PROCESS MANAGEMENT: STRUTTURE DATI

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PROCESS MANAGEMENT STRUTTURE DATI
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Sintesi fin qui
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Residente
Daemon
Processi utente
Non residente
Processo 2
Processo n
Processo 1
Memoria centrale
Periferiche
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Immagine di un processo

• Limmagine di memoria di un processo è
  organizzata in tre regioni

E rientrante, e può essere condiviso fra più
processi

• Ogni regione è uno spazio di indirizzamento
  autonomo

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Che cosa genera il compilatore C
include ...
NON
char buffer1000
INIZIALIZZATI
int version1

DATI
main(int argc, char argv)
INIZIALIZZATI
int i

while ...
...
STACK
exit (0)

int fun(int n)
int j

if ...
TESTO
...

3
5
Formato di un eseguibile
Un eseguibile è costituito da un insieme di
header e un insieme di sezioni, contenenti codice
o dati
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Sintesi fin qui
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Residente
Stack
Stack
Stack
Non residente
Dati
Dati
Dati
Testo
Testo
Testo
Processo 2
Processo n
Processo 1
Memoria centrale
Periferiche
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Strutture dati per la gestione dei processi

• Process Table
• si trova nel kernel, ed è residente
• contiene una entry per ogni processo, ed è
  dimensionata staticamente al momento della
  configurazione del sistema
• per ogni processo contiene le informazioni che ne
  permettono la schedulazione, e che devono essere
  sempre residenti
• U-Area (user area)
• si trova nel kernel, ma non è residente
• contiene quelle informazioni necessarie al kernel
  per la gestione del processo, ma che non è
  necessario che siano sempre residenti in memoria
• Ready Queue
• Liste dei processi ready (una per ciascun livello
  di priorità)

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Strutture dati per la gestione dei processi
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Strutture dati per la gestione dei processi
0
1
2
3

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Process Table
U-Area
Processo
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Strutture dati per la gestione dei processi
0
1
2
3

4
Process Table
U-Area
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Sintesi fin qui
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MEMORY MANAGEMENT
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Paginazione

• Le versioni non antiche di Unix utilizzano
  tecniche di paginazione
• Per eseguire un processo è sufficiente che in
  memoria siano presenti almeno
• la sua u-area
• la sua tabella delle pagine
• Le pagine di testo, dati e stack sono portate
  dinamicamente in memoria dal kernel, una alla
  volta, quando servono (cioè a seguito di un page
  fault)
• Se u-area e tabella delle pagine non sono in
  memoria, ve le porta il processo swapper

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Pagedaemon

• E un demone che viene eseguito periodicamente
  per controllare il numero di pagine libere in
  memoria
• Se è troppo basso, libera qualche pagina
• Se è ok, ritorna inattivo

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Swapper

• E un processo di sistema che
• Se le pagine libere sono sotto il minimo, rimuove
  uno o più processi dalla memoria (in genere
  quelli inattivi da più tempo) SWAPOUT
• Verifica periodicamente la esistenza di processi
  pronti su disco e, se possibile, li carica in
  memoria (solo u-area e tabella delle pagine)(in
  genere quelli fuori da più tempo, a meno che non
  siano troppo grossi) SWAPIN

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PROCESS MANAGEMENT SYSTEM CALL
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Processi in Unix

• In Unix, ogni processo viene creato dal kernel
  su richiesta di un altro processo (detto processo
  padre), mediante una apposita system call (fork)
• Esiste un processo iniziale (PID0) che non ha
  padre, e che viene creato dal kernel al momento
  della inizializzazione del sistema
• Ogni processo si termina attraverso una apposita
  system call (exit)

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Creazione di un processo

• In Unix un nuovo processo viene creato
  esclusivamente per duplicazione di un processo
  esistente, attraverso la system call
• pid_t fork(void)
• che crea un processo figlio identico al padre,
  e restituisce
• al figlio 0
• al padre PID del figlio in caso di
  errore -1
• Lunica eccezione è il processo 0, che viene
  creato alla inizializzazione del sistema

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Fork esempio

• p fork()
• if p lt 0 / la fork è fallita /
• else if p0 / operazioni del figlio /
• else / operazioni del padre /

In Unix non esiste alcuna system call per creare
un processo che esegue leseguibile x Devo
farlo utilizzando più system call
20
Creazione di un processo
Pfork()
21
Che cosa fa la fork

• Alloca una entry nella Process Table per il nuovo
  processo
• Assegna un PID unico al nuovo processo e
  inizializza i campi della Process Table entry
• Crea una copia della immagine del processo padre
  (il testo non viene duplicato ma si incrementa un
  reference count)
• Incrementa opportuni contatori dei file aperti
• Inizializza i contatori di accounting nella
  u-area del nuovo processo
• Pone il nuovo processo nello stato di pronto
• Restituisce il PID del figlio al padre, 0 al
  figlio o -1 in caso di errore

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Le system call exec

• exec (pathname, argomenti)
• sostituisce limmagine del chiamante con il file
  eseguibile pathname, e lo manda in esecuzione
  passandogli gli argomenti

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Creazione di un processo
U-Area
Stack
Dati
Processo Figlio
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Exec
U-Area
U-Area
Stack
Stack
Dati
Dati
Testo
Testo
Processo Figlio
Processo Padre
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Terminazione di un processo

• In Unix un processo si termina attraverso la
  system call void _exit(int status)
• che
• - termina il processo chiamante
• - rende disponibile al processo padre il valore
  di status, mettendolo nella propria process table
  entry
• - (il padre potrà ottenerlo tramite la primitiva
  wait)

