Appunti di sistemi operativi

GESTIONE DEI PROCESSI

P = (C, S)

processo = programma in esecuzione; è formato da una sezione di testo (C) codice del programma (parte statica del programma che non varia nel tempo), e da uno stato di esecuzione (S) composto da:

• program counter

• valori dei registri della CPU

• stack con i dati relativi all’esecuzione

non va quindi confuso con il concetto di programma semplice (passivo, non in esecuzione, ossia l’insieme di codice contenuto in un file nel supporto di massa); diverse istanze di uno stesso programma sono da considerare infatti diversi processi

un processo è rappresentato nel sistema operativo da un descrittore di processo (PD = process descriptor, chiamato anche PCB = proccess control block ), che contiene tutte le informazioni relative al processo stesso

il termine processo è ormai universale, ma per la precisione:

• lavoro (job) in caso di sistemi batch

• processo in caso di sistemi time-sharing

rappresentazione di un PCB:

STATO DI UN PROCESSO

(dal punto di vista del sistema operativo)

un processo passa dall'esecuzione all'attesa in presenza di un interrupt

abbiamo una sorta di ciclo in cui i processi passano da uno stato all'altro: interrupt - dispatch (“sbrigare”)

schema classico a 5 stati:

• abbiamo un interrupt che fa passare i processi dallo stato in attesa allo stato pronto;

• un altro interrupt fa passare dallo stato di esecuzione allo stato di attesa (asincrono);

• nel time-sharing si aggiunge un altro interrupt (timer) che si occupa di alternare i vari processi nello stato di esecuzione periodicamente e indipendentemente dal fatto che siano stati terminati o meno (asincrono)

le code di processi nel sistema operativo consistono in code di PCB

CAMBIO DI CONTESTO

cambio di contesto = operazione tramite la quale il sistema operativo passa dall'esecuzione di un processo all'esecuzione di un altro processo; fasi:

1. il sistema si occupa di salvare al momento dell'interrupt lo stato di esecuzione di P1 nel PCB

2. ripristina lo stato di esecuzione di P2

3. 
   finisce l'interruzione e inizia l'esecuzione di P2

SCHEDULING

iter di un processo:

1. scheduler a lungo termine li sceglie e li carica in memoria (nei sistemi batch)

2. scheduler di CPU assegna la CPU a uno dei processi pronti

obiettivi della progettazione di uno scheduler (l'idea di base è che un solo processo è in esecuzione su una CPU, ma più processi la devono usare):

• massimizzare l'utilizzo della CPU (vero per quel che riguarda i sistemi batch multiprogrammati)

• garantire l'interattività (time-sharing)

Ogni processo è inserito in una coda di scheduling (esistono molte code, es. tutti i processi passano attraverso la coda dei processi pronti; ogni dispositivo di I/O ha associata una coda di processi che hanno richiesto il suo utilizzo)

diagramma di accodamento:

scheduler a lungo termine = tradizionalmente legato ai sistemi batch; non molto presente in quelli attuali, dove è l'utente a decidere se aprire altri processi (facendo la funzione dello scheduler a lungo termine); si occupa di scegliere quali processi ammettere nel sistema, seguendo come criteri:

• bilanciamento fra numero di processi in entrata in memoria e numero di processi terminati (mantiene costante il grado di multiprogrammazione)

• equilibrio fra processi con prevalenza di I/O (I/O bound) e processi con prevalenza di elaborazione (CPU bound), per massimizzare le risorse

es. UNIX non ha lo scheduler a lungo termine -> sta all'utente diminuire i processi in esecuzione manualmente quando le prestazioni calano troppo

scheduler a medio termine = (presente in certi sistemi) nel momento in cui il grado di multiprogrammazione è troppo alto, sospende temporaneamente dei processi pronti o ancora meglio in attesa, spostandoli su disco (swap-out), e in seguito li ripristina da disco alla coda dei processi pronti o in attesa (swap-in)

lo scheduler medio per effettuare le sue scelte si basa su questi dati:

• turnaround = tempo di completamento di un processo

• tempo di attesa (nello stato di pronto), tempo di interattività (time-sharing)

QUANDO INTERVIENE LO SCHEDULING A BREVE TERMINE?

• timer (per i time-sharing, nei sistemi batch no)

• terminazione (è necessario che intervenga perché se un processo lascia libera la CPU è necessario eseguire un altro processo)

• I/O, attesa: se il processo in attesa si blocca per un I/O

• fine I/O, fine attesa, evento: possibile per processi real-time o comunque ad alta priorità

lo scheduler viene invocato alla fine della gestione dell'interruzione (e decide che processo eseguire)

P2 era in attesa di un I/O e aveva lasciato l'esecuzione a P1, quando avviene la fine dell'I/O vi è un interrupt e lo scheduler interrompe P1 e lascia l'esecuzione a P2

altre caratteristiche degli scheduler:

1. scheduling non-preemptive = non fanno prelazione sul processo in esecuzione = mettono in esecuzione un nuovo processo solo quando la CPU è già stata liberata

2. scheduling preemptive (con diritto di prelazione) = possono forzare il rilascio della CPU

3. con priorità

4. senza priorità

queste 4 si possono combinare

es. fila a uno sportello

fila classica, tutti in fila nessuno passa davanti = non preemptive senza priorità

fila classica + fila prioritaria per quelli che hanno un conto presso la posta = fila non-preemptive con priorità