ENSP Strasbourg (Edition ) Les Systèmes Temps Réels - Ch. DOIGNON. Chapitre 3. Mise en œuvre : signaux, gestion du temps et multi-activités

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1 Chapitre 3 Mise en œuvre : signaux, gestion du temps et multi-activités 77

2 GENERALITES SUR LES SIGNAUX Un signal est une information de contrôle (requête) transmise à un processus par un autre processus ou par le matériel durant l'exécution. Dans la gestion classique des signaux non temps réel, la nature de cette information est très simple : une valeur entière positive constitue le signal. Par contre, le mécanisme de transmission est très sophistiqué. En effet, un signal peut être dynamiquement associé à une fonction d'un programme (que l'on appelle généralement, le gestionnaire du signal ou fonction associée ou encore fonction de déroutement). Dans ce cas, lorsque le signal est pris en compte par le processus destinataire, l'exécution du traitement en cours est alors suspendue et le contrôle est donné à la fonction de déroutement. Si la fonction effectue un retour, le contrôle est redonnée au traitement qui avait été interrompu par la réception du signal. Pour les signaux temps réels, des données supplémentaires sont transmises d un processus expéditeur à un processus destinataires. De plus, toutes les occurrences des signaux seront prises en compte. Nous étudierons la gestion classique puis la gestion des signaux temps réel. 78

3 GENERALITES SUR LES SIGNAUX Selon la manière dont le signal est émis, on distingue l'interruption matérielle (signal émis par le matériel un périphérique interne ou externe) de l'interruption logicielle (signal émis par un autre processus). Un signal peut être ignoré. Par défaut, s'il n'est ni ignoré, ni associé explicitement à une fonction, la réception du signal provoque la terminaison du processus destinataire (exécution de l'appel système exit()). L'envoi d'un signal peut par exemple être provoqué par l'utilisateur au moyen de caractères spéciaux tapés depuis le clavier du terminal. Il est important de distinguer, dans un environnement multitâches, trois phases dans la production et le traitement d'un signal : l'envoi d'un signal (production d'un signal), qui est l'initialisation d'un signal associé à un identificateur de processus destinataire, sa notification, qui est le positionnement dans le processus destinataire d'un identificateur de réception, sa délivrance qui est la prise en compte du signal par le processus destinataire et le lancement de la fonction associée (appel d'une fonction de déroutement, terminaison anormale etc..., et la réinitialisation de l'indicateur (blocage/déblocage) au cas où un signal interviendrait pendant l'exécution de la fonction associée). 79

4 GESTION CLASSIQUE DES SIGNAUX (sous linux) Production d un signal Les signaux sont produits par certaines conditions d'erreur, telles que des violations d'espace mémoire, des erreurs arithmétiques émises par le processeur ou des instructions illicites. Ils sont générés par l'interpréteur de commandes et les gestionnaires de périphériques (terminaux, timer, clavier, carte E/S, liaison série,...). Ils peuvent aussi être explicitement envoyés depuis un processus vers un autre et constituent alors un moyen de synchronisation pour la transmission d'informations. L'interface de programmation est à chaque fois la même. La fonction utilisée pour envoyer un signal d'un processus vers un autre processus (de même propriétaire) est la fonction kill() : #include <sys/type.h> #include <signal.h> int kill( pid_t pid, int signal ); Les noms des signaux classiques sont définis dans le fichier d'en-tête standard signal.h. Les valeurs numériques des signaux peuvent changer d'une implémentation du système à un autre. La norme spécifie simplement des macroconstantes associées (#define). Elles commencent toutes génériquement par le préfixe SIG. 80

