1 - Processes and Threads¶

Keywords: Definition of process/thread, process-/thread-control block, 5-state process model, process creation, process image, process/thread switching, multithreading, implementation strategies for thread support, user-/kernel-mode.

Litterature¶

OSTEP Chapters 3, 4, 5

Learning Goals¶

After lecture 1 you can:

Define and explain the concept of a process
Explain what a process image is.
Explain what a process control block is, what it is used for and why it is needed.
Explain in general terms, how process creation, switching and termination works
Define and discuss process states
Define and explain the concept of a thread
Discuss when, where and how (multi-)threads are usefull
Explain what a thread control block is, what it is used for and why it is needed
Discuss implementation strategies for thread support and explain the associated trade-offs

Noter¶

Process¶

En process er kørende program med alt tilhørende data.

Et program er bare data på disken.

Process Image¶

Et process image er en samling af process relateret data. Det består af:

Process control block (PCB)
Program (code)
Stack
Heap (user data)

Process Control Block (PCB)¶

PCB er en datastruktur der indeholder data om en process.

Indeholder ting som:

Identifier
State (tilstand)
Prioritet
Program Counter (PC)
Memory counter
I/O Status
Context (gemte registre til hvis processen skal køre igen)

XV6

Implementering i xv6 kan findes i filen proc.h

En PCB bruges til at kunne skifte mellem processer.

Task listen, eller process tabellen i operativsystemet er en liste over PCB'er. Den har dermed al den information den skal bruge om de processer den skal skifte imellem.

Process creation, switching and termination¶

XV6

Implementering i xv6 kan findes i filen proc.c

Creation¶

Når en process bliver oprettet, læses programmet og program data ind i memory.

I simple operativsystemer, gøres dette eagerly, hvilket betyder at al data læses ind inden programmet starter.
I mere moderne systemer gøres dette lazily, hvilket betyder at data læses ind når det skal bruges.

Herefter allokeres memory til stakken (runtime-stack) og eventuelt heap.

Stakken bruges i C til lokale variable, funktionsparametre, return adresser.
Heapen bruges i C til explicit requested, dynamisk allokeret memory, som ved malloc() kald.

Switching¶

1559128169018

Når en process bliver scheduled, skifter dens tilstand fra ready til running.

Først bliver PCB for den kørende process oprettet, og information lagres.

Derefter udpakkes PCB for den skiftede til process. Registre sættes, dette kaldes context switch.

Den nye process køres, via den nyindstillede PC (program counter)

Ekstra info

https://medium.com/@ppan.brian/context-switch-from-xv6-aedcb1246cd

Process state¶

En process's tilstande bruges af scheduleren til at vide hvilke processer den kan køre. OSTEP definerer følgende tilstande.

Running: Processen kører lige nu på en processor, instruktioner udføres.
Ready: Processen er klar til at køre, men af en eller anden grund, har OS valgt ikke at køre den.
Blocked: Processen er ikke klar til at køre. Et eksempel kan være mens den venter på I/O.

xv6 har tilmed: EMBROYO : den er oprettet, men ikke udfyldt med nødvendig data endnu. ZOMBIE: den er termineret, men endnu ikke opryttet af OS endnu. (Bruges af f.eks. parent processes, til at se return code)

5-State Process Model¶

Billedresultat for 5-state process model

Thread¶

En tråd (thread) er den mindste eksekverbare del af en process.

En process kan have 1 eller flere tråde.

Multithreading¶

Opsplitningen af en process i flere tråde.

1559130317722

Multithreading kan eksempelvis være nyttigt ved GUI.

Nogle tråde arbejder på hovedarbejdet (baggrunden)
Nogle tråde arbejder på at opdatere GUI, så den virker mere responsiv.

Eksempel: Der trykkes på en opdateringsknap med der opdatere en liste med data fra internettet. Ved single-thread, vil GUI'en "holde stille" og vente på al data. Ved multithreading, kan man hente data i en anden tråd, og dermed er GUI stadig brugbar imens.