(Process Management)

1
?2? ???? ??(Process Management)

• ???? ???? ????, the unit of work(???? ????)
• CPU time, memory, files, I/O devices -gt ??
• 1. user process(??? ????) - user code ??
• 2. system process(??? ????) - system code ??
• ???? ??
• user process(??? ????)? system process(??? ?????
  ??? ??
• ???? ????
• ?????? ??? ?? ??
• ?????? ?? ??
• ?????? ????(deadlock)??

2
?4? ????(Processes)

• ?? 1 program ?? -gt ??? multiple program? ?? ??

4.1 ???? ??(Process Concept)

• ??
• job batch system
• task time-sharing system
• process
• ????(The Process)
• ???? ?? ?? ??(Current activity)
• PC(Program Counter)
• ???? ?
• ??(stack) -????, ????, ????, ???? ?
• ??? ??(data section)- ????
• ???? ??(Process State)
• ??(new)
• ??(running) - CPU? ??
• ??(waiting) - I/O??? signal ???
• ??(ready) - Processor? ?? ??? ?
• ??(terminated)
• p99 ?? 4.1

3
4.1 ???? ??(Process Concept)
cont.

• ???? ?? ??(Process Control Block)
• ? ????? PCB? ???
• PCB p100 ?? 4.2
• ???? ?? new, ready, running, waiting, halted
• ???? ??? next instruction? ??
• CPU????? accumulator, index register, stack
  pointers, ?? registers, condition-code
• CPU??? ?? priority, pointers to scheduling
  queues
• ??? ?? ?? base and limit registers, page tables,
  segment tables
• ?? ?? time used, time limits, account numbers,
  job, process
• ??? ?? ?? I/O devices list allocated to the
  process, list of open files

4
4.2 ???? ????(Process Scheduling)

• ???? ?(Scheduling Queues)
• p102 ?? 4.4
• job queue(?? ?) memory ?? ???? ?(disk??)
• ready queue(?? ?) CPU? ?? ???? ?
• device queue(?? ?) ??? ???? ?
• queueing diagram(?? ??) p103 ?? 4.5
• ????(Schedulers)
• ?? ????(long-term scheduler, job scheduler)
• pool -gt memory(degree of multiprogramming)
• ?? ????(short-term scheduler, CPU scheduler)
• CPU ?? must be very fast
• ?? ????(medium-term scheduler)
• swapping
• degree of multiprogramming? ??
• memory -gt backing store

5
4.2 ???? ????(Process Scheduling)

• ?? ??(Context Switch)
• CPU? ? process?? ?? process? switch? ?
• save the state of the old process CPU? ???
  ??(PCB??)
• load the saved state for new process CPU? ???
  ??(PCB??)
• pure overhead performance bottleneck -gt
  threads? ??
• context-switch time 1-1000microsecond
• address space ?? ?? memory ????? ??

4.3 ????? ?? ?????(Operations on Processes)

• ???? ??(Process Creation)
• ???? ?? ??? ?? fork, exec..
• ?? ????
• ?? ???? ?? ??? ?? ????? ??(memory, files) ??
• ? ???? ?? ? ???
• ?? ??
• ?? ??? ?? ? ?? ??? wait system call?

6
4.3 ????? ?? ?????(Operations on Processes)
cont.

• ? ????? 2?? (??? ?? ?? ???? ?)
• 1) ??? ??? ?? ?? fork
• 2) ??? ??? ? ????? ?? forkexec?
• execl ??? ?? ????
• execv ????? ???
• char av3
• av0 ls
• av1 -l
• av2 (char )0
• execv(/bin/ls, av)
• Unix? ? ??? ??
• 1) fork ?? process ??, ?? process? PID(Process
  identifier)? ??
• 2) fork exec ???? ????? ????? ? ???? load

7
4.3 ????? ?? ?????(Operations on Processes)
cont.

