MultiprogramaciónProcesos

Cecilia Hernández

2007-1

Terminología

MultiprogramaciónEjecutar multiples programas al

mismo tiempoRequiere multiplexar la CPU

• Tranferencia de control entre programas en ejecución mediante

• Cambio de contexto

Proceso : Programa en ejecucióngcc firefox word firefox

tiempo

Procesos

Abstracción de SO de programa en ejecución

Asociado a un espacio de direccionamiento

Adelanto, múltiples hebras de control comparten mismo espacio de direccionamiento código

(text segment)

Datos estáticos(data segment)

heap(mem dinámica)

stack(mem dinámica)

Espacio de direccionamiento

SP

PC

Multiplexando CPU en el tiempo

SO mantiene estructuras de datos para identificar procesos PCB (Process Control Block)

• SO matiene un PCB por cada proceso que está ejecutando en el sistema (para cuando no están usando CPU)

SO ejecuta cambio de contexto para quitar y dar CPU a par de procesos Salva estado de proceso que sale de CPU

en PCB de proceso Recupera estado de PCB de proceso que

entra a CPU para luego ejecutarlo

PCB

Estructura de datos con muchos campos Identificador de proceso (PID) Estado de ejecución (Listo, en ejecución, bloqueado) PC, SP, registros Información de administración de memoria Usuario al que pertenece Prioridad en ejecución Información para administración

En linux Definida en task_struct (include/linux/sched.h)

• Posee muchos más campos de los mencionados arriba

Estados de los procesos

En ejecución

listo

Bloqueado

Interrupción

Sale de CPU

Se despacha a CPU

interrupción(completa E/S)

Espera E/S

Colas de procesos

SO mantiene diversas colas para representar los procesos en el sistema Cola de procesos listos: Procesos que están

en condiciones de ejecutarse esperando por entrega de CPU

Cola de procesos bloqueados: Procesos que esperan por alguna condición para estar listos para ejecutarse

Cuando un proceso cambia de estado, su PCB se desenlaza de una cola para enlazarse a otra

Colas de Procesos

Hay muchas colas de espera, una por cada tipo de espera (dispositivo E/S específico, red, etc)

Ptr headPtr tail

firefox pcb emacs pcb gcc pcb

cat pcb firefox pcbPtr headPtr tail

Encabezado cola espera

Encabezado cola listos

Cambio de contexto Proceso mediante el cual se cambia de un proceso en

ejecución a otro Proceso A entra en kernel

Producto de llamada a sistema, interrupción o excepción El Planificador del SO se ejecuta

Es tiempo de cambio de contexto? Si, sacar de cola de listos siguiente proceso a ejecutar.

Proceso B Rutina en assembly intercambia información de estado del

HW Salva el estado de proceso A en su PCB Restaura estado de proceso B de su PCB Salvar y recuperar estado, incluye CPU y adm de

memoria virtual y resets de caches Ejecuta proceso B OS retorna a modo usuario

Cambio de contexto en linux

Para cambio relacionado con la memoria Include/asm/mmu_context.h

Para cambio de recursos de CPU include/asm/system.h

• Aqui se define una macro llamada switch_to(prev,next,last)

• Para mayor información de los detalles de esta macro revisar

Bovet Daniel P., Sesati Marco, “Understanding the Linux Kernel” (2nd Edition). O'Reilly Media, Inc. 2002

Procesos en Unix

Como crear aplicaciones usando procesos? Usando Llamadas a sistema

Fork : crea un nuevo proceso Exec : ejecuta un programa en proceso

(varios formatos disponibles) Kill : envia señales a procesos

• Pueden ser de término o no

Wait : espera por proceso hasta que termina• Varios formatos

Creación de procesos en Unix

Usando llamada a sistema fork() Básicamente, copia proceso padre

Proceso hijo obtiene un espacio de direccionamiento igual al del padre, pero es independiente

Proceso hijo hereda todos los archivos abiertos del padre

Fork se comporta diferente a cualquier llamado Retorna dos veces

• Retorna el pid del hijo al padre• Retorna 0 al hijo

Ejemplo fork

#include <unistd.h>

int value = 5;

int main () { pid_t pid ;

value = 7;

pid = fork(); if (pid == 0) { // hijo value += 15; } else { // Padre wait (NULL); // espera a que hijo termine printf("PADRE: value = %d\n",value ); }}

Qué valor es impreso en pantalla?

