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FabioDelVigna- [email protected]

Sistemi operativiCorso di Laurea Triennale in Ingegneria Informatica

Lezione 5• Programmazione concorrente• Processi, fork• Processi: Gestione, Priorità• Comandi per gestire processi• Pianificazione esecuzione

Domande sulle lezioni passate?


Soluzione esercizi passati

ì Dautente (apartire dalla propria home)ì tarcvzf config.tgz /etc/*confì tarztvf config.tgzì gunzip config.tgzì tarxvf config.tar

ì Daqualsiasi cartellaì find/etc/-name\*sys\*-size+10cì find/-perm-u=s-or-perm-g=sì find/-name\*tab\*-execcat{}+


Sommario

ì Programmazioneconcorrente

ì Processiì Operazionisuiprocessi

ì Creazione,comunicazione,…ì Gestionedeiprocessiì Prioritàdeiprocessi(nice)ì Comandiperlagestionedeiprocessi(ps,top)

ì Pianificazioneesecuzione


Programmazione concorrente

ì Tecnicheestrumentipersupportarepiùattivitàsimultaneeinunaapplicazionesoftware.

ì Caratteristicadeisistemimultiprogrammati.

ì Consenteapiùutentidiaccederecontemporaneamente adunsistemainformatico

ì Consenteadunsoloutentel'esecuzionedipiùprogrammisimultaneamente

ì Consenteadunsingoloprogrammadiscomporrelapropriaattivitàinpiùattivitàconcorrenti


Programma vs Processo

§ Programma :entitàstaticacherimaneimmutatadurantel'esecuzione.Ècostituitodalcodiceoggettogeneratodallacompilazionedelcodicesorgente.

§ Processo :entitàutilizzatadalsistemaoperativoperrappresentareunaspecificaesecuzionediunprogramma.Èun'entitàdinamica,chedipendedaidatielaboratiedalleoperazionieseguite.Ilprocessoècaratterizzato:§ dalcodiceeseguibile§ dall'insiemeditutteleinformazionichenedefinisconolostato

ð contenutodellamemoriaindirizzatað ithreadð idescrittorideifileedelleperifericheinuso.


Processi Unix


Processi

ì Processi,sonoentitàchepossonocondividerecodice(secodicerientrante,inUnixèrientrante).

ì Ilcodiceèrientrantesepuòesserecondivisoconaltriprocessi,senzacheessovengaalteratoesenonmodificaareedimemoriacondivisaovariabiliglobali


System call per i processi

§ Creazionediprocessi:fork()

§ Terminazione:exit()

§ Sospensioneinattesadellaterminazionedifigli:wait()

§ Sostituzionedicodiceedati:exec..()


Creazione di processi: fork() - 1

§ fork() consenteaunprocessodigenerareunprocessofiglio:§ Padreefigliocondividonolostessocodice§ Ilfiglioeredita unacopiadeidati(diutenteedikernel)delpadre


padre

figlio

fork( )

Creazione di processi: fork() - 2

int fork(void);

§ Lafork nonrichiedeparametri

§ Restituisceuninteroche:§ Perilprocessocreato(figlio)vale0§ Perilprocessopadre:

ð Èunvalore>0cherappresentailPIDdelprocessofiglio

ð Èunvalore<0incasodierrore


Relazione padre-figlio - fork()

§ Concorrenza:padreefiglioprocedonoinparallelo§ Ilcodiceècondiviso§ Lospaziodegliindirizzièduplicato:

ð Ognivariabiledelfiglioèinizializzataconilvaloreassegnatoledalpadreprimadellafork()

§ Lauser structure èduplicata:ð Lerisorseallocatealpadreprimadellagenerazione

sonocondivisecolfiglioð Stessagestionedeisegnaliperpadreefiglioð IlfiglionasceconlostessoProgramCounter delpadre:

laprimaistruzioneeseguitaèquellachesegueimmediatamentelafork()


PPID e PID

getpid()

RestituisceilPIDdelprocesso

getppid()

RestituisceilPPIDdelprocesso,cioèilPIDdelprocessopadre


Terminazione di processi

§ Involontaria (tentativiazioniillegali)

§ Volontaria (esempiosyscall exit)

§ Terminazionedelprocesso:§ Seilprocessocheterminahafigliinesecuzione,ilprocessoinit adottaifigli

§ Seilprocessoterminaprimacheilpadrenerilevilostatoditerminazione(conwait)ilprocessopassaallostatozombie


