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オペレーティングシステム ( プロセス管理 )

オペレーティングシステム ( プロセス管理 ). 2006 年 10 月 16 日 酒居敬一 ( sakai.keiichi@kochi-tech.ac.jp ) http://www.info.kochi-tech.ac.jp/k1sakai/Lecture/OS/2006/. プロセスの生成と実行 (30 ページ ). プロセスの生成 プログラムをコンパイルし実行可状態に置く 実行可能形式ファイルをロードする spawn 現在実行中のプログラムを複製する fork, rfork, clone, … 新しいプログラムは exec でオーバーレイする

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オペレーティングシステム ( プロセス管理 )

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Presentation Transcript

  1. オペレーティングシステム(プロセス管理) 2006年10月16日 酒居敬一(sakai.keiichi@kochi-tech.ac.jp) http://www.info.kochi-tech.ac.jp/k1sakai/Lecture/OS/2006/

  2. プロセスの生成と実行(30ページ) • プロセスの生成 • プログラムをコンパイルし実行可状態に置く • 実行可能形式ファイルをロードする • spawn • 現在実行中のプログラムを複製する • fork, rfork, clone,… • 新しいプログラムはexecでオーバーレイする • OSの成り立ちなどで異なる • Unixは、複製によりプロセスを生成する

  3. プロセスの関係 [大久保英嗣, オペレーティングシステムの基礎] 生成されたプロセスはすべて同時に動く

  4. static int init(void * unused) { lock_kernel(); /* * Tell the world that we're going to be the grim * reaper of innocent orphaned children. * * We don't want people to have to make incorrect * assumptions about where in the task array this * can be found. */ child_reaper = current; /* Sets up cpus_possible() */ smp_prepare_cpus(max_cpus); do_pre_smp_initcalls(); smp_init(); do_basic_setup(); prepare_namespace(); /* * Ok, we have completed the initial bootup, and * we're essentially up and running. Get rid of the * initmem segments and start the user-mode stuff.. */ free_initmem(); unlock_kernel(); system_running = 1; if (open("/dev/console", O_RDWR, 0) < 0) printk("Warning: unable to open an initial console.\n"); (void) dup(0); (void) dup(0); 起動シーケンスの最終段階 /* * We try each of these until one succeeds. * * The Bourne shell can be used instead of init if we are * trying to recover a really broken machine. */ if (execute_command) run_init_process(execute_command); run_init_process("/sbin/init"); run_init_process("/etc/init"); run_init_process("/bin/init"); run_init_process("/bin/sh"); panic("No init found. Try passing init= option to kernel."); }

  5. プロセスに対して行われる各種の基本操作 • 生成(spawn)や複製(fork) • タスク管理領域を生成するか複製するか • 消滅 • タスク管理領域を親のタスクが消す • 消えるまでの間が消滅中状態(ゾンビ) • シグナル送信 • 終了 • 停止 • 同期

  6. プロセスに対する操作（forkによる生成） [大久保英嗣, オペレーティングシステムの基礎]

  7. プロセス間通信（３２ページ） • パイプ（９３ページ） • カーネルが作り出した仮想的な通信路 • ソケット（１０７ページ） • パイプの通信範囲を計算機間にまで広げたもの • 共有メモリ(Shared Memory) • 仮想記憶のところで説明します • 擬似端末(Pseudo TTY) • デバイスドライバにより作られた仮想的な端末

  8. プロセスの同期 • パイプを使う方法 • mkfifo コマンドで名前つきパイプを作る • 一方を cat コマンドで読み取りとして、 • もう一方をcatコマンドで書き込みとする。 % mknod named_pipe % cat named_pipe aa bb cc dd % % cat > named_pipe aa bb cc dd ^D %

  9. プロセスの同期（３６ページ） • 並列処理には必要不可欠である • 同期のための仕組みがある • セマフォ • SYS V IPC(Inter-Process Communication) • ロック • ＰＯＳＩＸ　Ｔｈｒｅａｄ • モニタ • Java が採用

  10. 並行プロセス間で生じる問題 • 逐次的資源 • たとえば、Read-modify-write のような、 　一連の操作をAtomicに行う必要のある資源。 • このような逐次的資源が共有されるとき、Atomicに操作できるような機構が必要となる。 • もし、そういう機構がなければプログラムが意図したとおりに動かない。

