École Polytechnique de Montréal. Département de Génie Informatique et Génie Logiciel. Cours INF2610. Noyau d un système d exploitation

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1 École Polytechnique de Montréal Département de Génie Informatique et Génie Logiciel Cours INF2610 Noyau d un système d exploitation Contrôle périodique Hiver 2013 Date : 25 février de 9h30 à 11h30 Professeurs : Hanifa Boucheneb & Michel Dagenais Pondération : 30 % Nbre. de questions : 4 Documentation permise : Notes de cours et transparents Total : 20 points Calculatrices programmables et cellulaires non permis Question 1 (3 pts) : Généralités a) [2 pts] Donnez le contenu du fichier test.txt suite à l'exécution de ces commandes de shell sous Linux. mkdir newdir; cd newdir echo abc >f1 echo def ghi >f2 echo >>f2 echo >f1 cat f1 f2 >test.txt wc -l <test.txt >>test.txt b) [1 pt] Expliquez en quoi le support matériel pour l'accès direct à la mémoire par les périphériques (DMA) peut augmenter la performance d'un système multi-tâche? Est-ce aussi le cas pour un système mono-tâche avec un seul processus en exécution? Page 1 sur 8

2 Question 2 (6 pts) : Processus & threads Considérez le code suivant : #define N 2 int i,j=0; int main() for(i=0; i<n; i++) if(fork() ==0) printf(" i= %d, j=%d\n", i,j); exit(j); j=j+1; if(fork() ==0) printf(" i= %d, j=%d\n", i, j); exit(j); j=j+1; printf(" i= %d, j=%d\n", i,j); while(wait(null)>0); return 0; a) [2 pts] Donnez le nombre de processus créés par la fonction main ci-dessus ainsi que l arborescence de ces processus. Indiquez, sur cette arborescence, les valeurs de i et j affichées à l Écran par chacun des processus créés et le processus principal. b) [1 pt] Modifiez le code afin de récupérer et d afficher à l écran les valeurs de retour des processus créés (vous ne devez pas modifier l arborescence des processus créés). c) [1 pt] Supposez que chaque instruction «exit(j);» est remplacée par une instruction «exec». Est-ce que cette modification aurait un impact sur l arborescence des processus créés? d) [2 pts] Supposez que vous modifiez la fonction main pour remplacer les processus par des threads («pthread_create( ), pthread_join( )..»). Les threads créés réalisent le même traitement que les processus (c-à-d ils affichent à l écran les valeurs de i et j puis se terminent par un appel à «pthread_exit»). Donnez pour le premier thread créé la (ou les) valeur(s) de i qu il pourrait afficher à l écran. Page 2 sur 8

3 Question 3 (7 pts) : Communication interprocessus a) [2 pts] Le programme suivant crée un anneau formé de trois processus et trois tubes de communication anonymes. L'information peut ensuite être échangée d'un processus à l'autre de manière circulaire. Les écritures du parent doivent être lues par l'enfant c1, celles de c1 par c2 et les écritures de c2 par le parent. Pour simplifier la présentation du programme, les codes de retour des appels systèmes ne sont pas vérifiés; supposez que le système dispose de toutes les ressources voulues pour ouvrir des fichiers ou tubes et créer des processus. Fournissez le code des fonctions connect_parent, connect_c1 et connect_c2 pour obtenir ce comportement. #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> int main(int argc, char **argv) pid_t c1, c2; int p0[2], p1[2], p2[2]; char c, *name; pipe(p0); pipe(p1); pipe(p2); c1 = fork(); if(c1 > 0) c2 = fork(); if(c2 > 0) name = "parent"; connect_parent(p0, p1, p2); write(1, "a", 1); else name = "child2"; connect_c2(p0, p1, p2); else name = "child1"; connect_c1(p0, p1, p2); close(p0[0]); close(p0[1]); close(p1[0]); close(p1[1]); close(p2[0]); close(p2[1]); while(1) if(read(0, &c, 1) <= 0) exit(0); fprintf(stderr,"%s: %c\n", name, c); sleep(1); c++; write(1, &c, 1); if(c1 && c2 && c > 'z') waitpid(c1, NULL, 0); waitpid(c2, NULL, 0); exit(0); b) [2 pts] Quelle sortie produira le programme en a)? Donnez les 6 premières lignes. Est-ce que le programme se termine normalement? Expliquez? Page 3 sur 8