Terminazione di processi - exit()

void exit(int status);

§ Attraversoilparametrostatus ilprocessocheterminapuòcomunicarealpadreinformazionisulsuostatoditerminazione

§ Èsempreunachiamatasenzaritorno

§ Effettidiunaexit():§ Chiusuradeifileaperti§ Terminazionedelprocesso


Terminazione di processi - wait()

ì int wait(int *status);

§ Lostatoditerminazionepuòessererilevatodalprocessopadre,mediantelasyscall wait():§ Ilparametrostatus èl'indirizzo dellavariabileincuivienememorizzatolostatoditerminazionedelfiglio

§ Ilrisultatodellawait èilpid delprocessoterminato,oppureuncodicedierrore(

Terminazione di processi - wait()

ì Effettidellasyscall wait(& status):

§ Ilprocessochelachiamapuòaverefigliinesecuzione§ Setuttiifigli nonsonoancoraterminati,ilprocessosusospendeinattesadellaterminazionedelprimodiessi

§ Sealmenounfiglio ègiàterminatoedilsuostatononèancorastatorilevato(statozombie),lawait ritornaimmediatamente(statonellavariabilestatus)

§ Senonesisteneancheunfiglio,lawait nonèsospensivaeritornauncodicedierrore(

Sostituzione di codice - exec..()

§ Èpossibilesostituireilcodiceeseguitodaunprocessomedianteunasyscall dellafamigliaexec():

execl(), execle(), execclp(), execv(), execve(), execvp(), ..

§ Effettoprincipalediunaexec..():ð Vengonosostituiticodiceedatidelprocessoche

chiamalasyscall,concodiceedatidiunprogrammaspecificatocomeparametro


Sostituzione di codice - execl()

ì int execl(char *pathname, char *arg0, ..., char *argN, (char*) 0);

§ pathname è il nome del file contenente il nuovo programma

§ arg0 è il nome del programma (argv[0])

§ arg1,...,argN sono gli argomenti da passare al programma

§ (char*) 0) è il puntatore nullo che termina la lista


Effetti dell'esecuzione di exec

§ Ilprocessodopol'exec():§ Mantienelastessaprocess structure (salvoleinformazionirelativealcodice)

ð Stessopid,stessoppid (pid padre)§ Hacodice,datiglobali,stack eheap nuovi§ Riferisceunanuovatextstructure§ Mantieneuser area(apartePCeinformazionilegatealcodice)estack delkernel:

ð Mantienelestesserisorseð Mantienelostessoenvironment (salvochesi

usiexecle(), execve())


Esempio di fork() ed execl()

#include #include #include int main (int argc, char * argv[]) {int pid, status;pid=fork();if (pid==0) {execl("/bin/ls", "ls", "-l", (char *) 0);printf("exec fallita!\n");exit(1);

}else if (pid>0) {pid=wait(&status);

/* Gestione dello stato */

}else printf("fork fallita!\n");

}


Codice nella cartella esempi

§fork1.c§ Called once,returns twice

§fork2.c§ Usodigetpid()egetppid()

§exec1.c§ Usodiexecv (path ...)

§fdtest1.c§ ReadeWritedaglistessifile


Codice nella cartella esempi

§die1.c§ Padreterminaprimadelfiglio(./die)

§die2.c§ Figlioterminaprimadelpadre(./die2&)

§die3.c§ Signal handler inazione(./die3&)


Gestione dei processi


Processo

§ Processo:programmasingolonelmomentoincuivieneeseguito

§ Iprocessididividonoin:§ Utente§ Sistema


Stato di un processo

§ Creazione diunprocesso§ chiamata disistema fork()§ soltanto daunprocesso già attivo

§ Terminazione diunprocesso§ chiamata disistema exit()§ “zombie”:processo che hacompletato lasua esecuzione

mache compareancora nella tabella dei processi (exitstatus)


init

§ init (/sbin/init) e’laradice dell’albero deiprocessi§ creato dalkernelalterminedelbootstrap

§ PID=1§ Nonhapadre

§ Seunprocesso termina i suoifigli diventano figli diinit


Identificazione dei processi

§ PID:identificatore univoco diprocesso

§ PGID:identificatore digruppo-processi

§ UID:identificatore diutente

§ GID:identificatore digruppo-utenti

§ PPID:ParentPID


PID

§ Numero a16bit(ditipo pid_t)assegnato sequenzialmentedalkernelperogni nuovo processo creato

