Tema 4: Gestión de Procesos

Transcripción

1 Tema 4: Gestión de Procesos SSOO - Curso 2005/06 E. Domínguez C. Villarrubia Departamento de Tecnologías y Sistemas de Información Escuela Superior de Informática Universidad de Castilla - La Mancha Marzo de 2006

2 Índice Puntos Desarrollados en la Sesión Anterior 1 2

3 Tema 4: Gestión de Procesos Sesión 3:. Caso de Estudio UNIX

4 Resumen de Contenidos de la Sesión Anterior En la sesión anterior hemos visto Esquemas de planificación simples Esquemas de planificación avanzados

5 Procesos concurrentes Los procesos se pueden ejecutar de forma concurrente en el sistema Los procesos concurrentes pueden ser Independientes: No afectan a otros ni son afectados por ellos Cooperativos: Afectan a otros o son afectados por ellos

6 (cont.) Razones para permitir la cooperación Compartir información Por ejemplo, compartir un archivo Aceleración de los cálculos Mediante la división de una tarea en subtareas que se ejecutan en paralelo Modularidad Convirtiendo las funciones en procesos individuales Comodidad Permitir realizar varias tareas al mismo tiempo

7 (cont.) Requerimientos Mecanismos que permitan a los procesos comunicarse entre sí Variables compartidas: No es posible si se dispone de espacios de memoria totalmente separados Transferencia de mensajes Archivos compartidos: Por sí sola no es una solución válida Mecanismos que permitan a los procesos sincronizar sus acciones Mantenimiento de la consistencia de la información asegurando la ejecución ordenada de las instrucciones de los procesos

8 Identificadores de Proceso Descripción Cada proceso tiene un identificador de proceso (pid) Salvo el primer proceso, denominado init (pid = 1), cualquier proceso es creado por otro (proceso padre). Se tiene así un sistema jerárquico de procesos

9 Descriptores estándares de E/S Descripción Los procesos esperan normalmente Obtener datos a través del descriptor de archivo 0 (entrada estándar) Enviar datos a través del descriptor de archivo 1 (salida estándar) Notificar errores a través del descriptor de archivo 2 (salida de error estándar) Típicamente estos descriptores están asociados al terminal

10 La Primitiva fork 1 p i d _ t f o r k ( void ) ; Objeto: Crear un nuevo proceso que será hijo del que realiza la llamada En caso de éxito se devuelve al proceso padre el identificador de proceso del hijo. Al hijo se le devuelve 0 Ambos procesos se ejecutan concurrentemente a partir de la instrucción siguiente a la llamada En caso de error se devuelve -1 al proceso que hizo la llamada (el proceso hijo no se crea)

11 Espacios de Direcciones Cuando se crea un nuevo proceso El espacio de direcciones del hijo es una copia del espacio de direcciones del padre (zonas de código, datos y pila) El hijo hereda todos los descriptores de archivo abiertos en el padre El hijo hereda las variables de entorno definidas en el padre

12 La Primitiva execve 1 i n t execve ( const char filename, char const argv [ ], char const envp [ ] ) ; Objeto: Ejecutar un nuevo programa sobre el espacio de direcciones de un proceso filename: Un puntero a una cadena de caracteres que contiene el nombre del archivo donde reside el programa que debe ejecutarse argv: Un puntero a una matriz de punteros a cadenas con los argumentos de la línea de órdenes envp: Un puntero a una matriz de punteros a cadenas con las definiciones de las variables de entorno que se quieran pasar al programa

13 La Primitiva execve (cont.) i n t execve ( const char filename, char const argv [ ], 2 char const envp [ ] ) ; Tanto argv como envp deben tener como último elemento un puntero nulo En caso de éxito la llamada no retorna En caso de error se devuelve -1 al proceso que hizo la llamada

14 Funciones de biblioteca Llamadas simplificadas En UNIX hay una serie de funciones de biblioteca que permiten llamar a execve de una forma simplificada execl execle execlp execv execvp

15 La Función de Biblioteca execl i n t execl ( const char path, const char arg,... ) ; path: Tiene el mismo significado que el primer parámetro en execve arg,... : Corresponde a la serie de argumentos de la línea de órdenes. El último argumento debe ser un puntero nulo El valor devuelto tiene el mismo significado que en execve

16 La Función de Biblioteca execlp 1 i n t execlp ( const char path, const char arg,... ) ; path: Tiene el mismo significado que el primer parámetro en execve Si path no contiene el carácter / se busca el nombre en los directorios citados en la variable de entorno PATH (por orden) arg,... : Corresponde a la serie de argumentos de la línea de órdenes. El último argumento debe ser un puntero nulo El valor devuelto tiene el mismo significado que en execve

