1	Luento 8 Ohjelman toteutus järjestelmässä Prosessi Prosessin esitysmuoto järjestelmässä Käyttöjärjestelmä KJ-prosessit
2	Prosessi (4) Järjestelmässä olevan ohjelman esitysmuoto Järjestelmässä voi olla ”samalla kertaa” monta prosessia joko samasta tai eri ohjelmasta käyttäjän (ihmisen) näkökulma ja aikaskaala (1 min, 1 sek?) Suorittimella suorituksessa on yksi prosessi kerrallaan laitteiston näkökulma ja aikaskaala (1 ms, 1 µs, 1 ns?) Muut prosessit ovat odottamassa jotakin suoritinta? I/O:ta? viestiä toiselta prosessilta? vapaata muistitilaa?
3	Prosessi
4	Prosessin vaihto (4) Suorittimella suoritusvuorossa olevan prosessin vaihtaminen Tapahtuu aika usein keskimäärin noin 2000-3000 konekäskyn välein? esim. 50-500 kertaa sekunnissa? Iso operaatio - paljon kopiointia montako konekäskyä tähän kuluu?
5	Prosessin elinkaari (11) Prosessin 5 suoritustilaa Milloin tilanvaihto tapahtuu? Mitä tilanvaihdossa tapahtuu?
6	Prosessin esitysmuoto järjestelmässä PCB - Prosessin kuvaaja eli kontrollilohko (Process Control Block) isohko tietue, joka sisältää kaiken yhdestä prosessista muistialueet, tiedostot, tiedostojen käsittelykohdat ei suorituksessa oleville myös: suorittimen tila (laiterekisterit, MMU:n rekisterit, kontrollirekisterit) joka prosessista oma PCB luodaan prosessin luonnin yhteydessä ja tuhotaan prosessin päättyessä käyttöjärjestelmärutiinit manipuloivat PCB:tä
7	Prosessin kuvaajan sisältö (9) Prosessin tunniste Prioriteetti suorittimen vuoronantoa varten Prosessin tila ja/tai odottamisen syy Suoritinympäristö talletettuna odottamisen aikana rekisterit, PC, SP, FP, tilarekisterit Seuraavaksi suoritettavan käskyn osoite Poikkeuskäsittelijöiden osoitteet (ellei oletusarv.) Aikaviipale Käytössä olevat muistialueet, aukiolevat tiedostot KJ:n hallintotietoa (kokonaisaika, etc etc)
8	Prosessin tilanvaihdon toteutus (5) Prosessin tilanvaihto tapahtuu siirtämällä prosessi (sen PCB) jonosta toiseen ready-to-run jono (tai jonot) running jono ei oikeastaan ole olemassa waiting jono joka tyypille oma jononsa esim: laitteen Disk1 I/O:n valmistumista odottavat esim: näppäimistön painallusta odottavat esim: kellolaitekeskeytystä odottavat esim: prosessilta 1345 signaalia odottavat
9	Prosessit jonoissa (1)
10	KJ esimerkki: I/O keskeytys (5)
11	KJ esim: aikaviipalekeskeytys (3)
12	Prosessin vaihto (4) Vaihdon tekee KJ rutiini sillä hetkellä suorittavan prosessin ympäristössä Talleta vanhan prosessin suoritinympäristö suorittimelta omalle talletusalueelle muistiin talleta kaikki suorittimella olevat tiedot muistiin Kopio uuden prosessin suoritinympäristö omalta talletusalueeltaan suorittimelle lataa kaikki suorittimen rekisterit (myös PC!) Uuden prosessin suoritus jatkuu täsmälleen siitä mihin viime kerralla jäätiin sama konekäsky, käytännössä sama suoritusympäristö usein keskellä prosessin vaihtoa suorittavaa KJ rutiinia
13	Prosessin prioriteetti (3) Prosessin tärkeysjärjestys suorittimella esim. pieni numero Þ iso (parempi) prioriteetti Joka prioriteetti(luokalle) oma R-to-R jononsa KJ prosesseilla parempi prioriteetti kuin käyttäjätason prosesseilla tosiaikasovelluksen prosesseilla parempi prioriteetti kuin KJ prosesseilla muistakaa antaa KJ:lle aikaa aina joskus .... ! Prioriteetti voi vaihdella prosessin elinaikana paljon suoritinaikaa Þ huonompi prioriteetti kauan R-to-R jonossa Þ parempi prioriteetti (prosessi siirretään korkeamman prioriteetin R-to-R jonoon)
14	Käyttäjän näkökulma (käyttö)järjestelmään (5) Miten järjestelmä toimii minun ohjelmani kanssa? Onko järjestelmä riittävän nopea pelaamaan suosikkipeliäni isolla näytöllä? Onko minun helppo asentaa uusi ohjelma koneelle? Onko minun helppo muuntaa (portata) ohjelmani tähän käyttöjärjestelmään? Miten muistin lisääminen vaikuttaisi minun ohjelmani nopeuteen?