• ???? ??(Process Termination)
• exit ??? ??
• ?? ??? ???? Return
• ???(???/???), ??? ??, I/O??? OS?? ???
• abort ??? ??
• ??? ??(??? ??? ?? ??? ? ??)
• ?? ?? ??
• ??? ??? ??? ?? ??? ?
• ??? task? ? ?? ?? ?? ?
• ??? ??? ?
• DEC VMS ?? Unix ???(cascading) ??
• ?? ?? -gt OS? ?? ?? ??
• (?) Unix
• exit system call? ???? ??
• wait system call return? ???? ??? pid
• wait(status)
• status ??? exit?? ??? ?? ????
• (?? 8bits 0(???? ??), ?? 8bits exit
  status)

8
4.4 ???? ??(Cooperation Processes)

• ???? ???? ??
• ?? ?? (information sharing)
• ?? ?? ?? (computation speedup) parallel
  computing??
• ???(modularity)
• ???(convenience) parallel computing??
• ???? ?? ? ???-???(producer-consumer)??
• compiler assembly code ??
• assembler assembly code ??, object code ??
• loader object code ??
• ???? ???? ??? ?????
• gt buffer? ??(?? ??? ??)
• gt ???? ???? ??? ??(???? ?? ?? ???? ??)
• ???-??? ?? ??
• 1. ?? ??(unbounded-buffer) ???-??? ??
• ???? ?? ??, ???? ??? ??? ??? ??
• 2. ?? ??(bounded-buffer) ???-??? ??
• ??? ? ? ??? ???? ??, ??? ?? ??? ???? ??

9
4.4 ???? ??(Cooperation Processes)
cont.

• ?? ?? ???-??? ?? -gt ???(LWP)? ?? ???
• ??-???? ??? ???
• var n
• type item ..
• var buffer array 0..n-1 of item
• in, out 0..n-1 inlt- next free position
  outlt- first full position
• empty in out
• full in 1 mod n out
• ??? ????
• repeat
• ...
• produce an item in nextp
• ...
• while in1 mod n out do no-op
• bufferin nextp
• in in 1 mod n
• until false

10
4.4 ???? ??(Cooperation Processes)
cont.

• ??? ????
• repeat
• while in out do no-op
• nextc bufferout
• out out 1 mod n
• ...
• Consume the item in nextc
• ...
• until false
• ??? ?? n-1 ? ??? ?? ? ?? -gt n ? ?? ? ??? ??(6?)
• in next free position
• out first full position
• empty, full ?? ?? ??? ?? ??
• ?? ??? ?? ?? in out

11
4.5 ???(Threads)
cont.

• ???? ?? PC
• ??? ? PC (a thread of control)? ?? address
  space? ???? fork? ??
• ?? ????(LWP lightweight process) ???
• CPU? ???? ?? ??
• PC, ???? ??, ?? ??? ??
• ????? ?? task(code section, data section, OS
  resources-open files, signals)? ?? (p113 ?? 4.8)
• ?? ????(heavyweight process) 1 thread? ?? task
• ??
• ?? ???? CPU switching, thread context switch
• ???? ?? ???
• ?? ???? process switching, context switching
• ??? ?? ???(virtual memory page table ?? ?)

12
4.5 ???(Threads)
cont.

• ??
• ?? ??? ??(multiple-thread control)
• ? ?? PC, stack, ????(no protection)
• ?? ???? ??(multiple-process control)
• ??? PC, stack, address space, ???(protection)
• ???? ??
• CPU??
• ??, ??, ????
• ?? thread??
• block
• (?1) ?? ??
• ?? ???? ?? ?? process? disk access ?? block??
  ?? file server process ?? ??
• ?? ??? ??? ?? ?? task? ?? server thread ?? ??
• (?2) ??? ??? ??
• 2 threads ? ???? ??(better if on 2 processors)

13
4.5 ???(Threads)
cont.

• ???? ?? ??
• 1. kernel supported(????) Mash, OS/2 system
  calls
• ??? ????(fair scheduling)
• ??? ??? ?(switching is time consuming)
  interrupt ?? ??
• 2. library supported(????? ??) Andrew(CMU)
  library calls
• ???? ????(unfair scheduling)
• ???? ??(switching is fast)
• ??? ?? ???? system call? ??? ?? system call ????
  ?? ?? ????? ???? ?
• 3. hybrid approach(?? ??) Solaris 2
• kernel ??(system call ?? ??)
• single tasking Unix kernel ?? ?? ?? ??? ???
• multi tasking Mach kernel ????? ????(threads
  are synchronous)
• ?? ???? ??? ??? ???? ?? ??(?? ??? ?? ??? ??? ????
  ??)
• (cf) asynchronous system? ?? locking mechanism??

