Realizzazione dei Processi

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Stati di esecuzione di un processo:

Il processore esegue un solo processo per volta, che si evolve nel tempo solo se si trova in esecuzione, in tutti gli altri stati è fermo.

Un processo pronto è fermo solo perché il processore è già impegnato, ma può essere schedulato, e andrà quindi in esecuzione tramite una istruzione di dispatch.

Un processore in esecuzione può essere sospeso forzatamente con una azione che prende il nome di preemption (prelazione), attenzione però il processo non si blocca, passa invece nello stato di pronto.

Noi realizzeremo un sistema a priorità fissa, ovvero ad ogni processo è assegnata una priorità numerica e il sistema si impegna a garantire che in qualsiasi momento sia in esecuzione il processo a priorità maggiore tra tutti quelli pronti. Ci impegnano inoltre a garantire che un processo non possa attivarne altri a priorità maggiore della propria.

Inoltre il nostro sistema sarà monoutente e monoprogramma, ma multiprocesso.
Tra i sistemi multiprocesso distinguiamo:

• sistemi a memoria comune
• sistemi a scambio di messaggi: tutti i processi hanno propria memoria e comunicano tra loro attraverso messaggi.
  Noi realizzeremo un sistema ibrido.

Realizzazione dei Processi nel sistema didattico

Nel nostro sistema ogni processo utente ha una sua pila utente distinta da quella di tutti gli altri processi, a cui ha accesso esclusivo, mentre le sezioni .text, .data e .bss, e anche lo heap, sono condivise tra tutti. In pratica sono condivise tutte le entità globali definite nel modulo utente, più lo heap.

Dal punto di vista del sistema ogni processo ha:

• un descrittore: contiene tutte le informazioni che il sistema deve ricordare relativamente al processo. Tra queste vi è il contesto (contenuto di tutti i registri del processore), e anche le informazioni necessarie a recuperare la “foto” di tutta la memoria, memorizzata sull’hard disk.
• una propria pila sistema

Strutture dei dati del sistema associate ad ogni processo utente:

Ogni registro ha il suo posto assegnato all’interno di Contesto, per facilità definiamo le costanti I_RAX, I_RBX ecc, che stanno per i relativi indirizzi.

Ricordo che nel nostro sistema didattico utilizziamo un solo TSS, identificato dal registro %tr, che inizializziamo solo una volta all’avvio del sistema. Per fare in modo che il meccanismo delle interruzioni utilizzi la pila sistema del processo corrente, sovrascriviamo il segmento TSS ogni volta che cambiamo processo.

• La variabile globale puntatore di tipo puntatore a des_proc punta al processo attualmente in esecuzione
• La variabile globale pronti di tipo puntatore a des_proc punta alla testa della coda dei processe pronti

Predisponiamo inoltre una coda diversa per ogni tipo di evento atteso dai processi bloccati.
Tutte queste code saranno mantenute in ordine di priorità, in modo tale da dover semplicemente estrarre il des_proc in testa alla coda pronti.

Per gestire il caso in cui tutti i processi siano bloccati, realizziamo un processo dummy a priorità minima, sempre pronto, che esegue un ciclo infinito in cui controlla il numero di processi attualmente esistenti nel sistema, se scopre che tutti i processi sono terminati, il processo dummy esegue lo shutdown.

Cambio di Processo

Il cambio di Processo può accadere solo quando il processo attuale si porta a livello di sistema, che può accadere solo in questi 3 casi:

• il processo esegue una istruzione int
• il processore genera una eccezione
• il processore accetta una interruzione esterna

Il processore fa quanto segue:

1. consulta l’entrata della IDT per prelevare l’indirizzo a cui saltare
2. salva in pila l’indirizzo a cui tornare
3. esegue altre azioni in base ai flag contenuti nel cancello
   • se deve innalzare il livello di privilegio, esegue il cambio di Pila, prelevando il puntatore alla nuova pila dal campo punt_nucleo del descrittore di processo puntato dal registro %tr
     Tutti i Cancelli nel nostro sistema prevedono innalzamento di privilegio e la disabilitazione delle interrupt.
4. in pila (nuova o vecchia) salva il puntatore alla vecchia pila, il contenuto di %rflags, il livello di privilegio precedente l’innalzamento e l’indirizzo della prossima istruzione da eseguire

Faremo attenzione a mantenere il seguente schema per ogni codice a cui salta:

call salva_stato
...
call carica_stato
iretq