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Esecuzione dei processi in UNIX
Linux utilizza un misto tra Kernel Interno ai Processi Utente e Kernel Basato sui Processi.
Le funzioni del Kernel sono eseguito per lo più tramite interrupt per conto del processo corrente, ma ci sono dei processi di sistema chiamati kernel threads che partecipano alla normale competizione del processore.
Di solito sono periodici, ed eseguono una specifica operazione come ad esempio:
- Riorganizzare la RAM liberando spazio
- Gestire dispositivi I/O
- Operazioni di rete
Transizione tra Stati dei Processi
- User Running: in esecuzione in modalità utente
- Kernel Running: in esecuzione in modalità kernel o sistema
- Ready to Run: in Memory può andare in esecuzione non appena il kernel lo seleziona
- Asleep in Memory: non può essere eseguito finch ́e un qualche evento non si manifesta; il processo è in memoria
- Ready to Run: Swapped può andare in esecuzione (non è in attesa di eventi esterni), ma prima dovrà essere portato in memoria
- Sleeping o Swapped: non può essere eseguito finché un qualche evento non si manifesta; il processo non è in memoria primaria
- Preempted: il kernel ha appena tolto l’uso del processore a questo processo (preemption), per fare un context switch
- Created: appena creato, ma ancora non pronto all’esecuzione
- Zombie terminato, ma resta nelle tabelle dei processi perché il processo che l’ha creato possa prendersi il suo valore di ritorno
Il Processo Unix
Il PCB del processo UNIX è formato da 3 principali sezioni:
Formato del PCB
- Process Size: Indica la dimensione dell’immagine del file e non quella del PCB, quest’ultimo ha grandezza predefinita.
- User Identification: Ad esempio se un processo è in esecuzione utente e va in modalità kernel, l’effective user ID diventa il “sistema operativo” mentre il real user ID rimane l’utente iniziale.
- Event Descriptor: Indica perché il processo è in asleep
- P_Link: Puntatore al prossimo processo in coda (coda ready o altre code).
Livello Utente
- Process Text: Codice Sorgente in linguaggio macchina
- Process Data: Sezione di dati del processo ovvero i collegamenti ai valori delle variabili
- User Stack: Le chiamate del processo
- Shared Memory: Memoria condivisa con altri processi se presente
Livello Registro
- Program Counter: Indirizzo della prossima istruzione del process text da eseguire
- Processor status register: Registro di stato del processore, relativo a quando è stato swappato l’ultima volta
- Stack Pointer: puntatore alla cima dello user stack
- General purpose registers: Registri accessibili al programmatore, relativo a quando è stato swappato l’ultima volta.
Livello Sistema
- Process table entry: Puntatore alla tabella di tutti i processi che individua quello corrente
- U Area: Informazioni per il controllo del processo
- Process Region Table: Definisce il mapping tra indirizzi virtuali ed indirizzi fisici
- Kernel Stack: Lo stack di chiamate separato da quello utente usato per le funzioni di sistema.
Creazione di un Processo in Unix
- Viene effettuata una chiamata di sistema
fork() - Il SO, in kernel mode:
- Alloca una entry nella tabella dei processi
- Assegna un PID al processo
- Copia l’immagine del padre escludendo la memoria condivisa, una volta fatto questo sia padre che figlio vorranno eseguire la stessa istruzione successiva al fork.
- Incrementa i contatori di ogni file aperto dal padre dato che ora sono anche del figlio
- Assegna al processo lo stato Ready to Run
- La fork ritorna il PID del figlio al padre e 0 al figlio, nello specifico all’interno del codice posso inserire un if sul valore della fork, se è 0 sono nel figlio e posso eseguire le istruzioni che voglio, se non è 0 sono il padre e allora posso continuare con le vecchie istruzioni oppure ad esempio aspettare la terminazione del figlio.
Quindi quando creiamo un processo figlio, inizialmente questo è una copia del padre, si è notato che è la cosa più efficiente dato che è la situazione più comune quella dove un figlio esegue una parte del codice del padre.
Una volta creato, il kernel decide se continuare ad eseguire il padre, eseguire il figlio o un altro processo ancora.