4 c) [1 pt] Un logiciel de mise en page fait appel à une application externe (un autre processus) pour effectuer certains traitements sur des images (e.g. enlèvement des yeux rouges). Pour échanger les images, deux méthodes de communication inter-processus sont disponibles, les tubes ou la mémoire partagée. Quels seraient les avantages et inconvénients de chacune de ces méthodes pour cette application? Laquelle recommandez-vous? d) [2 pts] Lorsque le logiciel de mise en page de c) échange une image avec l'autre processus par mémoire partagée, il doit l'avertir lorsque l'image est prête. Ceci peut se faire par l'envoi d'un signal. L'autre processus doit s'assurer de bien recevoir ce signal. Quel numéro de signal (e.g. SIGKILL, SIGCONT...) suggéreriez-vous d'utiliser? Devrait-on attendre le signal avec la fonction "pause" ou "sigsuspend"? Pourquoi? Question 4 (4 pts) : Synchronisation On vous sollicite pour développer un code permettant de gérer l allocation de N imprimantes à des utilisateurs d un système distribué. Les imprimantes ont des numéros distincts 0,1,...N-1. Le temps d allocation de chaque imprimante est supposé fini. a) [2 pts] Complétez les fonctions suivantes de manière à réaliser le traitement indiqué sous forme de commentaires. Utilisez, si besoin est, les sémaphores (type Semaphore avec opérations P et V) pour éviter des conditions de concurrence. Votre solution présente-elle un problème de famine? Justifiez votre réponse. #define N 100 /* 0*/ Semaphore bool Etat[N] =1,1,1,...,1 ; /* Etat[i] = 1 si l imprimante i est disponible ; Etat[i]=0 sinon */ int alloue ( ) /* Si aucune imprimante n est disponible, la fonction retourne -1 */ /* Sinon, elle retourne le numéro de l imprimante allouée*/ /* 1*/ void libere(int m) /* La fonction libere(int m) rend l imprimante m disponible*/ /*2*/ b) [2 pts] On veut maintenant mettre en attente (en utilisant les sémaphores) tout utilisateur qui demande une imprimante alors qu aucune n est disponible. Le demandeur est mis en attente jusqu à ce qu une imprimante se libère. Modifiez le code précédent de manière à satisfaire cette nouvelle directive. Votre nouvelle solution présente-elle un problème de famine? Justifiez votre réponse. Page 4 sur 8

5 a) [2 pts] def ghi Le corrigé Question 1 (3 pts) : Généralités b) [1 pt] Le DMA permet de libérer le processeur pour une autre tâche pendant qu'une tâche voit son opération d'entrée sortie réalisée par le DMA. Cela permet plus de parallélisme entre le processeur et les entrées sorties. Pour un système mono-tâche, le DMA pourrait être utile si c'est plus rapide qu'une boucle équivalente en logiciel, ou si cela consomme moins d'énergie. Question 2 (6 pts) : Processus & threads a) [2 pts] Le processus principal PP crée 4 fils : F1, F2, F3 et F4. F1 : i=0, j=0 F2 : i=0, j=1 F3 : i=1, j=2 F4 : i=1, j=3 PP : i=2, j=4 b) [1 pt] Il suffit de remplacer l instruction «while» par : int s; pid_t pid; while ( (pid = wait(&s))>0) printf(" fin proc. %d, ret. = %d\n", pid, s>>8); c) [1 pt] La fonction «exec» n affecte ni le PID, ni les liens père-fils du processus appelant. Il n y a donc pas impact sur l arborescence si l appelle à exec fonctionne et le programme lancé ne crée pas de processus. Page 5 sur 8

