Processus et threads

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Processus et threads

• Chapter 2

2.1 Processus 2.2 Threads 2.3 Communication
interprocessus 2.4 Problèmes classiques de
communication 2.5 Ordonancement
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ProcessusLe concept

• Multiprogrammation de quatre programmes
• Conceptuellement 4 processus séquentiels
  indépendants
• À chaque instant, un seul processus est actif

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Création de processus

• Événements causant la création dun processus
• Initialisation du système
• Exécution dun appel système demandé par un
  processus
• Un usager demande de créer un processus
• Initiation dune tâche sur un système de
  traitement par lots.

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Création de processus sur Windows (1)

• BOOL WINAPI CreateProcess(
• LPCTSTR lpApplicationName,
• LPTSTR lpCommandLine,
• LPSECURITY_ATTRIBUTES lpProcessAttributes,
• LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
• BOOL bInheritHandles,
• DWORD dwCreationFlags,
• LPVOID lpEnvironment,
• LPCTSTR lpCurrentDirectory,
• LPSTARTUPINFO lpStartupInfo,
• LPPROCESS_INFORMATION lpProcessInformation
• )

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Création de processus sur Windows(2)

• typedef struct _PROCESS_INFORMATION HANDLE
  hProcessHANDLE hThreadDWORD
  dwProcessIdDWORD dwThreadId
• LPPROCESS_INFORMATION

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Création de processus sur UNIX (1)

• // Crée une copie exacte du processus appelant
• pid_t fork(void)
• // Remplace limage du processus appelant
• int execve(
• const char fichier,
• char const argv ,
• char const envp
• )

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Création de processus sur UNIX (2)

• Qu'est-ce que envp?
• // Commande shell env
• int main(int argc, char argv, char envp)
• for (int i0 envpi!0 i)
• printf("s\n", envpi)

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Valeur de retour

• include ltsys/types.hgt
• include ltsys/wait.hgt
• pid_t wait(int status)
• pid_t waitpid(
• pid_t pid,
• int status,
• int options)

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Fin dexécution dun processus

• Conditions de fin dexécution
• Sortie normale (volontaire)
• Sortie avec erreur (volontaire)
• Erreur fatale (involontaire)
• Tué par un autre processus (involontaire)

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Hiérarchie de processus

• Le parent crée un processus enfant, lenfant peut
  créer ses propres processus.
• Unix Forme une hiérarchie
• "process group"
• Windows le concept de hiérarchie nexiste pas
• Tous les processus sont égaux

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Létat dun processus (1)

• États possibles
• en cours dexécution
• bloqué
• prêt
• etc.
• Transitions entre les états

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Létat dun processus(2)

• Conceptuellement, lordonnanceur est au niveau le
  plus bas du SE
• Prend en charge les interruptions et
  lordonnancement
• Les autres processus séquentiels sont au dessus

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Implémentation des processus (1)

• Différent champs dune entrée de la table des
  processus

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Exemple Free BSD
struct proc LIST_ENTRY(proc) p_list
/ List of all processes. / /
substructures / struct pcred
p_cred / Process owner's identity.
/ struct filedesc p_fd /
Ptr to open files structure. / struct
pstats p_stats / Accounting/statistics
(PROC ONLY). / struct procsig
p_procsig int p_flag
/ P_ flags. / char
p_stat / S process status.
/ pid_t p_pid /
Process identifier. /
struct proc p_pptr / Pointer to
parent process. / LIST_ENTRY(proc)
p_sibling / List of sibling processes. /
LIST_HEAD(, proc) p_children /
Pointer to list of children. / struct
callout_handle p_ithandle /
Callout handle
for scheduling
p_realtimer.
/
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struct vmspace p_vmspace /
Address space. / / scheduling /
u_int p_estcpu / Time averaged
value of p_cpticks. / int
p_cpticks / Ticks of cpu time. /
fixpt_t p_pctcpu / cpu for this
process during p_swtime / void
p_wchan / Sleep address. /
const char p_wmesg / Reason for sleep.
/ u_int p_swtime / Time
swapped in or out. / u_int
p_slptime / Time since last blocked.
/ struct itimerval p_realtimer /
Alarm timer. / u_int64_t p_runtime
/ Real time in microsec. /
u_int64_t p_uu / Previous user
time in microsec. / u_int64_t p_su
/ Previous system time in microsec.
/ u_int64_t p_iu /
Previous interrupt time in usec. /
u_int64_t p_uticks / Statclock hits
in user mode. / u_int64_t p_sticks
/ Statclock hits in system mode. /
u_int64_t p_iticks /
Statclock hits processing intr. / int
p_traceflag / Kernel trace
points. / struct vnode p_tracep
/ Trace to vnode. / sigset_t
p_siglist / Signals arrived but not
delivered. / u_char p_oncpu
/ Which cpu we are on / u_char
p_lastcpu / Last cpu we were on
/ char p_rqindex /
Run queue index /
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sigset_t p_sigmask / Current
signal mask. / stack_t p_sigstk
/ sp on stack state variable /
u_char p_priority / Process priority. /
u_char p_usrpri /
User-priority based on p_cpu and p_nice. /
char p_nice / Process "nice"
value. / char p_commMAXCOMLEN1
struct pgrp p_pgrp / Pointer to
process group. / struct mdproc p_md
/ Any machine-dependent fields. /
u_short p_xstat / Exit status for
wait also stop signal. / u_short
p_acflag / Accounting flags. /
struct rusage p_ru / Exit information.
/ int p_nthreads / number
of threads (only in leader) / void
p_aioinfo / ASYNC I/O info /
int p_wakeup / thread id /
struct proc p_peers struct proc
p_leader struct pasleep p_asleep
/ Used by asleep()/await(). /
void p_emuldata / process-specific
emulator state data /
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Implémentation des processus(2)