5 GESTION CLASSIQUE DES SIGNAUX (sous linux et systèmes Unix) Noms des signaux (POSIX.1) Description SIGHUP connexion interrompue (modem, ligne série) ou terminaison d'un processus SIGINT interruption interactive (terminal) SIGQUIT terminaison interactive (terminal) SIGILL instruction illégale SIGABRT terminaison anormale d'un processus (abort()) SIGFPE erreur arithmétique : division par zéro, dépassement (processeur), SIGKILL signal provenant de (kill()) (non déroutable) SIGSEGV adresse mémoire incorrecte (MMU) SIGPIPE tube détruit (écriture dans le tube sans lecteur) SIGALRM alarme: expiration d'un délai (alarm(),pause()) ou du timer SIGTERM signal de terminaison SIGUSR1/SIGIO premier signal réservé pour les applications (kill()) SIGUSR2/SIGIO second signal réservé par les applications (kill()) SIGCHLD processus enfant stoppé ou terminé SIGSTOP arrêt (suspension) d'un processus (non déroutable) SIGCONT reprise d'un processus (après suspension) SIGTSTP suspension d'un processus (provenant d'un terminal) SIGTTIN lecture du terminal pour un processus d'arrière-plan SIGTTOU écriture vers le terminal pour un processus d'arrière-plan 81

6 GESTION CLASSIQUE DES SIGNAUX (sous linux) Délivrance d un signal On dit qu'un signal a été délivré lorsque le processus destinataire l'a pris en compte. Lorsqu'un signal est produit, sa délivrance n'est pas immédiate. En particulier, il est possible que le processus destinataire bloque temporairement la délivrance de certains signaux (il est possible de choisir lesquels). Lorsqu'un signal est envoyé à un processus qui le bloque, ce signal est dit pendant. Le mécanisme de blocage de signaux permet d'empêcher temporairement la délivrance d'un signal, sans pour autant le perdre. Il peut s'avérer très utile, notamment lors de l'exécution d'une fonction de déroutement de signal, de bloquer la délivrance d'une nouvelle occurrence de ce signal pendant son traitement. Il apparaît donc indispensable de pouvoir traiter de façon atomique (sans interruption possible) l'activation ou la désactivation d'un ensemble de signaux. Pour cela, la norme POSIX propose un type de données appelé sigset_t pour représenter cet ensemble de signaux : #define _SIGSET_NWORDS 32 typedef struct{ unsigned long int val[_sigset_nwords]; } sigset_t; typedef sigset_t sigset_t; 82

7 GESTION CLASSIQUE DES SIGNAUX (sous linux) Délivrance d un signal (suite) Cette structure est manipulable à partir de cinq fonctions : #include <signal.h> int sigemptyset( sigset_t *ens ); int sigfillset( sigset_t *ens ); int sigaddset( sigset_t *ens, int num_signal ); int sigdelset( sigset_t *ens, int num_signal ); int sigismember( sigset_t *ens, int num_signal ); Si ens est un objet de type sigset_t, l'appel de la fonction sigemptyset(&ens) initialise l'ensemble ens de telle sorte qu'il ne contienne aucun des signaux de la norme POSIX, et l'appel de la fonction sigfillset(&ens) de sorte qu'il les contienne tous. L'une ou l'autre de ces fonctions doit être appelée au moins une fois pour initialiser avant sa première utilisation, un objet de type sigset_t. sigaddset(&ens,num_signal) et sigdelset(&ens,num_signal) ont des fonctions qui respectivement ajoutent et enlèvent à l'ensemble ens le signal spécifié par le numéro du signal num_signal. Enfin, la fonction sigismember(&ens,num_signal) teste l'appartenance d'un signal à l'ensemble ens; elle retourne 1 si le signal est dans ens, 0 sinon. Les autres fonctions retournent 0 en cas de succès et -1 en cas d'échec. 83

8 GESTION CLASSIQUE DES SIGNAUX (sous linux) Configuration pour la délivrance Un comportement spécifique est associé à chaque signal, indiquant la manière dont il doit être délivré. Ce comportement est représenté par une structure de données struct sigaction contenant (entre autres) les champs suivants : struct sigaction { void (*_sa_handler)(int); /* signaux classiques */ sigset_t sa_mask; unsigned long sa_flags; }; void (*_sa_handler)(int signal) : ce champ décrit la fonction associée à la délivrance du signal classique(fonction de déroutement) : SIG_IGN pour ignorer le signal, SIG_DFL pour le traitement par défaut (constantes symboliques), ou un pointeur vers une fonction de déroutement du signal. Dans ce dernier cas, lorsque la fonction de déroutement est appelée, elle reçoit en paramètre le signal délivré. 84