Fork versus exec

Fork() Sólo permite crear nuevo proceso copiando al padre Como hacer que el hijo ejecute algo diferente

• Usando exec()• Ejemplo

• Int exec( char *prog, char **argv) Exec()

Detiene proceso actual Carga programa ‘prog’ en espacio de direccionamiento Inicializa nuevo contexto, args para ‘prog’ Pone PCB proceso en cola de listos NO CREA nuevo proceso, solo cambia lo que esta en

espacio de direcciomiento

Variaciones de exec()

int ret;ret = execl ("/bin/ls", "ls", "-1", (char *)0);

char *env[] = { "HOME=/usr/home", "LOGNAME=home", (char *)0 };ret = execle ("/bin/ls", "ls", "-l", (char *)0, env);

ret = execlp ("ls", "ls", "-l", (char *)0) char *cmd[] = { "ls", "-l", (char *)0 };ret = execv ("/bin/ls", cmd);

char *cmd[] = { "ls", "-l", (char *)0 };ret = execvp ("ls", cmd);

Variaciones wait()

pid_t wait(int *status)

pid_t waitpid(pid_t, int *status, int options)

Shell Unix

int main(int argc, char **argv){ while (1) { char *cmd = get_next_command(); int child_pid = fork(); if (child_pid == 0) { exec(cmd); // vea variaciones de exec panic(“exec failed!”); } else {

int st; waitpid(child_pid, &st, WIFEXITED(st)); } }}

Comunicación entre procesos

Usando señales SIGUSR1, SIGUSR2Ejemplo sigusuario.c

Usando PipesPermite la comunicación en un

sentido entre dos procesos• Int pipe(int fds[2])

Pipe en un proceso

pipe

Proceso de usuario

write fdread fd

-> Flujo de datos ->

kernel

Código que representa pipe en un proceso

#include <unistd.h>main() {

int pipefd[2], n;

char buff[100];

if(pipe(pipefd) < 0)cout<<“error con pipe”<<endl;

cout<<“read fd = %d, write fd = %d\n”, pipefd[0], pipefd[1]);if(write(pipefd[1], “hola yo mismo\n”, 14) != 14)

cerr<<“error con write”<<endl;

if ((n = read(pipefd[0], buff, sizeof(buff))) <=0 )cerr<<“error con read”<<endl;

write(1, buff, n); // 1 por salida estandar stdout

}

Pipe en proceso padre/hijo después de fork

pipe

-> Flujo de datos ->

write fdread fd

write fdread fd

forkProceso padre Proceso hijo

kernel

Comunicando padre con hijo en una dirección

pipe

-> Flujo de datos ->

write fdread fd

write fdread fd

forkProceso padre Proceso hijo

kernel

Usando dup2

int dup2(int oldfd, int newfd);Permite duplicar oldfd creado con otro

especificado en newfd, cerrando newfd primero si es necesario

Ejemplo usando dup2int main(int argc, char **argv){ int pipefd[2]; int pid; pipe(pipefd); pid = fork(); if (pid == 0){ // este es el hijo dup2(pipefd[1], 1); close(pipefd[1]); cout<<" hola papa como estas ...\n"; } else { char msg[100]; dup2(pipefd[0], 0); close(pipefd[1]); cin.getline(msg,100); int st; waitpid(pid, &st, WIFEXITED(st)); cout<<" msg en padre "<<msg<<endl; cout<<" ahh!! me hijo se acuerda de mi\n"; }}