14
4.5 ???(Threads)
cont.

• (?2)????(Solaris) 2.x
• SunOS Release 4.x - Solaris 1.x
• SunOS Release 5.x - Solaris 2.x
• Solaris 2? ??
• kernel??? user???? ??? ??
• symmetric multiprocessing(??? ?? ????)
• ? process? OS?? Master-slave? ??
• real-time scheduling(??? ????)
• ???? LWP(Light Weight Processes) a virtual
  CPU
• user-level
• stack? PC
• switching(linking with thread)? ???. ?? ?? ??.
• intermediate-level LWP
• PCB, register, ????, ??? ??
• ??? ???.
• kernel-level(???? ??)
• ??? ?????stack
• switching? ??? ???.

15
4.5 ???(Threads)
cont.

• p116 ?? Figure 4.9 Solaris 2? ???
• Many LWP, many CPU
• N user-level thread lt-gt l LWP
• 1 LWP lt-gt 1 Kernel-level thread 1 system call
• N Kernel-level thread lt-gt 1 CPU
• (?) 5? ?? ?? -gt 5 LWP??
• ? ?? ??? Kernel ??? I/O??? ???? ?
• Solaris 2??
• ? task? ? I/O??? ???? ?? block? ??? ??.
• ?? ??? ? LWP(kernel thread)? I/O ??? ???? ????
  CPU? ? ??? ?? LWP(kernel thread)? ???? ?? ???
  ????.
• ??
• Solaris 2.x System Administrators Guide,
• Threads Primer A Guide to Multithreaded
  Programming, Bil Lewis, Daniel J.Berg, Prentice
  Hall, 1996.

16
4.6 ????? ??(Interprocess Communication)

• ?? ?? lt- ? ????? ? ? ???? ?
• ?? ??? ??(shared-memory)
• ?? ???? ???? ?? ???? ???? ??
• (?)???? ???-??? ?? version 1
• ??? ?? ??(message-passing)
• IPC(interprocess-communication)?? ?? OS? ????
  ??
• (?)?? ?? ???-??? ?? version 2
• IPC?? ??(Basic Structure)
• IPC??? 2??
• send (message)
• receive(message)
• ???? P? Q? ??? -gt ???? ??
• ??
• ?? ???
• bus
• network
• send/receive??

17
4.6 ????? ??(Interprocess Communication)
cont.

• ??? ???? ???? ???
• ??(direct) ?? ?? ??
• ??(symmetric) ?? ???(symmetric) ??
• ??(automatic) ?? ???(explicit) ???
• ??(copy)? ?? ?? ?? ??(reference)? ?? ??
• ????(fixed-sized) ?? ????(variable-sized) ???
• ?? ??(Naming)
• 1) ????(Direct Communication)
• ??? ?? ? ????(sender/receiver)? ??? ??? ??
• Send(P, message) ???? P?? ??? ??
• Receive(Q, message) ???? Q??? ??? ??
• ???? ?? sender? receiver ??
• Send(P, message) ???? P?? ??? ??
• Receive(id, message) ??? ??????? ??? ??
• id ???? ?? ????? ???? ???
• ????? ??
• ???? ?? ??? ?? ???(limited modularity)

18
4.6 ????? ??(Interprocess Communication)
cont.

• (?? ??? ?) ???/??? ??
• ???(producer)
• repeat
• ...
• produce an item in nextp
• ...
• send(consumer, nextp)
• until false
• ???(consumer)
• repeat
• ...
• receive(producer, nextc)
• ...
• consume the item in nextc
• ...
• until false

19
4.6 ????? ??(Interprocess Communication)
cont.

• 2) ????(Indirect Communication)
• mailbox(ports) ?? ??
• send(A, message) mailbox A? ??? ??
• receive(A, message) mailbox??? ??? ??
• mailbox? ??
• ????? mailbox??
• OS? mailbox??
• ???(Buffering)
• ??? ??? ?? ??
• Zero capacity rendez-vous(no buffering)??? ??
• Bounded capacity ?? ?? ? ???? ???
• Unbounded capacity ?? ?? ? ???? ???

20
4.6 ????? ??(Interprocess Communication)
cont.

