Plan. Gestion des processus et changement de contexte. Processus. Changement de processus actif. Changement de processus actif

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1 Plan Gestion des processus et changement de contexte Y.Denneulin, J.Mossière, G.Mounié, S.Nieuviarts, F.Rousseau, S.Viardot Gestion des processus Changement de contexte Création d un processus Ordonnancement 11/02/08 2 Processus Nombre limité de processus (256) souvent : table des processus Caractérisés par un ensemble d informations pid (unique) actif, activable,bloqué, priorité programme de démarrage (fonction initiale) Ordonnancement (Scheduling) en fonction de la priorité time-sharing de SCHEDFREQ Hz (constante du système) Changement de contexte technique pour permettre le temps partagé Naissance et mort 11/02/08 3 Structure de données du processus Informations Identifiant : pid Priorité Contexte (registres, piles, ) caractérisant l'exécution Informations diverses (nom du processus, pid du père, liste des fils, lien, ) État Caractérise l'avancement du processus et ce que le système peut faire avec ce processus Actif (élu) : c'est le processus en cours d'exécution Activable (éligible) : le processus est dans une liste de processus en attente d'être activé Bloqué : le processus est en attente d'être débloqué par un outil de synchronisation (sémaphore) Endormi : le processus doit être réveillé par sleep Utilisé principalement par l ordonnanceur pour savoir quel est le prochain processus pouvant être exécuté 11/02/08 4 Changement de processus actif Changement de processus actif Processus 1 F1(). F2() { ctx_switch( ) Processus 1 exécute ses Ctx_switch(old, new) { Sauvegarde le ctx de l'ancien Restaure le contexte du nouveau processus qui devient actif Processus 2 exécute ses Processus 2 F4() { Processus 1 F1(). F2() { () Processus 1 exécute ses Interruption provoquée par le TIMER Ctx_switch(old, new) { Sauvegarde le ctx de l'ancien Restaure le contexte du nouveau processus qui devient actif Processus 2 exécute ses Processus 2 F4() { Redonne la main au nouveau processus Redonne la main au nouveau processus 11/02/ /02/08 6 1

2 Pile processus actif EIP Le changement de contexte f() g() ESP Piles processus activables h() i() Pile processus désactivé Registres processeur Registres processeur Fonction exécutée par p1 Fonction exécutée par p2 11/02/08 7 f() g() ESP Pile processus réactivé h() i() EIP Contexte du processus Valeur des registres du processeur registres banalisés : eax, ebx, ecx, edx, esi, edi registres de pile : esp, ebp compteur d : eip Flags Voir dans la doc Intel lesquels doivent être sauvés Type contexte_execution structure ou tableau contenant l ensemble des valeurs de registre 11/02/08 8 Réalisation du changement (i) Réalisation du changement (ii) Changer de contexte = changer de processus en cours d exécution 1. Sauvegarder le contexte du processus en cours stocker les registres dans la structure de données contexte_execution 2. Charger le contexte du processus qui va s exécuter restaurer les registres à partir de la structure de données contexte_execution change le sommet de pile Appel du changement de contexte changement_ctx(contexte *a_sauver, contexte *a_restaurer) a_sauver va contenir la valeur des registres durant l appel champ contexte du processus qui va passer de actif à activable a_restaurer contient la valeur qu auront les registres du processeur à la fin de l appel champ contexte du processus qui va passer de activable à actif 11/02/ /02/08 10 Remarques et aide Les valeurs des paramètres sont stockées sur la pile attention à ne pas changer de pile trop tôt! changer de pile = changer la valeur de esp Ou garder l ancienne valeur de esp dans un registre Le changement de contexte se passe toujours dans la fonction changement_ctx quand on restaure le contexte on sait à quel endroit du code on était au moment où on a pris la valeur des registres pour sortir de la fonction changement_ctx on peut faire un simple ret il faut que le pointeur de pile soit correct! 11/02/08 11 Création de processus Étapes de création choisir son pid càd trouver une entrée libre dans la table affecter ses informations d état priorité, père, état initial : activable créer son contexte d exécution allouer une pile (éventuellement la remplir) affecter une valeur initiale aux registres du contexte d exécution (important : la pile!) 11/02/

3 Création du contexte initial Stratégie d ordonnancement Un processus créé doit exécuter une fonction avec un paramètre Le processus sera démarré par un appel à changement_ctx pour que la sortie de l appel de changement_ctx se fasse bien pile correcte Nécessité de créer une pile avec le paramètre et l adresse de la fonction à exécuter installés Décide quel processus sera exécuté après épuisement du quantum ou changement d état d un processus Politique FIFO les processus les plus prioritaires s exécutent toujours avant les moins prioritaires stratégie non équitable : famine possible partage de temps équitable entre processus de même priorité s applique aussi aux opérations de synchronisation (le plus prioritaire «sort» du sémaphore le premier) Implantation liste des processus activables triée par priorité utilisation du paquetage de gestion de file donné 11/02/ /02/08 14 Fonctionnement du temps partagé Processus 1 F1(). F2() { Processus 1 exécute ses Interruption provoquée par le TIMER Scheduler Schedule() { Consulte la liste des Processus activables Choisit le nouveau processus Appelle la fonction de changement de contexte Ctx_switch(opid, npid) { Sauvegarde le ctx de l'ancien Restaure le contexte du nouveau processus qui devient actif Redonne la main au nouveau processus Processus 2 F4() { Mécanisme d interruptions sur les processeurs IA32 Y.Denneulin, J.Mossière, G.Mounié, S.Nieuviarts, F.Rousseau, S.Viardot 11/02/ /02/08 16 Plan Interruptions et Exceptions Les interruptions et exceptions Le contrôleur d interruptions Le PIT Interruption : déclenchée par un autre composant que le processeur Exception : déclenchée par le processeur Appel système Erreur d exécution Provoque un déroutement du flot d exécution 11/02/ /02/