9 GESTION CLASSIQUE DES SIGNAUX (sous linux) Configuration pour la délivrance (suite) sigset_t sa_mask : ce champ (masque de signaux) permet de spécifier un ensemble de signaux devant être bloqués durant l'exécution de la fonction de déroutement du signal. La valeur de ce champ remplace temporairement le masque de signaux du processus en cours. sa_flags : ce champ (drapeaux) permet de spécifier le comportement du signal par rapport à l'environnement du processus (par exemple pour ne pas prendre en compte le signal délivré à la terminaison d'un processus enfant). La fonction qui positionne la valeur de ces champs avec le signal spécifié s'appelle sigaction(). Les signaux interceptés à l'aide de fonctions de déroutement définis par sigaction()ne sont pas par défaut réinstallés (après exécution de la fonction associée). Ainsi, le champ sa_flags doit être paramétré avec la valeur symbolique SA_ONESHOT afin de retrouver le comportement par défaut (SIG_DFL) du signal avant le déroutement. 85

10 GESTION CLASSIQUE DES SIGNAUX (sous linux) Remarque : lorsqu'un signal est ignoré, il est délivré et écarté. Lorsqu'un signal est bloqué, il est mis en attente, durant le temps du blocage. Dans ce cas, l'arrivée d'une nouvelle occurrence du signal peut, selon les implémentations du système d'exploitation, être empilée ou écartée. Ce comportement n'est pas spécifié dans la norme POSIX. Un processus peut consulter et/ou modifier sa signalerie au moyen des fonctions sigaction() et sigprocmask() : int sigaction( int num_signal, struct sigaction *nouvelle_action, struct sigaction *ancienne_action ); La fonction sigaction() permet de consulter et/ou modifier le comportement associé à la délivrance d'un signal spécifié. Le comportement par défaut des signaux SIGKILL et SIGSTOP ne peut être modifié. Si le résultat de l'exécution de sigaction() est d'ignorer un signal pendant, ce signal est écarté. Le paramètre nouvelle_action décrit le comportement que l'on souhaite associer à la délivrance du signal spécifié. Avant sa modification, le comportement courant est sauvegardé dans la structure référencée par ancienne_action, sauf si ce dernier est égal à à la constante symbolique NULL. 86

11 BLOCAGE DES SIGNAUX (sous linux) int sigprocmask( int methode, sigset_t *nouvel_ens, sigset_t ancien_ens ); La fonction sigprocmask() permet de consulter et/ou modifier le masque de signaux. Le traitement dépend de la valeur du paramètre methode, qui peut être : SIG_SETMASK : le masque de signaux reçoit l'ensemble spécifié par le paramètre nouvel_ens, qui est utilisé directement comme masque de blocage des signaux. SIG_BLOCK : on ajoute la liste des signaux contenus dans le paramètre nouvel_ens au masque de blocage des signaux. Cela revient à bloquer tous les signaux (sauf SIGKILL et SIGSTOP) spécifiés par l'ensemble nouvel_ens sans changer le comportement des autres signaux. Il s agit d une addition au masque en cours. SIG_UNBLOCK : on retire les signaux contenus dans nouvel_ens au masque de blocage des signaux. Cela revient à débloquer tous les signaux spécifiés par nouvel_ens sans changer le comportement des autres signaux. Si le paramètre ancien_ens est différent de NULL, il reçoit une copie de la valeur du masque avant sa modification. Il est possible d'obtenir la valeur courante du masque de signaux, sans le modifier, en utilisant la valeur NULL dans nouvel_ens. 87

12 EXEMPLE (sous linux) #include <signal.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> void FonctionDeroutement( int sig ) { printf("ouille! - Signal reçu %d\n",sig); return; } int main( void ) { struct sigaction act; act.sa_handler = FonctionDeroutement; sigemptyset( &act.sa_mask ); /* act.sa_flags = SA_ONESHOT */ /* si decommenté, alors le comportement par défaut est réinstallé, pour le signal concerné, à l issue de l invocation du gestionnaire du signal */ sigaction( SIGINT, &act, NULL ); while ( 1 ) {usleep( l);/* on endort le processus pendant 2 s environ */ printf("hello world!\n");} exit(0); } 88