• ???? ??(asynchronous communication) ?? ??? ??
• ?? ?? ??? ?? ?? ??
• ? ??? ? ?? ??? ??
• P send(Q, message)
• receive(Q, message)
• Q receive(P, message)
• send(P, acknowledgment)
• ??? ??
• ??? ?? ????? ??? ???? ??
• ?? ??? ?? ?? ?? ? ??? ??? ?? ??? ??? ? ??
• ??? ?? ?? ?? ??? ??? ??? ??
• ??? ?? ????? ???? ?? ?? ??? ???
• Thoth
• reply(P, message) ? ??? ?? ????? ?? ????? ?? ??
• ??? ??(synchronous communication)
• RPC(Remote Procedure Call)? ?? ??
• sender subroutine call -gt reply? ??? ?? ?
• receiver ?? ??? reply

21
4.6 ????? ??(Interprocess Communication)
cont.

• ?? ??(Exception Conditions)
• centralized ?? distributed system?? ?? ??? ???
  ??(?? ??) ??
• ???? ??(Process Terminates)
• P? ??? Q? ??? -gt P? ?? ?
• P ??
• Q ?? ??? P? ??
• P? ??? Q? ??? ?? -gt Q? reply ???? ? ?? ?? ?
• ??? ??(Lost Messages)
• OS? ?? ? ?? ??
• sender? ?? ? ?? ??
• OS? ??, sender? ?? (-gt 12?)
• ??? ???(Scrambled Messages)
• ?? ??? ??(noise) ?? -gt ?? OS? ???
• ??????(check sums, parity, CRC)?? ??

22
4.6 ????? ??(Interprocess Communication)
cont.

• ?? Mach
• ?????? ?? OS
• ??? ??, task ? ????? ????
• port( mailbox)
• task ?? gt (kernel mailbox, notify mailbox) ??
• system calls
• msg_send
• msg_receive
• msg_rpc (remote procedure call)
• port_allocate ? mailbox ??, buffer size 8,
  FIFO order
• port_status ??? mailbox? ??? ? ??
• ??? ??
• ???? header
• ??? ??
• ? mailbox ??(? ? ??? sender? mailbox reply ??
  return address ??)
• ? ??? data portion ????(typed) ??? ???? ???

23
4.6 ????? ??(Interprocess Communication)
cont.

• send ??
• ?? mailbox? full? ??? ??? ??
• ?? mailbox? full??
• mailbox? ? ??? ?? ??? ??
• ?? n ??? ??
• ???? ?? ?? ??
• ???? ??? cache ??? ??? OS? ?? ??(???? ??? ??
  mailbox? ???? ? reply only one pending
  message)
• line printer driver ? ?? ??? ??
• receive ??
• ?? mailbox ?? mailbox set??? ???? ???? ???? ?
• ??? mailbox??? ?? mailbox set ? ? mailbox??? ???
  ??
• ?? ??? ??? ?? n ??? ????? ???? ??
• ??? ???? ??
• double copy(sender -gt mailbox, mailbox-gt
  receiver)
• Mach? virtural memory ???? ?? ?? ??(?? ???? ??
  ???? ?? ?? ???? mapping ??)

24
4.6 ????? ??(Interprocess Communication)
cont.

• ?? Windows NT
• ??? ?? ???? ?? ?? ????? ?? ??(local Procedure
  Call)
• ?? ??(connection port)? ?? ??(communication port)
  ??
• ?? ??
• ?????? ?? ?? ??? ?? handle? open
• ?????? ?? ??
• ??? ? ?? ???(private) ?? ??? ???? ??????? ? ?? ?
  ??? handle? ???.
• ?????? ??? ?? ?? ??? handle? ???? ???? ????
  ????(callback)? ?? ??(reply)? ???
• ? ?? ??? ?? ??
• ??? ??? ?? ?? ???? ??, callback ?? ??
• ?? ???? ?? ??(section object)? ??, callback ?? ??
• quick LPC ?????? ?? ?? ? quick LPC ??, ???
  ????? ?? ?? ???(dedicated server thread) ??
• ?? ??, ??? ?? 64KB ?? ??, ???? ???? ? ?? ??
  ??(event pare object) ??
• ?? ??? ??, ?? ?? ??, ??? ????? ???? overhead ??
• ?? ?? ? ???? ?? ?? ??
• ??? ?? overhead ???? ?? ????? ? ???? batch ??? ?