Systèmes d Exploitation - ENSIN6U3. Aix-Marseille Université

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1 Systèmes d Exploitation - ENSIN6U3 Gestion de processus Leonardo Brenner 1 Jean-Luc Massat 2 1 Leonardo.Brenner@univ-amu.fr 2 Jean-Luc.Massat@univ-amu.fr Aix-Marseille Université Faculté des Sciences

2 Table de matière 1 Définition d un processus Représentation d un processus État d un processus 2 Création de processus lourd Cas de Unix Cas de Windows 3 Création de processus léger Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 2 / 25

3 Définition d un processus Table de matière 1 Définition d un processus Représentation d un processus État d un processus 2 Création de processus lourd Cas de Unix Cas de Windows 3 Création de processus léger Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 3 / 25

4 Définition d un processus Processus : définition, identification, filiation Définition : processus Un processus est un programme en cours d exécution. Composition d un processus Un processus comporte : un espace d adressage ; le bloc du contrôle du processus, décomposé en : entrée dans la table des processus ; une zone u, allouée dynamiquement à la création du processus. Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 4 / 25

5 Définition d un processus Représentation d un processus Représentation d un processus Données sur un processus Pour chaque processus le systèmes maintient les données suivantes : un identifiant (PID), des informations diverses (priorités, filiations, propriétaires,...), un état opérationnel, un contexte d exécution, des statistiques (temps de CPU, # d E/S, # de défauts de pages,...). Ces informations sont rangées dans un PCB (Process Control Block). Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 5 / 25

6 Définition d un processus Identifiants des processus Représentation d un processus Identification Filiation A chaque processus est associé un identifiant : Cet identifiant est appelé PID (pour Process Identifier) Le PID est attribué par le système au moment de l exécution Tous les processus ont un PID unique Le premier processus : init possède le PID 1 Tout processus est créé à partir d un autre processus : Sous Unix, le premier processus init Tous les processus sont créés à partir de init Un processus A créé par un processus B est appelé fils de B et B est le père de A Le PPID d un processus est le PID de son père Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 6 / 25

7 Définition d un processus Propriétés et accès aux fichiers Représentation d un processus La priorité Utilisée lors de l exécution du processus Un processus sera exécuté avant (ou plus souvent) que les autres processus moins prioritaire Généralement, la priorité évolue dans le temps Accès aux fichiers A chaque processus est attribué des identifiants pour les accès aux fichiers En fonction des identifiants, le processus pourra ou non accéder à certains fichiers Plusieurs identifiants : GID : l identifiant de groupe UID : l identifiant de l utilisateur Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 7 / 25

8 État d un processus Définition d un processus État d un processus États opérationnels Chaque processus est dans l un des états opérationnels suivants : 6 prêt 1 en attente 4 2 connu terminé 1. initialisation 2. exécution 3. achèvement 4. préemption 5. attente 6. signal 5 actif 3 Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 8 / 25

9 Définition d un processus La table des processus État d un processus Description L ensemble des processus sont gérés dans une table : Une entrée par processus Données sur les processus : identifiant du processus, priorité, compteur ordinal, pointeurs vers les segments mémoire,... Représentation mémoire Table des processus Compteur ordinal Données Code Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 9 / 25

10 Rôle de PCB Définition d un processus État d un processus Commutation de contexte Le rôle du PCB dans la commutation de contexte entre deux processus : P0 P1 actif prêt actif sauvegarde PCB0 restauration restauration PCB1 sauvegarde prêt actif prêt Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 10 / 25

11 Définition d un processus Contexte d un processus État d un processus Quelques données nécessaires à la commutation de contexte mot d état, contexte de l unité centrale : accumulateur, registre d instruction et compteur d instruction, registres d état du processeur, registres d états du processus. état du processus, variables globales statiques dynamiques, entrée dans la table du processus, zone u, piles utilisateur et système, zones de codes et de données. Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 11 / 25

12 Définition d un processus Files et états des processus État d un processus Files des processus Le système maintient un ensemble de files dans lesquelles il range les PCB. On trouve par exemple un file des processus prêts, des processus en attente (d une ressource, de la fin d une E/S,...), etc. réquisition file des processus prêts allocation de la CPU processus actifs fin de l'e/s file des processus en attente de fin d'e/s demande d'e/s file des processus morts appel de exit() Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 12 / 25