13 EXPLICATIONS DE L EXEMPLE (sous linux) L'exécution de ce programme entraîne l'affichage d'un message lors de l'appui sur Ctrl+C dans la mesure où act gère le signal SIGINT à plusieurs reprises. Pour mettre fin au programme, il faut appuyer sur Ctrl+\ générant le signal SIGQUIT par défaut, via le terminal. ATTENTE DES SIGNAUX SUR FIN DE PROCESSUS (sous linux) Un cas particulier est l'attente de la fin d'un processus enfant (envoie du signal SIGCHLD par le processus enfant). Il est possible de faire attendre un processus parent jusqu'à la terminaison d'un processus enfant en appelant les fonctions wait() ou waitpid() : #include <sys/type.h> #include <sys/wait.h> pid_t wait( int *stat_loc ); pid_t waitpid( pid_t pid, int *stat_loc, int options ); L'argument pid permet de définir le processus fils à attendre. Les informations de sortie du processus seront inscrites à l'adresse spécifiée par *stat_loc. L'option permet de savoir de quelle manière le processus enfant a été terminé. 89

14 MONITORING Un processus peut savoir s'il possède des signaux pendants (en attente de délivrance) au moyen de la fonction sigpending() : int sigpending( sigset_t *ens ); Cette fonction recopie le masque de notification dans le paramètre ens (ensemble de signaux) et retourne 0 en cas de succès et -1 en cas d'erreur. ENDORMIR UN PROCESSUS : Un processus peut être endormi par un appel aux fonctions sleep() ou usleep(). unsigned int sleep (unsigned int secondes ); void usleep(unsigned int microsecondes ); Le processus ainsi endormi est réveillé soit à la fin du temps indiqué soit à l'arrivée d'un signal. ATTENTE D UN SIGNAL : Un processus peut se mettre en attente de la délivrance d'un signal quelconque ou particulier au moyen de la fonction pause() : int pause( void ); La fonction pause() endort le processus jusqu'à réception d'un signal provoquant la terminaison du programme ou l'appel d'une fonction de déroutement. 90

15 PROBLEMATIQUE DE L ATTENTE D UN SIGNAL : le problème qui se pose souvent est d encadrer correctement pause(), de façon à éviter de perdre des signaux. Imaginons que SIGUSR1 dispose d un gestionnaire faisant passer à 0 une variable globale appelée attente. On désire bloquer l exécution du programme jusqu à ce que cette variable ait changé. Une première version naïve de ce programme serait celle-ci : attente = 1; while (attente!= 0) pause(); La présence de la boucle while() est justifiée par le fait qu il se peut que l appelsystème pause() soit interrompu par un autre signal qui ne modifie pas la variable attente. Le problème principal est que le signal peut arriver entre l instruction du test (attente!= 0) et l appel pause(). Si le signal modifie la variable attente à ce moment-là, et si le programme ne reçoit plus d autres signaux, le processus restera bloqué indéfiniment dans pause(). Pour éviter cette situation, on pourrait vouloir bloquer le signal temporairement à l aide de sigprocmask() ainsi : 91

16 PROBLEMATIQUE DE L ATTENTE D UN SIGNAL (suite) : sigset_t ensemble, ancien; sigemptyset( &ensemble ); sigaddset( &ensemble, SIGUSR1 ); sigprocmask( SIG_BLOCK, &ensemble, &ancien ); attente = 1; while (attente!= 0){ sigprocmask( SIG_UNBLOCK, &ensemble, NULL ); pause(); sigprocmask( SIG_BLOCK, &ensemble, NULL ); /* traitement des autres signaux s il y a lieu */ } sigprocmask( SIG_SETMASK, &ancien, NULL ); Malheureusement, un signal bloqué en attente est délivré avant le retour de sigprocmask(), qui le débloque. Un blocage du processus dans pause() est donc toujours possible. Tant que les deux opérations (modifier le masque de signaux et attente) sont réalisées sans être sûr qu une interruption survienne entre elles, il y aura toujours un risque de blocage. La solution est d employer l appelsystème sigsuspend() qui permet de manière atomique de modifier le masque de signaux ET de bloquer en attente. Lorsqu un signal non bloqué survient sigsuspend() restitue le masque original avant de se terminer. 92