6 d) [2 pts] Les variables i et j sont partagées par le thread principal (TP exécutant la fonction main) et tous les threads créés (T1, T2, T3 et T4). T1 pourrait afficher pour i les valeurs 0, 1 et 2. La variable i est initialisée à 0 par TP avant la création T1. Elle est ensuite incrémentée (deux fois) par TP après création de T1. Au moment de l affichage de la valeur de i, i pourrait être égale à 0, 1 ou 2. Question 3 (7 pts) : Communication interprocessus a) [2 pts]. void connect_parent(int p0[2], int p1[2], int p2[2]) dup2(p0[0], 0); dup2(p1[1], 1); void connect_c1(int p0[2], int p1[2], int p2[2]) dup2(p1[0], 0); dup2(p2[1], 1); void connect_c2(int p0[2], int p1[2], int p2[2]) dup2(p2[0], 0); dup2(p0[1], 1); c) [2 pts] Les 6 premières lignes sont : child1: a child2: b parent: c child1: d child2: e parent: f Le programme finit en interblocage car c1 et c2 attendent en lecture alors que le parent attend que c1 et c2 terminent. d) [1 pt] La mémoire partagée est normalement le mécanisme le plus rapide puisqu'il n'y a pas de copie inutile, ni d'appel système lorsque la synchronisation se fait avec un mutex en mémoire usager (e.g. les futex sous Linux). L'inconvénient est qu'il faut gérer explicitement la mémoire ainsi que la synchronisation entre les deux processus pour l'accès à cette mémoire partagée. Les tubes sont très simples d'utilisation. Avec une implantation Page 6 sur 8

7 bien optimisée (e.g. pages transférées de processus par le système d'exploitation plutôt que copiées) les tubes peuvent ne pas être beaucoup plus lents. La mémoire partagée serait à recommander pour être certain de l'efficacité. d) [2 pts] Les signaux SIGUSR1 et SIGUSR2 sont normalement réservés pour les besoins des applications. Il faut utiliser sigsuspend afin de ne débloquer le signal utilisé que pendant l'attente. Autrement, avec pause, si le signal arrive avant de faire l'appel, il ne restera plus de signal pour arriver et terminer le pause, causant un interblocage. Question 4 (4 pts) : Synchronisation On vous sollicite pour développer un code permettant de gérer l allocation de N imprimantes à des utilisateurs d un système distribué. Les imprimantes ont des numéros distincts 0,1,...N-1. Le temps d allocation de chaque imprimante est supposé fini. a) [2 pts] #define N 100 /* 0*/ Semaphore mutex=1 ; bool Etat[N] =1,1,1,...,1 ; /* Etat[i] = 1 si l imprimante i est disponible ; Etat[i]=0 sinon */ int alloue ( ) /* Si aucune imprimante n est disponible, la fonction retourne -1 */ /* Sinon, elle retourne le numéro de l imprimante allouée*/ /* 1*/ P(mutex) ; for(int i=0 ; i<n ; i++) if (Etat[i]==1) Etat[i]=0; V(mutex); return i; V(mutex); return -1; void libere(int m) /* La fonction libere(int m) rend l imprimante m disponible*/ /*2*/ P(mutex) ; Etat[m] = 1 ; V(mutex) ; Il y a un problème de famine car on ne mémorise pas les demandes de ressources (imprimantes). Un utilisateur ne parviendra jamais à obtenir une Page 7 sur 8

8 imprimante si à chaque demande, les imprimantes sont toutes allouées. b) [2 pts] #define N 100 /* 0*/ Semaphore mutex=1, libre = N ; bool Etat[N] =1,1,1,...,1 ; /* Etat[i] = 1 si la machine i est disponible ; Etat[i]=0 sinon */ int alloue ( ) /* 1*/ P(libre); P(mutex) ; for(int i=0 ; i<n ; i++) if (Etat[i]==1) Etat[i]=0; V(mutex); return i; V(mutex); void libere(int m) /* La fonction libere(int m) rend l imprimante m disponible*/ /*2*/ P(mutex) ; if (Etat[m]==0) V(libre) ; Etat[m] = 1 ; V(mutex) ; Les demandes non satisfaites sont mémorisées dans la file d attente du sémaphore libre. Si la file est gérée «FIFO», les imprimantes seront allouées selon l ordre des demandes. De plus, le temps d allocation de chaque imprimante est supposé fini. Par conséquent, toutes les demandes finiront par être satisfaites (donc pas de problème de famine). Par contre, si la gestion de la file d attente est «LIFO» ou basée sur les priorités, il pourrait y avoir famine. Page 8 sur 8

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