Proceso. Threads, SMP, and Microkernels. Multithreading. Proceso

Transcripción

1 Proceso Threads, SMP, and Microkernels Capítulo 4 Propiedad de Recurso el proceso se ubica en un espacio de direccionamiento virtual que tiene la imagen del proceso Planificación/ejecución sigue un camino de ejecución que puede entrelazarse con otros procesos El sistema operativo trata estas dos características de forma independiente Proceso En relación con el despacho (dispatching) nos referimos a threads En relación con recursos de propiedad nos referimos a procesos o tareas Multithreading El sistema operativo permite múltiples threads de ejecución por cada proceso MS-DOS sólo tiene un thread UNIX permite múltiples procesos de usuario, pero sólo un thread por proceso Windows 2000, Solaris, Linux, Mach, and OS/2 soportan múltiples threads

2 Proceso Tiene un espacio de direccionamiento virtual que mantiene la imagen del proceso Aceso protegido a los procesadores, otros procesos, ficheros y recursos de E/S Thread Un estado de ejecución (running, ready, etc.) Contexto del thread guardado cuando no se está ejecutando Tiene una pila de ejecución Almacenamiento estático per-thread para variables locales Acceso a la memoria y recursos de su proceso todos los threads de un proceso comparten esto

3 Ventajas de los Threads Se tarda menos tiempo en crear un thread nuevo que un proceso Menos tiempo en terminar un thread que un proceso Menos tiempo en commutar dos threads del mismo proceso Como los threads del mismo proceso comparten memoria y ficheros, se pueden comunicar sin necesidad de usar el kernel El uso de Threads en un Sistema Multiprocesamiento Mono-usuario El trabajo se pasa al segundo plano Del Foreground al background Procesamiento asíncrono Velocidad de ejecución Estructura del programa modular Threads Suspender un proceso lleva consigo suspender todos sus threads ya que todos ellos comparten el mismo espacio de direccionamiento La finalización de un proceso, finaliza todos los threads de ese proceso Estados de los Thread Estados asociados con el cambio de estado de los threads Spawn (generado) Generar otro thread Block (bloqueado) Unblock (desbloqueado) Finish (finalizado) Liberar contexto y pilas

4 Llamada a Procedimiento Remoto (RPC) usando Threads Llamada a Procedimiento Remoto (RPC) usando Threads Threads de nivel de Usuario Toda la gestión de los threads se realiza desde la aplicación El kernel no se preocupa de la existencia de los threads Threads de nivel de Kernel W2K, Linux, y OS/2 son ejemplos de este tipo de gestión de thread El Kernel mantiene información de contexto de los procesos y threads La planificación se realiza en base a los threads

5 Enfoques combinados Solaris es un ejemplo La creación de threads se hace en el espacio del usuario La mayor parte de la planificación y sincronización de threads se hace en el espacio del usuario Relación entre número de threads y de procesos Relación entre número de threads y de procesos Threads:Proceso Descripción Sistemas Ejemplo Threads:Proceso Descripción Sistemas Ejemplo 1:1 Cada thread de ejecución es un único proceso con su propio espacio y recursos. M:1 Un proceso define un espacio de direccionamiento y una propiedad de recursos dinámica. Se pueden crear y ejecutar múltiples threads de este proceso. Implementaciones tradicionales de UNIX Windows NT, Solaris, OS/2, OS/390, MACH 1:M M:M Un thread puede migrar del Entorno de un proceso a otro. Esto le permite al thread moverse facilmente entre distintos sistemas. Combina propiedades de los casos M:1 y 1:M Ra (Clouds), Emerald TRIX

6 Categoría de los sistemas computadores Taxonomía de Flynn Single Instruction Single Data (SISD) un único procesador ejecuta una única secuencia de instrucciones operando sobre datos almacenados en una única memoria Single Instruction Multiple Data (SIMD) Cada instrucción es ejecutada sobre un conjunto de datos por distintos procesadores Categoría de los sistemas computadores Taxonomía de Flynn Multiple Instruction Single Data (MISD) una secuencia de datos se transmite a un conjunto de procesadores, cada uno ejecutando una secuencia de instrucciones distinta. Sistemas sistólicos. Multiple Instruction Multiple Data (MIMD) un conjunto de procesadores simultáneamente ejecuta diferentes secuencias de instrucciones sobre conjuntos de datos disjuntos Multiprocesamiento Simétrico El Kernel se puede ejecutar sobre cualquier procesador Normalmente cada procesador realiza su propia planificación a pertir de los procesos o threads disponibles

7 Consideraciones de Diseño de Sistemas Operativos Multiprocesador Concurrencia simultánea de procesos o threads Planificación Sincronización Gestión de Memoria Fiabilidad y Tolerancia a Fallos Microkernels Núcleo del sistema operativo pequeño Contiene sólo las funciones esenciales del sistema operativo Muchos servicios, tradicionalmente incluidos en el sistema operativo, son ahora subsistemas externos controladores de dispositivos sistema de ficheros gestor de la memoria virtual sistema de ventanas servicios de seguridad Ventajas del Microkernel Interfaz uniforme de peticiones realizadas por un proceso Todos los servicios se realizan a través de paso de mensajes Extensibilidad Se pueden añadir nuevos servicios Flexibilidad Añadir nuevas características Carácterísticas existentes puede ser eliminadas

8 Ventajas del Microkernel Portabilidad Los cambios necesarios para portar el sistema a un nuevo procesador se realizan en el microkernel no en otros servicios Fiabilidad Diseño modular Un microkernel pequeño puede ser rigurosamente verificado Ventajas del Microkernel Soporte para sistemas distribuidos Los mensajes se envian sin saber quién es la máquina destino Sistema operativo orientado a objetos Los componentes son objetos con interfaces definidos claramente que pueden ser interconectados por software Diseño de Microkernel Gestión de memoria a bajo nivel situar cada página virtual en un marco de página física (mapping) Comunicación entre procesos Gestión de E/S e Interrupciones

9 El objeto proceso de Windows 2000 El objeto thread de Windows 2000 Los estados de los threads de Windows 2000 Ready Standby Running Waiting Transition Terminated

10 Solaris Los procesos se componen del espacio de direccionamiento del usuario, la pila y el PCB. Threads de nivel de usuario Procesos ligeros Threads de Kernel Ejecución de threads de Solaris Synchronization Suspension Preemption Yielding (sincronización) (suspensión) (apropiación) (entrega)

11 Procesos de Linux Estado Información de Planificación Identificadores Comunicación entre procesos Enlaces (Links) Tiempo y temporizadores Sistema de ficheros Memoria virtual Contexto específico del procesador Estados de un proceso de Linux Running Interruptable Uninterruptable Stopped Zombie