17 PROBLEMATIQUE DE L ATTENTE D UN SIGNAL (fin) : int sigsuspend( const sigset_t *ensemble ); L ensemble transmis est celui des signaux à bloquer, pas celui des signaux attendus. sigset_t ensemble, ancien; sigemptyset( &ensemble ); sigaddset( &ensemble, SIGUSR1 ); sigprocmask( SIG_BLOCK, &ensemble, &ancien ); if ( sigismember( &ancien, SIGUSR1 )) { sigdelset( &ancien, SIGUSR1 ): sigusr1_dans_masque = 1; } attente = 1; while (attente!= 0){ sigsuspend( &ancien ); /* puis traitement pour les éventuels autres signaux */ } if ( sigusr1_dans_masque ) sigaddset( &ancien, SIGUSR1 ); sigprocmask( SIG_SETMASK, &ancien, NULL ); On remarque qu il est pris soin de restituer l ancien masque de blocage des signaux en sortie de routine, et qu en transmettant cet ancien masque à sigsuspend(), l arrivée d autres signaux que SIGUSR1 est permise. 93

18 GESTION DES SIGNAUX CLASSIQUES (synthèse) : Nous avons vu qu avec une gestion correcte des blocages des signaux, il est possible d accéder à n importe quel type de données globales. Comme un signal non bloqué peut survenir alors qu un gestionnaire de signal est en exécution, le champ sa_mask de la structure sigaction doit être manipulé avec soin. Par ailleurs, comme la plupart des fonctions des bibliothèques ne sont pas réentrantes, les seules opérations à effectuer dans un gestionnaire de signal sont : - consulter/modifier des variables globales de type sig_atomic_t (défini dans signal.h. Il s agit d un type entier que le processeur peut traiter de manière atomique. Il faut de plus utiliser l indicateur volatile pour signaler au compilateur qu elle peut être modifiée à tout moment, et pour qu il ne se livre pas à des optimisations (comme conserver la variable dans un des registres). Dans ce cas, le gestionnaire ne fait que positionner l état d une variable globale, qui est ensuite consultée dans le corps du programme. - effectuer des appels-systèmes réentrants. Il existe une liste, définie par la norme Posix.1, des appels-systèmes réentrants qui peuvent être invoqués depuis un gestionnaire de signal. Le fait d être réentrante permet à une fonction d être utilisable sans danger dans un programme multithread, mais la réciproque n est pas toujours vraie, comme pour malloc() qui est utilisable au sein de programmes multithread mais ne doit pas être invoquée dans un gestionnaire de signal. 94

19 GESTION DES SIGNAUX TEMPS REELS Les signaux temps réels présentent les particularités suivantes vis-à-vis des signaux classiques : nombre plus important de signaux utilisateurs, empilement es occurrences des signaux bloqués, délivrance prioritaire des signaux, informations supplémentaires fournies au gestionnaire de signal. Les signaux temps réel n ont pas de noms spécifiques, contrairement aux signaux classiques et s étendent de SIGRTMIN à SIGRTMAX compris (SIGRTMAX- SIGRTMIN=32 sous Linux). Linux par exemple associe à chaque signal temps réel une file d attente qui lui permet de mémoriser l ensemble de toutes les occurrences. Chaque occurrence présente dans la file d attente donne lieu à une délivrance spécifique. Le système Linux peut empiler jusqu à 1024 signaux. Lorsque plusieurs signaux temps réel doivent être délivrés à un processus, le noyau délivre toujours les signaux temps réel de plus petit numéro. Ceci permet d attribuer un ordre de priorité entre les signaux temps réel. Note : Sous Linux, pour vérifier l existence de ces signaux en cas de portage d une application, on peut tester à la compilation la présence de la constante symbolique _POSIX_REALTIME_SIGNALS dans le fichier <unistd.h> 95

