Multiprogramación Procesos Cecilia Hernández

Terminología Multiprogramación Ejecutar multiples programas al mismo tiempo Requiere multiplexar la CPU Tranferencia de control entre programas en ejecución mediante Cambio de contexto Proceso : Programa en ejecución gccfirefoxwordfirefox 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 head Ptr tail firefox pcbemacs pcbgcc pcb cat pcbfirefox pcb Ptr head Ptr 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 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, SIGUSR2 Ejemplo sigusuario.c Usando Pipes Permite la comunicación en un sentido entre dos procesos Int pipe(int fds[2])

Pipe en un proceso pipe Proceso de usuario write fd read fd -> Flujo de datos -> kernel

Código que representa pipe en un proceso #include 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 fd read fd write fd read fd fork Proceso padre Proceso hijo kernel

Comunicando padre con hijo en una dirección pipe -> Flujo de datos -> write fd read fd write fd read fd fork Proceso 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 dup2 int 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"; }