  11. 処理の粒度 • マルチジョブ • レコードの排他的利用 • トランザクションを不可分な処理単位とする • マルチタスク • メモリ上の共有領域の排他的利用 • 共有領域を使用するプログラムを排他的に実行 • マルチCPU • メモリ上の変数の排他的利用 • プロセッサのバスサイクルを連続する

  12. c1やc2は、自プロセスが 他プロセスに、臨界領域に入ること を知らせるための変数。 先に臨界領域に入ることを宣言した プロセスが実際に臨界領域に入る。 両方が臨界領域に入ろうとしたとき、 turn変数により一方が譲る。 臨界領域に入っているとき、 c1かc2の一方だけがtrueである。 [大久保英嗣, オペレーティングシステムの基礎]

  13. 相互排除 • TAS命令（計算機アーキテクチャの授業で既出） • もっとも原始的なロックの実装(primitive)。 • 2値セマフォを実現する。 • セマフォ • P操作（ロック）とV操作（アンロック）により実現。 • 再帰的ロックとも呼ばれる。 • モニタ（Java言語で使われている） • 共有資源とそれを操作する手続きを一体化。 • セマフォのわかりにくさを、構造化により解消。 • 構造化セマフォと呼ばれることもある。

  14. TAS命令 • メモリ上の変数をテストする処理、メモリ上の変数に値をセットする処理、これらを順に他の処理をはさむことなく(=Atomic)行う。 • テストとは、0かそうでないかを調べてフラグに結果を反映する処理 • Intel系では lock xchg 命令で代用する。 • バスサイクルをlock（不可分かつ連続）して処理 • バイナリセマフォ、２値セマフォ、を実現する。

  15. 変形セマフォ • セマフォ変数 • 正の値は利用可能な資源の数 • 負の値は現在待ちに入っているプロセスの数 • P操作 • セマフォの値をatomicに１減らしテストする • テスト結果が負になったときは、待ち状態に入る • V操作 • セマフォの値をatomicにテストし１増やす • テスト結果が負のときは、待ち状態にあるプロセスをひとつ動作可能状態にする

  16. 相互排除とデッドロック • 競合を避けるため相互排除機構を持っている。 • これが時に問題を起こす。 ２つのスレッドが資源Aと資源Bを同時にとりたいとき 　　　　資源が２つそろうまでは返さないぞ、というアルゴリズムだと… スレッド１ 資源Aを獲得 資源Bを獲得したい！ スレッド２ 資源Bを獲得 資源Aを獲得したい！

  17. デッドロックの発生条件と防止 • 逐次的資源に関する相互排除条件 • 待ち条件 • 資源要求は同時に行う • 横取り不可条件 • 資源を同時に確保できない場合、解放し再度要求 • 循環待ち条件 • 資源を順序だてて取得する ２つのプロセスが資源R1と資源R2を同時にとりたいとき 　　資源が２つそろうまでは返さないぞ、というアルゴリズムだと… Deadlock! プロセスP１ プロセスP２ 資源R1を獲得 資源R2を獲得 資源R2を獲得したい！ 資源R1を獲得したい！

  18. 例：相互排除 • /usr/src/linux/drivers/char/lp.c • Atomic処理 • スピンロック • カーネルロック(全域的ロック) • mutexやセマフォ(局所的ロック)

  19. 例：相互排除の実装 • Atomic処理 • /usr/src/linux/include/asm/atomic.h • スピンロック • /usr/src/linux/include/asm/lock.h • カーネルロック(全域的ロック) • /usr/src/linux/include/asm/smplock.h • mutexやセマフォ(局所的ロック) • /usr/src/linux/include/asm/semaphore.h

  20. プロセスとスレッド(38ページ) • どちらも実行のひとつの単位である • そういう意味では「タスク」とひとくくりに扱う。 • スレッドはプロセスに属する点が異なる • 同じプロセスに属す限り、資源は共有しあう • 軽量プロセス＝スレッドという定義もある。 • CPUが複数個存在する場合に、同じプロセスの複数のスレッドが実行できる。 • 高速処理や効率的な処理には良いが… • 資源の競合が起きるかもしれない…

  21. [大久保英嗣, オペレーティングシステムの基礎]

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