20 GESTION DES SIGNAUX TEMPS REELS Envoi d un signal temps réel Pour pouvoir fournir des informations supplémentaire au gestionnaire de signal, il faut utiliser l appel-système sigqueue() qui garantit que le signal sera empilé au lieu de kill() (qui peut néanmoins envoyer un signal temps réel). La syntaxe est la suivante : #include <signal.h> #include <unistd.h> int sigqueue( pid_t pid, int num_sig, const union sigval info ); L argument pid désigne le processus concerné destinataire du signal et l argument num_sig identifie le signal envoyé. Le troisième argument, info, contient l information supplémentaire associée au signal. C est une valeur de type union sigval (de la structure siginfo transmise au gestionnaire de signal voir après) qui peut prendre deux formes : un entier int si le champ sigval_int de l union est utilisé par lors de l appel au gestionnaire du signal, un pointeur void * si le champ sigval_ptr de l union est utilisé 96

21 GESTION DES SIGNAUX TEMPS REELS Syntaxe de l appel au gestionnaire Du fait de la transmission d informations supplémentaires associées au signal temps réel, l attachement et la définition d un gestionnaire de signal s effectuent différemment que dans le cas d un signal classique. Le gestionnaire prend la forme suivante (le dernier paramètre n est pas défini par POSIX et n est donc pas utilisé): void gestionnaire( int num_sig, struct siginfo *info, void *rien ) La structure de type struct siginfo contient notamment les champs suivants conforment à la norme POSIX (les autres ne sont pas évoqués ici) : int si_signo, le numéro du signal, int si_code, qui indique l origine du signal (si envoyé par le noyau - SI_KERNEL -, par un appel-système kill() - SI_USER -, par l appel-système sigqueue() - SI_QUEUE - lors de la terminaison d une opération d entrée/sortie asynchrone - SI_ASYNCIO -, à l expiration d une temporisation temps-réel - SI_TIMER -,.), int si_value.sigval_int correspond au champ sigval_int de l appel sigqueue(), void *si_value.sigval_ptr correspond au champ sigval_ptr de l appel à sigqueue(). à 97

22 GESTION DES SIGNAUX TEMPS REELS Attachement du gestionnaire au signal L attachement du gestionnaire de signal temps réel à un signal s effectue aussi avec sigaction() et la structure struct sigaction étendue et contenant (entre autres) les champs suivants : struct sigaction { union { sighandler_t void (*sa_handler)(int); /* signaux classiques */ void (*sa_sigaction)(int, struct siginfo *, void *); /* signaux temps réel */ }; sigset_t sa_mask; unsigned long sa_flags; }; De plus, le champ sa_flags doit prendre la valeur SA_SIGINFO pour les signaux temps réel. 98

23 EXEMPLE DE GESTION DES SIGNAUX TEMPS REELS #define MON_SIG_TR (SIGRTMIN+3) void gestion_tr( int, struct siginfo *, void * ); main() { union sigval val; struct sigaction act_tr; pid = fork() if (pid == 0 ){ act_tr.sa_sigaction = gestion_tr; sigemptyset( &act_tr.sa_mask); act_tr.sa_flags = SA_SIGINFO; sigaction( MON_SIG_TR, &act_tr, NULL ); pause(); exit(0);} else { printf( Introduisez un entier au clavier\n ); scanf( %d,&val.sigval_int); printf( %d,val.sigval_int); sigqueue( pid, MON_SIG_TR, val ); wait(); exit(0);} } void gestion_tr( int numero, struct siginfo *info, void *rien ) { printf( signal temps reel recu, %d, %d\n, numero, info->si_signo); printf( entier recu %d\n, info->si_value.sigval_int); /* il est préférable de ne pas employer les fonctions E/S avec buffer dans un gestionnaire.*/ } 99

24 GESTION DU TEMPS Mesure du temps CPU : Chaque processus possède dans son contexte une mesure du temps CPU qu'il a consommé, et du temps consommé cumulé de tous ses processus enfants terminés. Ces informations sont décrites par une structure de données appelée struct tms dont les champs sont les suivants ; tms_utime : temps CPU utilisateur (exécution d instructions du programme utilisateur), tms_stime : temps CPU système (exécution des instructions système - mode noyau), tms_cutime : temps CPU utilisateur (comsommé des enfants terminés), tms_cstime : temps CPU système (consommé des enfants terminés). Tous les champs sont de type clock_t (équivalent à unsigned long) et la fonction times() qui a la syntaxe suivante : #include <sys/times.h> clock_t times( struct tms *t ); permet d'obtenir ces informations. Cette fonction retourne un temps absolu exprimé à partir d'une origine de temps arbitraire (il faut donc l'appeler deux fois afin d'estimer une différence de temps). Tous les temps sont exprimés en unité d'horloge. Le nombre d'unités d'horloge par seconde est la valeur symbolique CLK_TCK (égale à 100 ou à 1000): 100