15	Käyttöjärjestelmän näkökulma (käyttö)järjestelmään Ovatko kaikki systeemin resurssit mahdollisimman hyvässä käytössä? Mikä on keskimääräinen jonon pituus (prosessien lukumäärä) suorittimelle? Minkä osan ajasta suoritin odottaa järkevää työtä? Minkä osan ajasta kovalevyn hakuvarsi on liikkeessä? Miten usein datamuistiviitteet löytyivät välimuistista? Miten muistin lisääminen vaikuttaisi nopeuteen?
16	Käyttöjärjestelmä käyttöliittymänä laitteistoon Loppukäyttäjälle (ihmiselle) Sovellusohjelmille Piilottaa laitteiston erityispiirteet käyttäjiltä käskykanta konekäskyn rakenne suorittimen toteutus ja suorittimien lukumäärä I/O:n toteutus I/O-laitteiden sijainti
17	Käyttöjärjestelmän tavoitteet Laiteriippumaton (HW-riippumaton) käyttöliittymä laitteistoon järjestelmää on helppo käyttää järjestelmä antaa reilua palvelua kaikille sovellukset on helppo tehdä sovellukset on helppo siirtää muista järjestelmistä
18	Käyttöjärjestelmän tavoitteet (jatk) Järjestelmän resurssien tehokas hallinta kaikista resursseista saada maksimihyöty kuka osti liikaa levyjä? joustava resurssien yhteiskäyttö lue tiedosto levyltä vai verkkopalvelimelta? tiukka tietosuoja kuka muu kuin Pekka ja Maija luki tietojani?
19	Käyttöjärjestelmä resurssien vartijana Suoritinaikaa reilusti kaikille kukaan ei odota suoritinta ikuisesti kriittiset prosessit saavat ajoissa suoritinaikaa Tiedostojen (koodi, data) tehokas käyttö laitteesta ja sijainnista riippumaton käyttö helppo yhteiskäyttö ja samalla tietojen suojaus Tietoliikenneverkkojen käyttö laiteriippumaton käyttö helppo yhteiskäyttö ja samalla tietojen suojaus Hallintokirjanpito
20	KJ järjestelmän eheyden turvaajana Varauduttu kaikkiin mahdollisiin virheisiin Sovellusohjelmat eivät voi häiritä KJ:tä tai muita prosesseja tahallaan (esim. tietokonevirukset) vahingossa (yleisin tapaus) Järjestelmä ei lukkiudu tai ”kaadu” KJ:n omat tietorakenteet ovat aina eheitä sovellusohjelmat eivät voi koskea KJ:n tietorakenteisiin sovellusohjelmat aina lopulta antavat vuoron KJ:lle
21	Käyttöjärjestelmän rakenne (4) Prosessien hallinta prosessien luonti, tuhoaminen prosessien välinen viestintä (IPC, Inter-Process Comm) kenelle suoritinaikaa ja milloin? Muistin hallinta miten keskusmuistia varataan eri prosessien käyttöön? kunkin prosessin muistitilan hallinta yhteiskäyttö ja tiedon suojaus Tiedostojen ja laitteiden hallinta miten tiedostoja voidaan lukea/kirjoittaa? yhteiskäyttö ja tiedon suojaus Verkon hallinta miten kommunikoida muiden koneiden kanssa?
22	Käyttöjärjestelmän toteutus (5) Joukko prosesseja ja/tai aliohjelmia prosessit elävät omaa elämäänsä (etuoikeutetussa tilassa eli root’ina?) swapper (Unix) - muistinhallintaprosessi init prosessi (Unix) - kaikkien käyttäjätason prosessien ”äiti” laiteajurit aliohjelmat suoritetaan sen hetkisen prosessin ympäristössä (etuoikeutetussa tilassa?) keskeytyskäsittelijät saavat kontrollin aina tarvittaessa aliohjelmakutsut, SVC, viestit ajastimet ja muut keskeytykset
23	KJ palvelun kontrollin palautus Aliohjelmakutsut CALL → RETURN SVC SVC → IRET Viestit viesti → vastausviesti (lähettäjä odottaa vastausta RECEIVE:ssä) Ajastimet ja muut keskeytykset keskeytys → IRET
24	Prosessit ja aliohjelmat (7)
25	KJ esimerkki: laiteajuri Aliohjelmana (eli proseduurina) laiteajuri suoritetaan KJ-rutiinina tavallisen SVC-kutsun kautta vain yksi kutsu kerrallaan suorituksessa? miksi? miten voidaan valvoa?
26	KJ esimerkki: laiteajuri (jatk.) Aliohjelmana (eli proseduurina) laiteajuri suoritetaan KJ-rutiinina tavallisen aliohjelmakutsun ja/tai SVC-kutsun kautta osa tai kaikki koodista voi olla etuoikeutettua vain yksi kutsu kerrallaan suorituksessa? miksi? miten voidaan valvoa?
27	KJ esimerkki: laiteajuri Prosessina proseduurina kutsuttu laiteajurin tynkä (stub) lähettää I/O-pyynnön viestinä laiteajuriprosessille ja odottaa vastausta tynkä voi olla käyttäjätilainen ajuriprosessi voi olla (joskus) etuoikeutettu vaatii prosessien välistä viestintää
28	-- Luennon 8 loppu --