèmes de systèmes interactifs
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- sur certains systèmes interactifs comme Unix, il n'y a pas d'ordonnanceur long terme (logique)
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- si trop de processus (en particulier si beaucoup d'util.) la mémoire ne peut plus les contenir tous
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**Solutions**
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- "Ejecter" des utilisateurs (bof bof)
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- swap
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##### Ordonnanceur à moyen terme
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- 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_
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- Critères:
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- taux d'utilisation de la mém. principale (majorité du temps)
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- dosage entre les processus usant du processeur et processus usant des I/O
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- Algorithme assez couteux et donc fréquence d'exécution faible (plusieurs sec)
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##### Ordonnancement à court terme
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- fréquence d'exécution élevée (`< 0.1s`)
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- l'algorithme doit être efficace
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**exemple**: si temps d'exécution = `0.01s`, alors `9%` du temps perdu dans l'ordonnancement.
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##### Processus coopérants
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- Intérêts:
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- partage d'information
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- accélération du calcul
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- modularité
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- commodité
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- interactivité
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- Requiert des mécanismes permettant aux processus de coopérer
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- exemple: producteur/consommateur
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##### Communication inter-processus
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- Première solution: mémoire partagée
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- pas évident dans le cadre général (implantation des mécanismes de protection mém. plus complexe)
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- impossible dans un contexte distribué
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- Seconde solution: fournir une fonctionnalité de communication interprocessus
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(IPC: `InterProcess Communication`)
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- communication + synchronisation
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##### Implantation d'un IPC
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- Par un système de passage de messages
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- 2 primitives de base : `send` et `receive`
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- Implantation logique vs. physique
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- Implantation physique
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- mémoire partagée
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- bus matériel
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- réseau
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- Implantation logique
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- communication directe ou indirecte
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- communication symétrique ou asymétrique
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- mise en tampon automatique ou explicite
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- envoi par copie ou par référence
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- messages de taille fixe ou variable
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##### Nommage
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- Afin de pouvoir s'envoyer des messages les processus doivent pouvoir s'identifier et donc être nommés
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- Communication directe
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- symétrique
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- `send(proc1,message)` / `receive(proc2,{message})`
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- asymétrique
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- `send(proc2,message)` / `receive({id_envoyeur},{message})`
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- inconvénient: renommage d'un processus lourd à gérer (définition de tous ses liens à redéfinir)
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- Communication indirecte
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- utilisation d'une boite aux lettres (port)
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- `send(A,message)` / `receive(A,message)`
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- boites aux lettres publiques ou privées
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- boite privée propriété du processus qui l'a créée qui est le seul habilité à la lire (sauf s'il transmet le droit)
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- boite publique créée par le système
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##### Synchronisation des processus
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- Passage de message peut être synchrone ou asynchrone (bloquant ou non)
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- envoi bloquant
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- envoi non bloquant
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- réception bloquante
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- réception non bloquante
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- Envoi et réception bloquants = rendez-vous
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##### Mise en tampon
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- Que la communication soit directe ou non, les messages sont stockés dans une file d'attente
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- capacité zéro: revient à envoi bloquant
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- capacité bornée: envoi bloquant si file pleine
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- capacité non bornée: envoi non bloquant
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