13 Définition d un processus Gestion des processus État d un processus Création de processus chaque processus peut créer des processus (ses fils) il est possible de figer, tuer des processus Communication entre processus Le système gère la communication entre les processus existants (signal, messages,...) Synchronisation de processus La gestion de synchronisation entre les processus gère la dépendance entre les processus. Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 13 / 25

14 Définition d un processus Gestion des processus État d un processus Types de processus Le S.E. gère deux types de processus : Lourd : crées par fork, nouveau PID, nouvelle zone mémoire, Léger : crées par «threads», même PID, même zone mémoire (mémoire partagée) Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 14 / 25

15 Création de processus lourd Table de matière 1 Définition d un processus Représentation d un processus État d un processus 2 Création de processus lourd Cas de Unix Cas de Windows 3 Création de processus léger Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 15 / 25

16 Création de processus lourd Cas de Unix Création d un processus : cas de Unix (1/2) Sous Unix Appel système fork() Le processus appelant (le père) est dupliqué (même image mémoire) La copie est remplacé par le fils (via exec) Illustration Processus 2 Processus 1 fork( ) exec( ) exit( ) Appels système Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 16 / 25

17 Création de processus lourd Cas de Unix Création d un processus : cas de Unix (2/2) Création d un processus avec fork() Table des processus Données père Données fils Code pid = fork(); Compteur ordinal Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 17 / 25

18 Création de processus lourd Cas de Windows Création d un processus : cas de Windows Sous Windows Appel à CreateProcess() (Win32) Le processus fils est créé et remplacé directement par le processus Illustration Processus 2 Processus 1 CreateProcess( ) ExitProcess( ) Appels système Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 18 / 25

19 Création de processus léger Table de matière 1 Définition d un processus Représentation d un processus État d un processus 2 Création de processus lourd Cas de Unix Cas de Windows 3 Création de processus léger Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 19 / 25

20 Création de processus léger Les threads : processus de poids léger Threads Un thread (fil) est un programme en cours d exécution qui partage son code et ses données. Processus CODE Thread 1 M E P PILE Exécution DATA Thread 2 M E P PILE Exécution Fichiers ouverts et Ressources Thread 3 M E P PILE Exécution Chaque thread a une pile d exécution autonome. Un processus est composé de threads Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 20 / 25

21 Création de processus léger Les threads : processus de poids léger Utilité des threads Étude des dépendances et découpage : C5 dépend de C2 et C4 C1 C2 C3 C4 C5 C2 dépend de C1 C4 dépend de C3 C1 C2 C5 Thread 1 C3 C4 Thread 2 Avantages : récupération des temps d E/S, exploitation des machines multi-processeurs, coopération entre threads. Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 21 / 25

22 Création de processus léger Les threads : processus de poids léger Utilité des threads : application serveurs Organisation logicielle d une application serveur : Application serveur Processus fils Processus principal Processus fils Processus fils Processus fils Processus serveur Thread principal Thread fils Thread fils Thread fils Thread fils Données globales La commutation et la communication entre threads est une opération plus simple. Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 22 / 25

23 Création de processus léger Les threads : processus de poids léger Les processus monolithiques Il existe un conflit entre : entrées / sorties synchrones (bloquantes), interface homme/machines (IHM). réseau disque GUI Gestionnaire de la file des événements Boucle des événements récupérer un événement Evénements asynchrones Traiter Processus monolithique Solution d attente active : E/S asynchrones (non-bloquantes), structure avec boucle d événements. Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 23 / 25

24 Création de processus léger Les threads : processus de poids léger Les processus multi-threads Il existe une autre solution basée sur : le découpage en plusieurs threads, une utilisation des E/S synchrones, un module de communication. réseau disque GUI Thread "Gestion réseau" Thread "Gestion disque" Thread "Gestion de l IHM" Communication et synchronisation Evénements asynchrones Thread "Gestion de la mémoire" Processus multi threads Avantages : plus grande simplicité du code, indépendance entre les modules. Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 24 / 25

25 Création de processus léger Les threads : processus de poids léger Implantation des «threads» Implantation au niveau du S.E. : + le S.E. connaît et ordonnance les threads, + la répartition de la CPU est bonne, - les structures du S.E. sont alourdies. Implantation au niveau utilisateur (java) : + une librairie se charge de la gestion des threads (création, destruction, etc.), + la commutation entre threads d un même processus est plus rapide, - la répartition de la CPU n est pas équitable, - la mise «en attente»d un processus entraîne le blocage de tous ses threads. Leonardo Brenner, Jean-Luc Massat (AMU) Systèmes d Exploitation 25 / 25