25 GESTION DU TEMPS Exemple : #include <sys/times.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> int main( void ) { struct tms t1,t2; long i; unsigned long et1,et2; void ConsommeDuTemps( long n ) { void *p=null; if ( n > ) return; p = malloc( 1024*n ); if ( p ) free( p ); return; } et1 = times( &t1 ); for ( i = 0 ; i < L ; i++ ) ConsommeDuTemps(i); et2 = times( &t2 ); printf("\n clicks par sec : %ld\n",clk_tck); printf("\n\tnombre de top utilisateur : %ld",t2.tms_utime-t1.tms_utime); printf("\n\tnombre de top systeme : %ld'',t2.tms_stime-t1.tms_stime); printf("\n\tnombre de top d'horloge (temps reel) : %ld",et2-et1); exit(0); } 101

26 GESTION DU TEMPS Il peut arriver cependant que l'on ait besoin de dater les événements avec une précision meilleure que 1/CLK_TCK. Pour cela, il existe un appel-système fournissant une meilleur résolution, gettimeofday(), dont la syntaxe est : #include <sys/time.h> int gettimeofday( struct timeval *, struct timezone * ); struct timeval { long tv_sec; /* secondes */ long tv_usec; /* microsecondes */ }; et fournit le nombre de secondes et le nombre de microsecondes depuis le dernier changement de la valeur du champ tv_sec. Le second argument de cette fonction n'est plus utilisé. 102

27 GESTION DU TEMPS Exemple (sur l allocation de la mémoire) : void ConsommeDuTemps( long n ) { void *p=null; if ( n > ) return; p = (void *)malloc( 1024L*n ); if ( p ) free( p ); return; } int main( void ) { long i; gettimeofday( &timev1, NULL ); for ( i = 0 ; i < 10 ; i++ ) ConsommeDuTemps( 65535L ); gettimeofday( &timev2, NULL ); fprintf(stdout,"gettimeofday() : %6ld us\n",timev2.tv_usec-timev1.tv_usec); /* display us on my computer */ exit(0); } 103

28 GESTION DU TEMPS Exemple (sur le tri par sélection) : #define TAILLE 16 #define SWAP(x,y,t) ((t)=(x),(x)=(y),(y)=(t)) struct timeval timev1,timev2; long t0[taille]={ 25,36,2,9,51,12,18,42, 23,6,28,13,44,38,21,5}; void SortBySelection( long *t, long left, long right ) { long i,j,tmp,min; if ( left >= right ) return; for ( i = left ; i < right ; i++ ) { min = i; for ( j = i+1 ; j <= right ; j++ ) { if ( t[j] < t[min] ) min = j; } SWAP(t[i],t[min],tmp); } return; } int main( void ) { long i; for ( i = 0 ; i < TAILLE ; i++ ) printf("%2ld - ",t0[i]); printf("\n"); gettimeofday( &timev1, NULL ); SortBySelection( t0, 0, TAILLE-1 ); gettimeofday( &timev2, NULL ); for ( i = 0 ; i < TAILLE ; i++ ) printf("%2ld - ",t0[i]); printf("\n"); fprintf(stdout,"gettimeofday(): %6ld us\n", timev2.tv_usec-timev1.tv_usec); /* display 4 us on my computer */ exit(0); } 104

29 GESTION DU TEMPS La norme POSIX met à disposition pour chaque processus trois compteurs, chacun décrémentant de manière autonome. quand un compteur vient à expiration (passage à zéro), un signal (SIGALRM ou SIGVTALRM) est envoyé au processus. Selon le mode de fonctionnement de ce compteur, celui-ci peut redémarrer. La programmation de ces compteurs est effectuée par l'initialisation des structures de données itimerval et timeval et par l'emploi des fonctions getitimer() et setitimer() : #include <sys/time.h> struct timeval { long tv_sec; /* secondes */ long tv_usec; /* microsecondes */ }; struct itimerval { struct timeval it_interval;/* prochaine valeur */ struct timeval it_value; /* valeur actuelle */ }; int getitimer( int compteur, struct itimerval *valeur ); int setitimer( int compteur, struct itimerval *valeur, struct itimerval *anc_valeur ); 105