§ >=0

§ Univoco

§ Riciclato quando termina

§ =0scheduler

§ =1init

§ =2pagedaemon


ID e privilegi

§ Aogni processo sono associati degli identificatori diutente (user-IDs)edigruppo (group-IDs)chedeterminano i suoi privilegi →quali systemcall ilprocesso hail diritto diinvocare esu quali risorse


Real ID

§ RUID eRGID:UIDeGIDdell’utente che hamandatoinesecuzione il processo§ Ivalori realuser-iderealgroup-idnoncambiano pertutta lasessione dilogin

§ soloroothail potere dicambiarli


Effective ID

§ EUID,EGID esupplementaryGID: UIDeGIDconsiderati perdeterminare i privilegi perl'accessoai file§ Possono noncoincidere conRUIDeRGIDseil fileeseguibile hail set-user-id(SUID) oil set-group-id(SGID) bitattivo

§ Possono variare durante l’esecuzione delprocesso


Meccanismo SUID/SGID

§ Ogni filehaunownereungroupowner

§ Seil filediunprogramma haattivo il bitdeipermessi SUID(SGID),allora l’EUID (EGID)diventaquello dell'owner (groupowner)delfile,quandoviene invocato conil comando exec.


setuid e setgid

§ int setuid(uid_t uid);§ int setgid(gid_t gid);

§ Cambiano realuser/groupIDed effectiveuser/groupID

§ Idempersetgidì NB:seinvocatodaunprocessoconIDdelsuper

utente,unavoltacambiatoEUIDilprocessononpuòriacquisireiprivilegidiroot!


Utilizzo di EUID/EGID

§ Seunfilediprogramma appartiene alsuperuser edhail bitSUIDattivo,l'utente che lancia il programmaottiene i privilegi delsuperuser durante l'esecuzionedelprogramma stesso

§ Esempio →eseguibile passwd percambiare lapropria password:

$ ls -l /usr/bin/passwd

-r-s--x--x 1 root root 19336 Sep 7 2004 /usr/bin/passwd


Get

§ pid_t getpid(void) : PID del processo

§ pid_t getppid(void) : PPID del processo

§ uid_t getuid(void) : RUID

§ uid_t geteuid(void) : EUID

§ gid_t getgid(void) : RGID

§ gid_t getegid(void) : EGID

§ Non possono fallire


Esempio

#include int main(){

uid_t uid, euid;gid_t gid, egid;uid = getuid();euid = geteuid();gid = getgid();egid = getegid();printf(“real uid: %d, effective uid:

%d\n”,(int)uid,(int)euid);printf(“real gid: %d, effective gid:

%d\n”,(int)gid,(int)egid);}


Priorità dei Processi


Priorità dei processi

§ Loscheduler UNIXorganizzal'esecuzionedeiprocessiinbaseallivellodipriorità.

§ Laprioritàvienecalcolatainbasea:§ tipodiprocesso§ comportamentodelprocesso§ variabileNICE.

ps –l


Priorità

§ Priorità:§ 0– 99– PrioritàRealTime§ 100– 139– Prioritàperiprocessidell’utente§ -20e19– valoriassuntidanice§ Più altaèlapriorità→più “lentamente”vieneeseguitoilprocesso.

§ nice vienesommatanelcalcolodellapriorità.

§ L'utente(normaleoroot)nonpuòinterveniresullaprioritàmasolosulNICE


nice

§ Quando viene creato un nuovo processo, alla variabile NICE viene assegnato il valore di nicedel padre (di solito 0)

§ L'utente può richiedere una variazione con il comando nice.

§ L’utente (non root) può solo aumentare il NICE value.

§ Non è possibile ridurre un NICE value nemmenoper riportarlo al valore precedente da cui l’utente stesso lo ha elevato.


Super user e nice

§ Ilsuperuser puòinveceoperarenell'interocampoNICEesututtiiprocessidisistema

Attenzioneaivalorinegativi!

ì PR=20+NI

PRsimappanell’intervallodipriorità100-139.AvoltesipuòtrovarecomePR=120+NI


Effetti di nice

§ SelavariabileNICEaumentailsuovaloreallorailprocessoeseguepiù lentamentealleggerendoilsistema.

§ Unusoappropriatoè quellodilanciareiprogrammiinbackgroundconunNICEelevato.


renice

§ Permette divariare il livello diNICEuna voltalanciato il processo

§ Unutentepuòapplicareilrenice soloaipropriprocessi.

