酒居敬一(sakai.keiichi@kochi-tech.ac.jp) オペレーティングシステムJ/K 2004年10月25日 酒居敬一(sakai.keiichi@kochi-tech.ac.jp) http://www.info.kochi-tech.ac.jp/k1sakai/Lecture/OS2004/

タスクとジョブ タスクはコンピュータからみた仕事の単位 ジョブは人間からみて目的のある一区切りの仕事 シングルタスクOS マルチタスクOS 逐次的なジョブ処理 シングルタスクOSでもマルチタスクOSでも処理できる 並行的なジョブ処理 マルチタスクOSでないと処理できない

ジョブ管理とタスク管理の関係 ジョブ実行のスケジューリング タスク実行のスケジューリング 並行的（マルチジョブ） 逐次的（シングルジョブ） 資源の量と全体の処理時間をもとに、優先度をつけて処理 逐次的（シングルジョブ） ただ順番に処理する。スケジューリングの必要がない。 タスク実行のスケジューリング 機械的に処理される。 タスクはOSからみた仕事の単位であるから。 OSが資源の利用状況を見ながら、スケジューリング

タスクの存在形態 実行中タスク 実行可能タスク 実行待ちタスク 入出力 仮想記憶処理 登録済タスク 条件待ちタスク 通信 タスク 異常停止タスク 同期 未登録タスク 実行不可能タスク 生成中タスク その他条件 消滅中タスク

タスク管理 タスクの管理表TCB(Task Control Block) タスクの状態 コンテキスト 優先順位 実行可、待ち、消滅中、など コンテキスト レジスタ、資源管理表 優先順位 タイムスライス、実行優先度、経過時間、など TCBは線形リストを形成する(図4.12) 線形リストによりキューを実現 線形リストはタスクの状態ごとに存在する

タスク構造体 タスクの状態 スケジューリングポリシー 仮想記憶 スレッドの情報 struct task_struct { volatile long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */ struct thread_info *thread_info; atomic_t usage; unsigned long flags; /* per process flags, defined below */ unsigned long ptrace; int lock_depth; /* Lock depth */ int prio, static_prio; struct list_head run_list; prio_array_t *array; unsigned long sleep_avg; long interactive_credit; unsigned long long timestamp; int activated; unsigned long policy; cpumask_t cpus_allowed; unsigned int time_slice, first_time_slice; struct list_head tasks; struct list_head ptrace_children; struct list_head ptrace_list; struct mm_struct *mm, *active_mm; タスクの状態 スケジューリングポリシー 仮想記憶 スレッドの情報 タスク構造体

タスクの詳細な状態 インターバルタイマー 時間 プロセスID /* task state */ struct linux_binfmt *binfmt; int exit_code, exit_signal; int pdeath_signal; /* The signal sent when the parent dies */ unsigned long personality; int did_exec:1; pid_t pid; pid_t __pgrp; /* Accessed via process_group() */ pid_t tty_old_pgrp; pid_t session; pid_t tgid; /* boolean value for session group leader */ int leader; struct task_struct *real_parent; /* real parent process (when being debugged) */ struct task_struct *parent; /* parent process */ struct list_head children; /* list of my children */ struct list_head sibling; /* linkage in my parent's children list*/ struct task_struct *group_leader; /* threadgroup leader */ /* PID/PID hash table linkage. */ struct pid_link pids[PIDTYPE_MAX]; wait_queue_head_t wait_chldexit; /* for wait4() */ struct completion *vfork_done; /* for vfork() */ int __user *set_child_tid; /* CLONE_CHILD_SETTID */ int __user *clear_child_tid; /* CLONE_CHILD_CLEARTID */ unsigned long rt_priority; unsigned long it_real_value, it_prof_value, it_virt_value; unsigned long it_real_incr, it_prof_incr, it_virt_incr; struct timer_list real_timer; struct list_head posix_timers; /* POSIX.1b Interval Timers */ unsigned long utime, stime, cutime, cstime; unsigned long nvcsw, nivcsw, cnvcsw, cnivcsw; /* context switch counts */ u64 start_time; unsigned long min_flt, maj_flt, nswap, cmin_flt, cmaj_flt, cnswap; タスクの詳細な状態 インターバルタイマー 時間 プロセスID

