Processus

Gestion des
Processus
Richard Terrat
Jérôme Palaysi

19/06/19 DIU EIL - Université de Montpellier 2/31
Sommaire
● Un petit exemple
● Co-routines → Tâches → Processus
● Exclusion mutuelle
● Synchronisation : Événements et sémaphores
● Ordonnancement
● Interblocage
● Famine et Équité

Un exemple
Agence de Voyage en
ligne
Site de réservation de
places d'avion
Site de réservation de
chambres d'hôtel
Alice Bob

Un exemple
● Alice et Bob
s'adressent indépendamment l'un de l'autre à une
agence de voyage pour réserver
● Un billet d'avion
● Une chambre d'hôtel
et ne partiront en voyage que s'ils obtiennent
satisfaction pour l'ensemble de ces deux
réservations

Site de l'agence de voyage
réservation d'une place d'avion
Que se passe-t-il s'il ne reste plus qu'une place ?
1 2
3
5
4
6
Processus Alice Processus Bob
Consultation du vol Air-Isson n°421
lecture du fichier
Réservation d'une place
écriture du fichier
lecture du fichier
écriture du fichier

réservation d'une place d'avion et d'une chambre d'hôtel
Processus Alice Processus Bob
Consultation de l'hôtel Kel
Réservation d'une chambre
1 2
3 4
5 6
7 8

réservation d'une place d'avion et d'une chambre d'hôtel
● Résultats
– Dans le premier scénario une même place d'avion
pouvait être attribuée à deux personnes
– Dans le second scénario, s'il n'existe plus qu'une place
d'avion et qu'une chambre d'hôtel
● Alice obtient satisfaction pour son vol mais pas pour sa
chambre d'hôtel
● Bob obtient satisfaction pour sa chambre d'hôtel mais pas pour
son vol
● Aucun des deux ne partira !
● Il s'agit d'une forme d'interblocage

Co-routines
Une sous-routine
● s'exécute dans le contexte
de l'appelant
● dans la pile de l'appelant
Les co-routines
● s'exécutent dans un
contexte commun
● possèdent leur propre pile
appel SP
retour
reprise B
reprise A
SP
A B
reprise B

Tâches (threads)
● Tâche (thread) ou « processus léger » :
– Coroutine contrôlée par un planificateur (scheduler)
– Pas d'instruction explicite de reprise d'exécution
– Peut être interrompue entre deux instructions (via le mécanisme
d'interruption) pour donner le contrôle à un planificateur : c'est la
préemption
– Le planificateur choisit une des tâches prêtes à être exécutée et lui
donne le contrôle
● Plusieurs tâches peuvent s'exécuter sur un même processeur
– Leur exécution est interrompue périodiquement à très fine échelle (de
l'ordre de la microseconde) donnant l'illusion à plus grande échelle
d'exécution en parallèle : c'est le quasi-prallélisme

Préemption, quasi-parallélisme
T1 T2
Interruptions
+
planificateur

Processus
● Un processus est une tâche (thread)
possédant son propre contexte en mémoire
virtuelle :
– Pile d'exécution (coroutine)
● Adresses de retour
des sous-programmes
● Variables locales et paramètres
– Tas
● Objets
Données
Tas
Pile
Code
Coroutine
☞ les différentes zones ne sont pas
nécessairement dans cet ordre

Tâche vs Processus
● Très souvent les deux coexistent au sein d'un système
● Unix : un processus peut comprendre plusieurs tâches
● La gestion des tâches est plus légère que celle des
processus
– le contexte est réduit à une simple pile
● Les processus sont plus autonomes que les tâches : ils
possèdent
– un environnement propre
– un espace de mémoire virtuelle
– une protection vis-à-vis des autres processus

Exclusion mutuelle
● Ressource partageable
– Base de données, tableau, fichier, imprimante, …
– Possède un état
– Utilisable par plusieurs processus
– Exclusive : utilisée par un seul processus à un instant donné
● Opération sur une ressource
– Modifie l'état de la ressource
– Déterministe : l'état final ne dépend que de l'état initial et de
l'opération
– Indivisible : aucune autre opération sur cette ressource ne peut avoir
lieu pendant cette opération

Exclusion mutuelle
● Section critique
– Suite d'instructions composant une opération indivisible sur
une ressource
● Verrou : objet lié à une ressource
– Attributs
● Une donnée reflétant l'utilisation de la ressource : libre ou occupée
● Les processus en attente d'utilisation
– Méthodes
● Verrouiller
● Déverrouiller

Exclusion mutuelle
● Verrouiller : précède une section critique
– Si la ressource est libre :
● Met la ressource à occupée
– Sinon :
● Met le processus courant en attente
● Invoque le planificateur
● Déverrouiller : termine une section critique
– Si au moins un processus est en attente :
● Met un seul de ces processus dans l'état prêt
– Sinon :
● Met la ressource à libre
☞ les opérations verrouiller et déverrouiller doivent être indivisibles !