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Wait

• pid_t wait (int status)
• sospende il processo chiamante fino a che uno dei
  suoi figli termina
• restituisce il PID del figlio terminato (di uno a
  caso se sono più di uno) o 1 se non ci sono
  figli
• assegna a status lexit status del figlio

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Exit esempio
padre int st . wait ( st )
figlio exit (0) .
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Exit
La process table entry del figlio non può essere
rimossa fino a quando il valore di status in essa
contenuto non è stato prelevato dal padre
U-Area
U-Area
Stack
Stack
Dati
Dati
Testo
Testo
Processo Figlio
Processo Padre
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Zombie e orfani

• un processo terminato passa nello stato di
  zombie, e viene definitivamente rimosso dopo che
  il padre ha ricevuto il suo stato di terminazione
  con una wait
• un processo zombie occupa un insieme minimo di
  risorse (process table entry)
• un processo orfano (cioè il cui padre è
  terminato) viene adottato dal processo init,
  quindi un processo ha sempre un padre

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Altri stati di un processo
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INIZIALIZZAZIONEDEL SISTEMA
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BOOTSTRAP

• Allaccensione della macchina, lhardware lancia
  il programma di boostrap
• che carica in memoria il blocco di boot da
  disco, il quale contiene un programma
• . che carica in memoria il kernel
• e quindi trasferisce il controllo a un entry
  point (start), che crea il processo 0

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Inizializzazione del sistema

• inizializza le strutture dati del kernel
• crea processo 1 (init) forkexec)

Start

• crea un processo per ogni terminale attivo e i
  demoni è il padre di tutti i processi è in loop

1
1
comando
è la shell di login
effettua il login
inizializza il terminale
kernel mode
user mode
34
STRUTTURA DELLA SHELL
35
Shell interfaccia utente

• file args esecuzione in foreground
• ltoutputgt
• file args esecuzione in background

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Struttura generale della shell
file argsltgt ltoutputgt

• write (1, PROMPT)
• while ((nread(0,buffer,80)!0)
• riconosci nome file e args
• If ( (pidfork()) 0) / I/O redirection
  / if (exec(file, args)-1) exit (1)
• procidwait(status)
• If (status !0) write (2, error)
• write(1,PROMPT)

Se il comando è eseguito in background, non viene
eseguita la wait
37
COMUNICAZIONE FRA PROCESSI
38
Interprocess communication in Unix

• Unix fornisce diversi meccanismi
• Segnali
• Pipes
• Sockets

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Che cosè un segnale

• Un segnale è una notifica a un processo che è
  occorso un particolare evento
• Un errore di floating point
• La morte di un figlio
• Una richiesta di terminazione
• I segnali possono essere pensati come degli
  interrupts software
• I segnali possono essere inviati
• da un processo a un altro processo
• da un processo a se stesso
• dal kernel a un processo
• Ogni segnale è identificato da un numero intero
  associato a un nome simbolico

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Segnali in POSIX

• Segnale Significato (default)
• SIGABRT Abortisce un processo (termina con
  dump)
• SIGALRM Invia un segnale di "sveglia" (termina)
• SIGCHLD Lo stato di un figlio è cambiato
  (ignora)
• SIGCONT Continua un processo stoppato (continua
  o ignora)
• SIGFPE Floating Point Error (termina con dump)
• SIGHUP Hangup su un terminale (termina)
• SIGILL Istruzione di macchina illegale (termina
  con dump)
• SIGINT Premuto il tasto DEL per interrompere il
  processo (termina)
• SIGKILL Segnale per terminare un processo (non
  può essere ignorato) (termina)
• SIGPIPE Tentativo di scrivere su una pipe che
  non ha lettori (termina)
• SIGQUIT L'utente ha usato il tasto di quit del
  terminale (termina con dump)
• SIGSEGV Riferimento a un indirizzo di memoria
  non valido (termina con dump)
• SIGSTOP Per stoppare un processo (non può essere
  ignorato) (stoppa il processo)
• SIGTERM Segnale per terminare un processo
  (termina)
• SIGTSTP L'utente ha usato il tasto "suspend" del
  terminale (stoppa il processo)
• SIGTTIN Un processo in background tenta di
  leggere dal suo terminale di controllo (stoppa
  il processo)
• SIGTTOU Un processo in background tenta di
  scrivere sul su terminale di controllo (stoppa
  il processo)
• SIGUSR1 Disponibile per scopi definiti
  dall'applicazione

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System call per gestire i segnali

• kill (PID, sig)
• invia il segnale specificato al processo o al
  gruppo di processi specificato
• sigaction (sig, action, ..)
• associa a un segnale la sua funzione di
  trattamento
• (inizialmente signal non POSIX)

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Come viene trattato un segnale

• Quando un processo riceve un segnale, può
• Trattarlo mediante una specificata funzione
  (handler)
• Ignorarlo
• Attivare lazione di default associata al segnale
  stesso (termina o sospendi il processo, ignora)

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Esempio

• Per terminare o sospendere un processo in
  foreground, lutente può premere i tasti CTRL-C o
  CTRL-Z (rispettivamente)
• Tale carattere viene acquisito dal driver del
  terminale, che notifica al processo il segnale
  SIGINT o SIGTSTP (rispettivamente)
• Per default, SIGINT termina il processo e SIGTSTP
  lo sospende
• NB Tali segnali vengono inviati a tutto il
  gruppo di processi

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Protezione

• Per motivi di protezione, deve valere almeno una
  delle seguenti condizioni
• Il processo che riceve e il processo che invia il
  segnale devono avere lo stesso owner
• Lowner del processo che invia il segnale è il
  superuser

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Strutture dati per la gestione dei segnali
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Process Table
U-Area