タスクの制限 ファイルシステム情報 プロセス間通信 シグナル /* process credentials */ uid_t uid,euid,suid,fsuid; gid_t gid,egid,sgid,fsgid; int ngroups; gid_t groups[NGROUPS]; kernel_cap_t cap_effective, cap_inheritable, cap_permitted; int keep_capabilities:1; struct user_struct *user; /* limits */ struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS]; unsigned short used_math; char comm[16]; /* file system info */ int link_count, total_link_count; struct tty_struct *tty; /* NULL if no tty */ /* ipc stuff */ struct sysv_sem sysvsem; /* CPU-specific state of this task */ struct thread_struct thread; /* filesystem information */ struct fs_struct *fs; /* open file information */ struct files_struct *files; /* namespace */ struct namespace *namespace; /* signal handlers */ struct signal_struct *signal; struct sighand_struct *sighand; sigset_t blocked, real_blocked; struct sigpending pending; unsigned long sas_ss_sp; size_t sas_ss_size; int (*notifier)(void *priv); void *notifier_data; sigset_t *notifier_mask; void *security; タスクの制限 ファイルシステム情報 プロセス間通信 シグナル

current というポインタが現在実行中のタスクを指す タスク構造体型のデータはカーネルのメモリ空間に置かれる /* Thread group tracking */ u32 parent_exec_id; u32 self_exec_id; /* Protection of (de-)allocation: mm, files, fs, tty */ spinlock_t alloc_lock; /* Protection of proc_dentry*/ spinlock_t proc_lock; /* context-switch lock */ spinlock_t switch_lock; /* journalling filesystem info */ void *journal_info; /* VM state */ struct reclaim_state *reclaim_state; struct dentry *proc_dentry; struct backing_dev_info *backing_dev_info; struct io_context *io_context; unsigned long ptrace_message; siginfo_t *last_siginfo; /* For ptrace use. */ }; current というポインタが現在実行中のタスクを指す タスク構造体型のデータはカーネルのメモリ空間に置かれる タスク構造体から指される別の管理表はたくさん存在する

例: プロセスの待ち状態 入出力待ちの場合、デバイスのほうにキューを持たせる struct lp_struct { struct pardevice *dev; unsigned long flags; unsigned int chars; unsigned int time; unsigned int wait; char *lp_buffer; #ifdef LP_STATS unsigned int lastcall; unsigned int runchars; struct lp_stats stats; #endif wait_queue_head_t waitq; unsigned int last_error; struct semaphore port_mutex; wait_queue_head_t dataq; long timeout; unsigned int best_mode; unsigned int current_mode; unsigned long bits; }; struct __wait_queue { unsigned int flags; #define WQ_FLAG_EXCLUSIVE 0x01 struct task_struct * task; struct list_head task_list; #if WAITQUEUE_DEBUG long __magic; long __waker; #endif }; typedef struct __wait_queue wait_queue_t; struct __wait_queue_head { wq_lock_t lock; long __creator; typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t;

レジスタコンテキスト プロセッサの持つレジスタの内容 汎用レジスタ 浮動小数点数レジスタ プログラムカウンタ、リンクレジスタ スタックポインタ、フレームポインタ ステータスレジスタ マルチメディア拡張のためのレジスタ