Exclusion mutuelle
Processus Alice
Verrouiller le vol n°421
Déverrouiller le vol n°421
Processus Bob
Verrouiller le vol n°421
Déverrouiller le vol n°421
1 2
3
3
3
5
4
4
4
6
sectioncritique
sectioncritique

Interblocage
Processus Alice
Processus Bob
1
3
5
2
4
6
sectioncritique#1
sectioncritique#2
sectioncritique#2
sectioncritique#1
sc #1 sc #2

Donc ...
Les verrous
– permettent de résoudre le problème d'accès à une
ressource exclusive partagée par des processus
– ne résolvent pas l'interblocage

Synchronisation
● Coopération entre processus ou entre tâches
⇒ nécessité de synchronisation
P1 P2
Planificateur
gère le
attente
envoi
signal
P1 attend un signal émis par P2
Exemples d'outils de synchronisation :
événements, sémaphores

Synchronisation
● Événement
– Objet lié à un signal
– Envoyé par un processus, puis mémorisé
– Les processus en attente d'un signal mémorisé poursuivent leur exécution
– Les processus mis en attente avant l'envoi du signal sont débloqués
– Un tel signal doit être effacé explicitement
– Si plusieurs signaux sont envoyés avant d’avoir été effacés, tout se passe comme
si un seul avait effectivement été envoyé.
● Attributs
– Une donnée booléenne E reflétant l'état du signal
– Les processus en attente de ce signal
● Méthodes
– envoi (S)
– attente (S)

Événement
● envoi (S)
– Si E ≠ S :
● E ← S
● Met tous les processus en attente à l'état prêt
● Attente (S)
– Si E ≠ S :
☞ ces deux opérations doivent être indivisibles !

Sémaphores
● Objet permettant de gérer
– Exclusion mutuelle
– Synchronisation
● Inventé par Edsger Dijkstra
● Attributs
– Un compteur K
– Une liste de processus en attente
● Méthodes
– P « Proberen » : Tester
– V « Verhogen » : Incrémenter

Sémaphores
● P :
– K ← K – 1
– si K < 0 :
● V :
– K = K + 1
– Si K ≤ 0 :
● Met à l'état prêt un seul des processus en attente
☞ ces deux opérations doivent être indivisibles !

Sémaphores
● On observe que la valeur de S désigne
– Si K ≥ 0 : le nombre de fois qu’une opération P peut être
exécutée sans bloquer le processus qui l’invoque
– Si K ≤ 0 : |K| = le nombre de processus en attente
● Utilisation
– Pour l'exclusion mutuelle : S doit être initialisé à 1
– Pour la gestion d'un signal : S doit être initialisé à 0
● Dans ce cas, l'opération V :
– Mémorise et compte chaque occurrence d'un signal envoyé
– Ne débloque qu'un seul des processus en attente

Communication entre processus
● Modèle du Producteur-Consommateur
– Un processus P envoie des données à un processus K via
un tampon partagé T de n cases
– On utilise deux sémaphores
● S1 dont le compteur est initialisé à n
● S2 dont le compteur est initialisé à 0
P K
T [1:n] S2.P
Consomme (j)
j ← j + 1 mod n
S1.V
S1.P
Produit (i)
i ← i + 1 mod n
S2.V
i j

Ordonnancement
● États d'un processus ou d'une tâche
– ACTIF : un seul processus (ou tâche) est en cours d'exécution à un instant donné par
processeur (donc un seul sur un mono-processeur)
– PRÊT : un processus non ACTIF possédant toutes les ressources nécessaires à son
exécution
– BLOQUÉ : un processus en attente de ressource ou de signal
● Transitions entre états
PRÊT ACTIF
BLOQUÉ
création
activation
désactivation
blocage
(mise en attente)
déblocage
terminaison
planificateur
synchronisation

Ordonnancement
● Dès qu'il est appelé, le planificateur choisit parmi les
processus ou les tâches prêts à être exécutés, un « élu »
● Stratégies d'élection
– Par priorités
– Tourniquet (round-robin)
Élu
Prêts

Interblocage
● Situation dans laquelle deux processus ou tâches
P1 et P2 demandent l'accès à deux ressources R1
et R2 selon le schéma ci-dessous
R1
R2
P1 P2
Est allouée à
Est allouée à
Demande
Demande

Interblocage
● Détection
– Comment savoir que deux processus ou tâches sont en situation
d'interblocage ?
● Guérison
– Que peut on faire pour sortir d'un interblocage ?
● Prévention
– Comment et quand peut-on prévoir une situation d'interblocage ?
● Exemple de l'algorithme du banquier
– Développé par Dijstra et Habermann
– Analogie avec les prêts gérés par un banquier

R1
R2
P1
P2
f3
f1
f2
a
b c
d

Famine et Équité
● Famine
– Certains processus ou tâches sont privés de l'obtention
de certaines ressources demandées, allouées à tour de
rôle à d'autres processus ou tâches
● Équité
– Propriété assurée par le planificateur pour éviter la
famine, prenant par exemple en compte
● Nombre et fréquence des demandes
● Temps d'utilisation des ressources
● Gestion dynamiques de priorités (vieillissement des
demandes en attente)

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