17 La Función de Biblioteca execle 1 i n t execle ( const char path, const char arg,..., char const envp [ ] ) ; path: Tiene el mismo significado que el primer parámetro en execve arg,... : Corresponde a la serie de argumentos de la línea de órdenes. El último argumento debe ser un puntero nulo envp: Tiene el mismo significado que el tercer parámetro en execve El valor devuelto tiene el mismo significado que en execve

18 La Función de Biblioteca execv i n t execv ( const char path, char const argv [ ] ) ; path: Tiene el mismo significado que el primer parámetro en execve argv: Tiene el mismo significado que el segundo parámetro en execve El valor devuelto tiene el mismo significado que en execve

19 La Función de Biblioteca execvp 1 i n t execvp ( const char path, char const argv [ ] ) ; path: Tiene el mismo significado que el primer parámetro en execve Si path no contiene el carácter / se busca el nombre en los directorios citados en la variable de entorno PATH (por orden) argv: Tiene el mismo significado que el segundo parámetro en execve El valor devuelto tiene el mismo significado que en execve

20 Funcionamiento Típico de un Shell Esquema de funcionamiento de un shell

21 La Primitiva _exit 1 void _ e x i t ( i n t s t a t u s ) ; Objeto: Terminar la ejecución de un proceso status: Un entero que será pasado al proceso padre para que pueda recuperarlo mediante alguna primitiva de la familia wait La primitiva no retorna

22 La Primitiva wait 1 p i d _ t wait ( i n t s t a t u s ) ; Objeto: Suspender la ejecución del proceso en curso hasta que cualquier hijo termina o una señal es recibida. Si el hijo ya había terminado cuando se hace la llamada, ésta retorna inmediatamente y los recursos usados por el hijo son liberados status: Un puntero a un entero donde se recibirá el estado de terminación del hijo. Si el puntero es nulo al llamar, no se devuelve estado En caso de éxito se devuelve el pid del proceso hijo o cero en algún caso especial (ver bibliografía) Se devuelve -1 en caso de error

23 La Primitiva waitpid 1 p i d _ t w a i t p i d ( p i d _ t pid, i n t status, i n t options ) ; Objeto: Suspender la ejecución del proceso en curso hasta que algún hijo termina o una señal es recibida. Si el hijo ya había terminado cuando se hace la llamada, ésta retorna inmediatamente y los recursos usados por el hijo son liberados pid: Identificador de proceso del hijo cuya terminación se espera (para los detalles ver bibliografía) status: Un puntero a un entero donde se recibirá el estado de terminación del hijo. Si el puntero es nulo al llamar, no se devuelve estado

24 La Primitiva waitpid (cont.) 1 p i d _ t w a i t p i d ( p i d _ t pid, i n t status, i n t options ) ; options: Máscara de opciones de terminación de los hijos (ver bibliografía) En caso de éxito se devuelve el pid del proceso hijo o cero en algún caso especial (ver bibliografía) Se devuelve -1 en caso de error

25 Adopción de Procesos Cuando un proceso padre termina El sistema operativo hace que todos sus hijos sean adoptados por el proceso init (pid = 1) De esa forma se mantiene la estructura de árbol en el conjunto de procesos

26 La Primitiva getpid 1 p i d _ t g etpid ( void ) ; Objeto: Obtener el pid del proceso en curso Se devuelve el pid del proceso en curso

27 La Primitiva getppid 1 p i d _ t getppid ( void ) ; Objeto: Obtener el pid del proceso padre del actual Se devuelve el pid del proceso padre del actual

28 Ejemplo: minishell 1 / ARCHIVO minish. c / # i n c l u d e < s t d i o. h> 3 # i n c l u d e < s t r i n g. h> # i n c l u d e < u n i s t d. h> 5 # i n c l u d e <sys / types. h> # i n c l u d e <sys / wait. h> 7 # d e f ine MAXCOMANDO # d e f ine CEXIT "exit" # d e f ine PROMPT "minish> "

29 Ejemplo: minishell (cont.) i n t main ( ) { 2 char comando [MAXCOMANDO + 1 ] ; 4 while ( 1 ) { / Lectura del comando / 6 p r i n t f ( " %s", PROMPT) ; gets ( comando ) ; 8 i f ( s t r l e n ( comando ) == 0) continue ; i f ( strcmp ( comando, CEXIT ) == 0) break ;

30 Ejemplo: minishell (cont.) 1 / Ejecucion del comando / switch ( f o r k ( ) ) { 3 case 1: / E r r o r / 5 f p r i n t f ( s t d e r r, "No se puede crear el \ proceso\n" ) ; 7 break ; case 0: 9 / Proceso h i j o / execlp ( comando, comando, NULL ) ; 11 / Lo s i g u i e n t e solo se ejecuta s i execlp f a l l a / 13 f p r i n t f ( s t d e r r, "Error al ejecutar el \ comando\n" ) ; 15 return 1;