4 Traitement d exception Traitement d interruption 1. Evénement cause d exception 2. Sauvegarde minimale du contexte sur la pile 3. Appel du traitant système 1. Sauvegarde de registres 2. Traitement d exception (si irrécupérable, arrêt du processus ou du système) 3. Restauration des registres 4. Retour au programme interrompu 1. Événement signalé au processeur par le contrôleur d interruptions 2. Dès que le bit I de EFLAGS passe à 1, consultation du numéro d interruption (IRQ) puis traitement comme une exception 3. Au cours de son exécution le traitant envoie un acquittement pour autoriser le signalement de la prochaine IT 11/02/ /02/08 20 Table d interruptions Vecteurs d interruption Table système (IDT) à 256 entrées de (vecteurs) placée à l adresse 4K 0 à 31 : exceptions du processeur 32 à 47 : correspond aux IRQ (0 à 15) 48 à 255 : libre, utiliser le vecteur 49 pour les appels systèmes de votre noyau Appelé aussi descripteur d IT Largeur de 8 octets = 8 * no + 4 K 31 (poids fort) Segment traitant P DPL Type (poids faible) 0 2ème mot 1er mot P : 1 si vecteur valide, 0 si vecteur non initialisé DPL : 3 autorise l appel en mode utilisateur avec INT, sinon 0 Type : 14 pour une Interrupt Gate ou 15 pour une Trap Gate 11/02/ /02/08 22 Appel du traitant Fin de traitant Sauvegarde et changement de registres Description en mode hautes Pile système EIP avant IT CS avant IT EFLAGS avant IT ESP final ESP initial Empilement Effectué par l appel de l instruction de retour IRET Le processeur dépile EIP, CS et EFLAGS à partir de ESP L exécution reprend à partir de l adresse récupérée EFLAGS (bit I inclus) reprend son ancienne valeur EIP courant : adresse de traitant CS courant : segment de traitant 11/02/08 EFLAGS courant : bit I selon type de vecteur d interruption 23 11/02/

5 Masquage d interruptions Le contrôleur d interruptions Les interruptions matérielles peuvent être retardées (masquées) en mettant le bit I de EFLAGS à 0 (CLI) Une Interrupt Gate masque automatiquement les interruptions Pendant l exécution du noyau il vaut mieux masquer les interruptions pour éviter un état incohérent Quand le noyau n a rien à faire : STI Programmable Interrupt Controller Mémorise et signale au processeur les interruptions des périphériques 15 sources numérotées : 0, 1, 3 à 15 Redirigées sur les vecteurs 32 à 47 (vecteur = IRQ + 32) Masquage individuel des sources d IT Il faut démasquer les composants utilisés 11/02/ /02/08 26 Masque d IRQ Acquittement d interruption Le port d E/S 0x21 permet de lire ou modifier le masque d interruption pour les IRQ 0 à 7 Bit N pour l IRQ N Un bit armé interdit l IRQ Le port 0xA1 contrôle les IRQ 8 à 15 La modification doit se faire par lecture, modification du bit et écriture Pour autoriser une nouvelle interruption, écrire au PIC la commande 0x20 sur le port 0x20 Sans acquittement, les interruptions suivantes ne peuvent plus être reçues L acquittement peut se faire en début de traitant si les IT sont masquées 11/02/ /02/08 28 Fonctionnement du PIT Un quartz à 1.19 MHz (0x1234DD Hz) contrôle plusieurs canaux Evénements générés de fréquences programmables Un compteur par canal initialisé à une valeur choisie par configuration Compteurs décrémentés à chaque cycle Un compteur à zéro signale un événement Programmation du PIT Port de commande en écriture seulement (outb) : 0x43 Un port de donnée par canal 0x40 pour le canal 0 qui est utilisé dans le projet Programmation en deux temps Écrire un ordre sur le port de commande Lire ou écrire le paramètre correspondant sur le port de donnée 11/02/ /02/

6 Réglage de fréquence Utilisation dans le système Pour générer une IRQ 0 (vecteur 32) à une fréquence choisie HZ : Calculer la période : P = 0x1234DD / HZ Envoyer la commande 0x34 (canal 0, poids faible puis poids fort, interruption) Envoyer P % 256 puis P / 256 sur le port de donnée du canal 0 La fréquence est une constante du noyau : CLOCKFREQ Initialiser le vecteur d interruption 32 (pour l IRQ 0) avec un traitant Programmer le canal 0 du PIT à la fréquence désirée Démasquer l IRQ 0 au niveau du PIC (inutile de masquer par la suite) Démasquer les IT (STI) 11/02/ /02/08 32 Rôle de l IT Timer 1. Compter le temps Pour réveiller les processus endormis La finesse de comptage dépend de CLOCKFREQ 2. Assurer le respect du quantum Changer de processus actif La fréquence dépend de SCHEDFREQ Changement de processus actif à la fin de chaque quantum 11/02/