タスクの状態 [sakai@star linux]$ ps aux USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND root 1 0.0 0.0 1368 444 ? S Sep03 0:04 init [3] root 1300 0.0 0.1 1444 580 ? S Sep03 0:02 syslogd -m 0 root 1304 0.0 0.0 1364 420 ? S Sep03 0:00 klogd -x rpc 1314 0.0 0.1 1544 600 ? S Sep03 0:00 portmap root 1403 0.0 0.1 1484 536 ? S Sep03 0:00 /usr/sbin/automou named 1417 0.0 0.7 39980 3836 ? S Sep03 0:00 /usr/sbin/named - root 1456 0.0 0.1 2076 856 ? S Sep03 0:00 xinetd -stayalive ntp 1469 0.0 0.4 2392 2384 ? SL Sep03 0:08 ntpd -U ntp -g lp 1487 0.0 0.8 11800 4412 ? S Sep03 0:13 lpd Waiting root 1563 0.0 0.2 2520 1528 ? S Sep03 0:01 /usr/sbin/dhcpd e root 1630 0.0 0.1 1416 552 ? S Sep03 0:02 crond xfs 1688 0.0 0.9 9780 4944 ? S Sep03 0:21 xfs -droppriv -da root 1697 0.0 0.2 5800 1532 ? S Sep03 0:00 smbd -D root 1701 0.0 0.2 4636 1312 ? S Sep03 0:14 nmbd -D daemon 1719 0.0 0.0 1408 508 ? S Sep03 0:00 /usr/sbin/atd root 1857 0.0 0.1 2280 752 ? S Sep03 0:00 login -- sakai root 1858 0.0 0.0 1344 340 tty2 S Sep03 0:00 /sbin/mingetty tt sakai 1881 0.0 0.1 5352 980 tty1 S Sep03 0:00 -bash sakai 1910 0.0 0.0 2332 484 tty1 S Sep03 0:00 xinit root 1911 0.5 9.2 95476 47424 ? S Sep03 344:10 X -auth /home/sak sakai 1915 0.0 0.3 7076 1560 tty1 S Sep03 0:00 kterm -fn 8x16 -f sakai 1921 0.0 1.0 13416 5304 tty1 S Sep03 1:43 gkrellm -g -0+0 sakai 1931 0.0 1.6 25148 8668 tty1 S Sep03 0:14 twm sakai 1943 0.0 0.1 5348 972 pts/4 S Sep03 0:00 bash root 436 0.0 0.4 6220 2544 ? S Sep13 0:00 sendmail: accepti smmsp 444 0.0 0.4 6016 2308 ? S Sep13 0:00 sendmail: Queue r sakai 18193 0.0 0.5 8960 2628 tty1 S Oct09 0:01 aumix-X11 sakai 30076 0.1 8.8 121468 45784 tty1 R Oct19 1:54 /usr/lib/mozilla- sakai 32189 0.0 0.1 2724 776 pts/12 R 11:44 0:00 ps aux

同じプロセスに属す限り、資源は共有しあう 軽量プロセス＝スレッドという定義もある。 プロセスとスレッド どちらも実行のひとつの単位である そういう意味では「タスク」とひとくくりに扱う。 スレッドはプロセスに属する点が異なる 同じプロセスに属す限り、資源は共有しあう 軽量プロセス＝スレッドという定義もある。 CPUが複数個存在する場合に、同じプロセスの複数のスレッドが実行できる。 高速処理や効率的な処理には良いが… 資源の競合が起きるかもしれない…

[大久保英嗣, オペレーティングシステムの基礎]

プロセスの関係 [大久保英嗣, オペレーティングシステムの基礎] 生成されたプロセスはすべて同時に動く

起動シーケンスの最終段階 static int init(void * unused) { lock_kernel(); /* * Tell the world that we're going to be the grim * reaper of innocent orphaned children. * * We don't want people to have to make incorrect * assumptions about where in the task array this * can be found. */ child_reaper = current; /* Sets up cpus_possible() */ smp_prepare_cpus(max_cpus); do_pre_smp_initcalls(); smp_init(); do_basic_setup(); prepare_namespace(); * Ok, we have completed the initial bootup, and * we're essentially up and running. Get rid of the * initmem segments and start the user-mode stuff.. free_initmem(); unlock_kernel(); system_running = 1; if (open("/dev/console", O_RDWR, 0) < 0) printk("Warning: unable to open an initial console.\n"); (void) dup(0); 起動シーケンスの最終段階 /* * We try each of these until one succeeds. * * The Bourne shell can be used instead of init if we are * trying to recover a really broken machine. */ if (execute_command) run_init_process(execute_command); run_init_process("/sbin/init"); run_init_process("/etc/init"); run_init_process("/bin/init"); run_init_process("/bin/sh"); panic("No init found. Try passing init= option to kernel."); }

プロセスに対して行われる各種の基本操作 生成(spawn)や複製(fork) 消滅 シグナル送信 同期 タスク管理領域を生成するか複製するか タスク管理領域を親のタスクが消す 消えるまでの間が消滅中状態(ゾンビ) シグナル送信 終了 停止 同期

プロセスに対する操作（forkによる生成） [大久保英嗣, オペレーティングシステムの基礎]