30 GESTION DU TEMPS Le paramètre compteur spécifie le compteur à utiliser : - ITIMER_REAL : ce compteur décrémente en temps réel et fourni le signal SIGALRM à l'expiration, - ITIMER_VIRTUAL : ce compteur décrémente seulement quand le processus est en exécution et délivre le signal SIGVTALRM à l'expiration (non POSIX), - ITIMER_PROF : ce compteur décrémente seulement quand le processus est en exécution, en mode noyau. Couplé avec le compteur ITIMER_VIRTUAL, ce compteur est utilisé habituellement pour connaitre le temps d'exécution en mode utilisateur et en mode noyau. Le signal SIGPROF est délivré à l'expiration (non POSIX). La fonction getitimer() permet de connaitre la valeur d'un compteur à un moment donné et remplit la structure à l'adresse indiquée par valeur. La fonction setitimer() permet d'initialiser un compteur avec le contenu de la structure commençant à l'adresse valeur et de sauvegarder éventuellement l'ancienne valeur à l'adresse indiquée par anc_valeur (si différente de NULL). 106

31 GESTION DU TEMPS Exemple (initialiser le compteur temps réel pour l envoi d un signal toutes les 10 ms, après 2 s) : #include <sys/time.h> struct timerval t; int main( void ) { t.it_interval.tv_sec = 0; t.it_interval.tv_usec = 10000; t.it_value.tv_sec = 2; t.it_value.tv_usec = 0; setitimer( ITIMER_REAL, &t, NULL );... exit(0); } 107

32 GESTION DU TEMPS Remarques : Puisque le signal SIGALRM est délivré à l'expiration du comptage, on peut associer la délivrance du signal à l'appel d'une fonction de déroutement à intervalles réguliers. Il est formellement déconseillé d'utiliser simultanément les appels système setitimer(), sleep() et la programmation de l'alarme avec la fonction alarm() car elles utilisent le même signal SIGALRM. Par défaut, à la délivrance des signaux SIGALRM, SIGVTALRM et SIGPROF, le processus se termine. Exercice : Concevoir un programme simple qui, s'appuyant sur le timer logiciel ITIMER_REAL, déclenche toutes les 100 ms, l'exécution d'une fonction associée, dont le rôle est de sauvegarder dans un tableau d'entiers (global), les valeurs successives d'un incrément d'une boucle exécutée dans la fonction principale. A l'issue de la boucle, les valeurs du tableau seront sauvegardées dans un fichier. 108

33 INTRODUCTION AU MULTITHREADING Le multithreading est l alternative à la programmation multiprocessus; il offre un parallélisme plus léger à gérer pour le système. Le processus léger (ou thread) constitue une extension du modèle traditionnel de processus, appelé en la circonstance processus lourd. Un processus classique est constitué d un espace d adressage avec un seul fil d exécution, ce fil d exécution étant représenté par une valeur de compteur ordinal et une pile d exécution. Dans ce contexte, l extension consiste à admettre plusieurs fils d exécution indépendants dans un même espace d adressage, chacun de ces fils (ou threads ou activités) étant caractérisé par une valeur de compteur ordinal propre et une pile d exécution privée. Un thread est donc une entité d exécution, rattachée à un processus, et chargée d exécuter une partie du code du processus. Le principal avantage lié à la notion de processus léger est un allègement des opérations de commutations de contextes : en effet lorsque le processus est attribué d un fil d exécution à un autre, comme les deux fils appartiennent au même espace d adressage, la commutation consiste alors en pratique à seulement changer de pile et de valeur de compteur ordinal, le contexte mémoire restant le même. De plus, l opération de création dynamique d un nouveau fil d exécution est sensiblement plus courte que celle correspondant à la création dynamique d un nouveau processus (fork()) puisqu elle ne nécessite pas la duplication de l espace d adressage du processus père. 109

34 Ci-dessus : Processus classique (une seule activité) Ci-contre : Processus composé de deux activités 110