§ renice accettaopzioniperspecificareiprocessinonsoloperPIDmaancheperutenteogruppodiprocessi.

renice priority [[-p] pid] [[-g] pgrp] [[-u] user]


Esempio

Lanciare il comando bzip2 inbackground

$ bzip2 fileTantoGrande &

Guardare il valore diNICE

$ ps –xl

Cambiare il livello diNICE

$ renice valore PID

Verificare il cambiamento


Comandi per la gestione dei Processi


ps (1 di 3)

§ ps :visualizzaiprocessiincorsodiesecuzione

PIDTTSTATTIMECOMMAND32798p0Ss 0:00.03-bash(bash)32925p0R+0:00.00ps

§ PID:numerodelprocesso§ TT:terminale§ STAT:statodelprocesso

FabioDelVigna - [email protected]

• R : running• I : bloccato > 20s• S : bloccato < 20s• D : pausa non interrompibile• T : sospeso• Z : zombie• W : swappato• N : NICE > 0

ps (2 di 3) opzioni

§ x :visualizzaancheiprocessichenonprovengonodaterminali

§ u :indical’utenteacuiappartieneogniprocesso

§ a :visualizzaiprocessidituttigliutenti

§ O :mostraicampielencatidiseguito,più quelli didefault

§ o :precisale*sole*colonnedamostrare

§ U nome_utente :mostraiprocessidinome_utente


ps (3 di 3)

§ ps aux :indicatuttiiprocessiinesecuzioneUSER PID %CPU %MEM VSZ RSS TT STAT STARTED TIME COMMANDdaniel 32929 0.0 0.1 1484 944 p0 R+ 6:40PM 0:00.00 ps aux

§ VSZ:memoriavirtuale usata§ RSS:memoriafisica usata

§ VSZ>=RSS§ TT:terminale virtuale acui è associato

§ TT=??Processi nonassociati anessun terminale.Sonoi DEMONI, cioè processi disistema

§ STARTED:orario di partenza del processo§ TIME:tempototale incui hausato la CPU§ COMMAND:percorsochehacreatoilprocesso


top (1 di 3)

§ top :visionedinamicadeiprocessi§ load average :utilizzodellaCPUnell’ultimominuto,ultimi5e

ultimi15§ CPUstate

ð user :usatadagliutentið system :usatadallesystem callð interrupt:caricodatodalleinterruzionið nice :crescequandocambioNICEð idle :usatadalladummy()

§ Memð Totalð Usedð Sharedð Free


top (2 di 3)

§ PID§ USERNAME§ THR:thread§ PRI:priorità§ NICE§ SIZE:dimensioneinmemoriavirtuale§ RES:resident§ STATE§ TIME§ WCPU:mediaveloce§ COMMAND


top (3 di 3)

§ Comandiinterattivi§ h :help§ r :renice,chiedeilnuovolivello§ s :intervallodiaggiornamento§ k :segnale§ n :quantitàdiprocessidavisualizzare§ q :quit

§ Opzioni§ u nome_utente§ d secondi:intervallodiaggiornamento(default5s)


Pianificazione dei processi


Pianificazione dei processi

§ Esecuzioneindateeoraristabiliti§ Demonecron→controllaesecuzionipianificate

§ crontab:configurazionecron§ Solitamentesiha:

§ Unfileperogniutente§ Unogeneralepertuttoilsistema


cron

ì Demone (inbackground)

ì Filecrontab collocatiin

§ /etc/crontab

§ /var/cron/tabs/nome_utente


Comando crontab

crontab [opzioni]

§ creareomodificarefilecrontab

§ Filecrontab usatidacron pereseguireicomandiindicati


Solo root può agire sul file crontab di un altro utente

Opzioni al comando crontab

[-u utente] file

§ Sostituisceilfilecrontab-l

§ Visualizzailfilecrontab-e

§ Creaomodificailfilecrontab-r

§ Cancellailfilecrontab


Variabili di ambiente

§ SHELL§ Qualeshell esegueicomandi(es./bin/sh)

§ MAILTO§ Destinatariodeimessaggi§ “” nonvieneinviatonessunmessaggio


Formato del file crontab

23 0-23/2 * * * echo "Ciao"