31 Ejemplo: minishell (cont.) 1 default : / Proceso padre / 3 wait (NULL ) ; break ; 5 } } 7 return 0; }

32 Mecanismos UNIX usa dos mecanismos de comunicación específicos del sistema: las señales y las tuberías (pipes) El mecanismo de señales no permite el intercambio de datos, y su uso no es portable entre los distintos sistemas UNIX La tuberías permiten el intercambio de datos entre procesos y su uso es portable entre distintos sistemas UNIX Son de uso común en las órdenes del shell who sort UNIX dispone de mecanismos de comunicación entre procesos (IPC) más generales, definidos por POSIX, pero no serán estudiados aquí

33 Señales Puntos Desarrollados en la Sesión Anterior Definición y propiedades La señales son notificaciones a los procesos, procedentes de otros procesos o del sistema operativo (para indicar eventos procedentes del hardware o hechos de interés para el proceso) Las señales pueden ser bloqueadas (no todas), ignoradas (no todas) o atendidas mediante la ejecución de una función definible (no en todos los casos) por el proceso receptor de la señal

34 Señales (cont.) Tipos Existe un mínimo de 15 señales La numeración de las señales no coincide en los diferentes sistemas UNIX, pero las señales tienen nombre y las más comunes tienen nombres que sí son los mismos en diferentes sistemas UNIX

35 Señales (cont.) Señales comunes SIGTERM: Terminación normal de un proceso SIGHUP: Terminal desconectado SIGFPE: Excepción de punto flotante SIGILL: Instrucción ilegal SIGSEGV: Excepción de direccionamiento SIGINT: Petición de interrupción del proceso por teclado SIGCHLD (o SIGCLD): Proceso hijo terminado o parado SIGALRM: El temporizador ha agotado el tiempo SIGKILL: No puede ser ignorada y termina el proceso

36 La Primitiva signal s i g h a n d l e r _ t s i g n a l ( i n t signum, 2 s i g h a n d l e r _ t handler ) ; Objeto: Instalar un manejador para una señal signum: Valor de la señal que activará el manejador handler: Una función con un argumento int y que no devuelve nada (typedef void (*sighandler_t)(int);) Se devuelve el manejador previo en caso de éxito o SIG_ERR en caso de error

37 La Primitiva kill i n t k i l l ( p i d _ t pid, i n t s i g ) ; Objeto: Enviar una señal a un proceso pid: Identificador del proceso destinatario (para posibles valores de pid ver bibliografía) sig: Identificador de la señal Se devuelve 0 en caso de éxito y -1 en caso de error

38 La Primitiva alarm 1 unsigned i n t alarm ( unsigned i n t seconds ) ; Objeto: Enviar al proceso en curso una señal SIGALRM al cabo de un tiempo seconds: Tiempo en segundos al cabo del cual se enviará la señal SIGALRM Se devuelve el tiempo en segundos restante para haber enviado una señal SIGALRM correspondiente a una alarma pendiente. Si no había ninguna alarma pendiente se devuelve 0

39 La Primitiva pause 1 i n t pause ( void ) ; Objeto: Suspender la ejecución de un proceso hasta que se reciba una señal Sólo retorna cuando una señal ha sido capturada, y en ese caso su valor de retorno es -1

40 Tuberías Puntos Desarrollados en la Sesión Anterior Definición y propiedades Son canales de comunicación con una capacidad limitada Se manejan mediante dos descriptores de archivo almacenados en una matriz fd[2] fd[0]: Descriptor de lectura en el canal fd[1]: Descriptor de escritura en el canal

41 La Primitiva pipe 1 i n t pipe ( i n t f i l e d e s [ 2 ] ) ; Objeto: Crear una tubería filedes: Una matriz de dos enteros destinada a albergar los dos descriptores de la tubería Se devuelve 0 en caso de éxito (-1 en caso de error)

42 Uso de las Tuberías Llamadas al sistema write Escritura de datos en orden de llegada Puede ser bloqueante (en caso que el pipe esté lleno) o no bloqueante read Lectura de datos en orden de llegada Bloqueante en general si no hay datos en la tubería. Si el descriptor de escritura ha sido cerrado, un intento de lectura resultará en un EOF close Libera el descriptor de archivo Si se realiza sobre el descriptor de escritura, proporcionará una marca de fin de archivo al lector

43 Resumen Puntos Desarrollados en la Sesión Anterior Resumen Lecturas Recomendadas En esta sesión hemos visto Ventajas y problemas de la comunicación entre procesos Caso de estudio UNIX

44 Lecturas Recomendadas Resumen Lecturas Recomendadas Lecturas recomendadas A. Silberschatz, P. Galvin. Sistemas Operativos. 5 a ed. Addison Wesley. Capítulo 4: Procesos. Sección 4.6 Consultar manual Linux para las primitivas citadas