• Idée général du traitement dune interruption par
  le SE
• Le matériel empile les registres sur la pile
  courante
• Le matériel charge un nouveau PC à partir du
  vecteur d'interuption
• Une procédure en assembleur sauve les registres
  dans la table
• La procédure en assembleur définie une pile
  temporaire
• La procédure d'interruption en C s'exécute
• L'ordonnanceur décide du prochain processus
• La procédure C retourne au code assembleur
• La procédure en assembleur démarre le nouveau
  processus

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Les threads (1)

• (a) Trois processus possédant un seul thread.
• (b) Un processus possédant trois threads.
• (c) Appels systèmes bloquant

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Les threads (2)

• Items partagés par tous les threads dun
  processus
• Items à chaque thread

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Les threads (3)

• Chaque thread possède sa propre pile.

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Utilisation des threads (1)

• Un logiciel de traitement de texte avec trois
  threads

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Utilisation des threads(2)

• Un serveur web multithread

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Les threads POSIX

• include ltpthread.hgt
• int pthread_create(
• pthread_t thread,
• const pthread_attr_t attr,
  
• void (start_routine)(void),
• void restrict arg)
• void pthread_exit(void value_ptr)
• int pthread_join(pthread_t thread, void
  value_ptr)

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Les threads POSIX

• Certaines implémentations possèdent
  linstruction
• void pthread_yield(void)
• ou
• void sched_yield(void)
• Sur Solaris on compile avec l'option -lpthread

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Les threads sur Windows

• HANDLE WINAPI CreateThread(
• __in_opt LPSECURITY_ATTRIBUTES
  lpThreadAttributes,
• __in SIZE_T dwStackSize,
• __in LPTHREAD_START_ROUTINE
  lpStartAddress,
• __in_opt LPVOID lpParameter,
• __in DWORD dwCreationFlags,
• __out_opt LPDWORD lpThreadId )
• VOID WINAPI ExitThread( __in DWORD dwExitCode)

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Les threads sur Windows

• DWORD WINAPI WaitForSingleObject(
• __in HANDLE hHandle,
• __in DWORD dwMilliseconds )
• DWORD WINAPI WaitForMultipleObjects(
• __in DWORD nCount,
• __in const HANDLE lpHandles,
• __in BOOL bWaitAll,
• __in DWORD dwMilliseconds )

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Implémentation des threads dans l'espace usager

• Système d'exécution logiciel procurant des
  services à un programme
• Gestion de la mémoire
• Débogueur
• Threads usagers
• Bibliothèques partagées
• Etc.

• Rapidité Pas de passage en mode noyau
• Contrôle Ordonnancement adapté
• Problème Appels systèmes bloquant, fautes de
  page, etc.

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Implémentation des threads dans le noyau
Lorsqu'un thread est bloqué, les autres threads
demeurent actifs.
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Implémentation hybride

• Multiplexage des threads usagers dans les
  threads noyaux.

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Solaris 2.5 (1995)
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Activations de l'ordonanceur

• But Imiter la fonctionnalité des threads noyau
• avec les avantages des threads utilisateur
• Le noyau assigne des processeurs virtuels au
  processus
• laisse le système d'exécution du processus
  allouer les threads au processeurs
• Le noyau comunique avec le système d'exécution
  (upcall) lequel détermine quel thread doit
  recevoir le message (ex. les ASLWP sur Solaris
  2.6 1997).
• Problème
• upcall en contradiction avec la structure des
  systèmes en couches.

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Du code monothread au code multithread

• Conflits pour l'utilisation des variables globales

33
Solutions?

• Interdire les variables globales
• Les threads peuvent avoir leurs propres variables
  globales
• Passées en paramètres
• Fonctions spéciales de la bibliothèque
• create_global(VARG)
• set_global(VARG, var)
• var read_global(VARG)