Sistemi Operativi: Processi e Memoria

Laboratorio di Sistemi Operativi - Controllo dei Processi

• Il laboratorio esplora argomenti relativi ai sistemi operativi, in particolare il controllo dei processi.
• L'argomento principale è UNIX.
• Gli argomenti del laboratorio comprendono: Introduzione a UNIX, integrazione C (operatori bitwise, precedenze, preprocessore, pacchettizzazione del codice, compilazione condizionale e utility make), controllo dei processi (segnali, pipe, code di messaggi, memoria condivisa, semafori), introduzione alla programmazione bash.
• Le lezioni si basano su materiale del Prof. Gunetti, nonché su libri di riferimento come: The Linux Programming Interface - a Linux and UNIX System Programming Handbook di Michael Kerrisk, Advanced Programming in the UNIX® Environment di W. Richard Stevens e Stephen A. Rago.

Process ID e Process ID Padre

• Ogni processo possiede un Process ID (PID), un intero positivo che lo identifica univocamente nel sistema.
• I PID sono utilizzati e restituiti da diverse chiamate di sistema.
• La chiamata di sistema getpid() restituisce il PID del processo chiamante.
• Ogni processo ha un genitore, ovvero il processo che lo ha creato.
• La chiamata di sistema getppid() restituisce il PID del processo genitore.
• L'attributo PID padre di ciascun processo rappresenta la relazione ad albero di tutti i processi nel sistema.

Layout della Memoria di un Processo

• La memoria allocata a ogni processo è composta da diversi segmenti.
• Il segmento di testo contiene le istruzioni in linguaggio macchina del programma in esecuzione.
• È un solo in lettura (read-only) per evitare modifiche accidentali.
• È condivisibile, permettendo a più processi di condividere una stessa copia del codice.
• Il segmento dati inizializzato contiene le variabili globali e statiche inizializzate esplicitamente. I loro valori sono letti dal file eseguibile al momento del caricamento del programma.
• Il segmento dati non inizializzato contiene le variabili globali e statiche non inizializzate. Prima dell'esecuzione del programma, la memoria in questo segmento è inizializzata a 0.
• Lo stack è un segmento in crescita e contrazione dinamica che contiene i frame dello stack. Ogni frame dello stack è allocato per ogni funzione attualmente in esecuzione e contiene le variabili locali, gli argomenti e il valore di ritorno della funzione.
• L'heap è un'area dalla quale la memoria può essere allocata dinamicamente durante l'esecuzione.

Controllo dei Processi

• Il controllo dei processi include la creazione, l'esecuzione e la terminazione dei processi.
• Le system call (fork(), exit(), wait(), execve()) sono richieste al sistema operativo per agire a nome del programma dell'utente.
• fork() crea un nuovo processo (figlio) che è una copia quasi esatta del processo padre (con copie degli stack, dati, heap e segmenti di testo).
• exit() termina un processo.
• wait() attende la terminazione di un processo figlio (e restituisce il suo stato di terminazione).
• execve() carica un nuovo programma nella memoria del processo, sostituendo il precedente.

Creazione dei Processi

• La creazione dei processi (ad esempio, usando fork()) può essere un'operazione utile per suddividere un compito, come in un server di rete che gestisce richieste dei clienti creando nuovi processi per ogni richiesta.

Terminazione dei Processi

• Un processo può terminare in due modi: normalmente usando _exit() o in modo anomalo, per esempio se riceve un segnale il cui default è terminare del processo.
• exit() esegue diverse azioni prima di chiamare _exit() inclusi lo svuotamento delle variabili e la liberazione delle risorse.

Monitoraggio dei processi

• Il monitoraggio dei processi aiuta a comprendere lo stato e l'attività dei processi, soprattutto quando si hanno più processi contemporaneamente. La system call wait() è importante nella gestione delle richieste di terminazione dei processi.

wait() e waitpid()

• wait() attende la terminazione di un figlio; se nessun figlio è terminato, la chiamata si blocca (ad esempio, per attendere la terminazione di un processo figlio).
• waitpid() è più flessibile e consente di attendere un particolare processo figlio o tutti i figli nel medesimo processo group, o un processo figlio qualsiasi.
• A volte è utile una non blocking wait, in modo da ottenere immediatamente l'informazione che nessun figlio ha ancora terminato la propria esecuzione.

Condizioni di Errore di System Call e exec()

• Diversi valori di ritorno della system call (e.g., -1 o valori di errno) indicano errori durante l'esecuzione di operazioni quali la creazione o l'esecuzione di processi.
• Esistono delle macro e delle funzioni per gestire i vari codici di errore (includendo <errno.h> e <string.h>).
• Errore ECHILD, se un processo padre tenta di avviare un processo wait() ma non ha figli.

Esecuzione di nuovi Programmi - exec()

• La chiamata exec() esegue un nuovo programma, sostituendo il programma corrente.
• Diverse funzioni di libreria (execl(), execlp(), execvp(), ecc.) forniscono diverse modalità per specificare il programma da eseguire e i suoi argomenti e ambiente.
• La funzione execl() richiede esplicitamente una lista di parametri, mentre execlp() cerca il programma richiesto nella variabile d'ambiente PATH quando il pathname non è assoluto.

Orfani e Zombie

• I processi orfani sono processi figli che hanno perso il loro genitore.
• I processi zombie sono processi figli che hanno terminato la loro esecuzione, ma il padre non ha ancora chiamato la wait() per raccogliere le informazioni sulla terminazione.
• Il processo init adotta i processi orfani e i processi zombie, permettendo al sistema di gestire correttamente i processi.