§ campi separati daspaziature

§ istante diesecuzione§ minuto, ora, giorno, mese, giorno della settimana

§ utente§ soloper/etc/crontab

§ comando§ senza redirezione l’output viene inviato pere-mail


Caratteri speciali

§ * § qualsiasi valore

§ -§ delimitare valori (es.1-3)

§ , § separare singoli valori (es.2,5)

§ / § esprimere una granularità (es./8).Indica uno step

temporale daseguire

§ Es:*/2 sulle oreesegue il comando ogni dueore


Esempio /var/cron/tabs/*

# Utilizza «/bin/sh» per eseguire i comandi, indipendentemente da# quanto specificato all'interno di «/etc/passwd».SHELL=/bin/sh# Invia i messaggi di posta elettronica all'utente «fede»,# indipendentemente dal proprietario di questo file crontab.MAILTO=fede# Esegue 5 minuti dopo la mezzanotte di ogni giorno.5 0 * * * $HOME/bin/salvataggiodati# Esegue alle ore 14:15 del primo giorno di ogni mese.# L'output viene inviato tramite posta elettronica all'utente«tizio».15 14 1 * * $HOME/bin/mensile# Esegue alle 22 di ogni giorno lavorativo (da lunedì al venerdì).# In particolare viene inviato un messaggio di posta elettronica a«fede».0 22 * * 1-5 mail -s "Sono le 22" fede# Esegue 23 minuti dopo mezzanotte, dopo le due, dopo le quattro,...,# ogni giorno.23 0-23/2 * * * echo "Ciao ciao"# Esegue alle ore 04:05 di ogni domenica.5 4 * * 0 echo "Buona domenica"


Esempio /etc/crontab

SHELL=/bin/bashPATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/binMAILTO=root# Run any at jobs every minute* * * * * root [ -x /usr/sbin/atrun ] && /usr/sbin/atrun# run-parts è un programma che avvia tutti gli eseguibili contenuti nella directory indicata come argomento01 * * * * root run-parts /etc/cron.hourly02 1 * * * root run-parts /etc/cron.daily02 2 * * 0 root run-parts /etc/cron.weekly02 3 1 * * root run-parts /etc/cron.monthly

# esegue uno script di backup ogni 10 minuti*/10 * * * * root /root/bin/backupscript


Note

run-parts /etc/periodic/hourly

§ avviatuttoquellocheènelladirectory

§ Alcuneversionirichiedonounnewline primadiEOFpereseguirel’ultimocomando


Per inserire un'elaborazione nei momenti più comuni, basta metterla nella directory che rappresenta la cadenza desiderata.

Esercizi


Esercizi (1 di 5)

/*loop_inf.c*/#includeint main (void ){

while (1){}return 1;

}


Esercizi (2 di 5)

/*loop_time.c*/#include#includeint main (void ){

while (1){time(NULL);}return 1;

}


Esercizi (3 di 5)

/*loop_sleep.c*/#include#includeint main (void ){

while (1){int i;sleep (4);for(i=0;i<1000000000;i++);

}return 1;

}


Esercizi (4 di 5)

§ Utilizzareilprogrammaloop_inf.c§ compilareilprogramma(cc -Wall -o )

§ eseguireilprogrammacomeutenteutentenuovo§ tramitetop (*lanciatodautenteroot*)controllarelostato

dellaCPU§ giustificarel'outputditop§ modificareillivellodinice tramiteilcomandointerattivoditop

§ comecambial'outputditop rispettoaprima(relativamenteall'utilizzodellaCPU)?

§ terminareilprogrammausandoilcomandointerattivokilldadentrotop

§ Utilizzareilprogrammaloop_time.c§ compilareedeseguirecomeutentesisoper§ controllareledifferenzedell'outputditop (*lanciatoda

utenteroot*)rispettoaprima§ terminareilprogramma


Esercizi (5 di 5)

§ Utilizzareilprogrammaloop_sleep.c§ compilareedeseguirecomeutentesisoper§ settarea1secondol'intervallodiupdateditop(*lanciatodautenteroot*)

§ visualizzaresoloiprocessicheappartengonoall'utenteconcuiilprogrammaèstatolanciato

§ ordinarel'outputsecondoilcampotime§ controllaretramitetop glistatiincuipassailprocessoedillivellodipriorità

§ terminareilprocesso§ Usareps perottenerel'elencotuttiiprocessiin

esecuzionesullamacchina,§ modificandoleinformazioniinoutputtramiteleopzioni-o e-O


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