1

Threads et Lightweight ProcessesThreads et Lightweight Processes

Chapitre 5Chapitre 5

En français on utilise parfois ‘flots’ ou ‘fils’ pour ‘threads’.

Votre manuel préfère le mot anglais thread:

terminologie Java

http://w3.uqo.ca/luigi/http://w3.uqo.ca/luigi/

Ch.5 2

Concepts importants du Chap. 5Concepts importants du Chap. 5

Threads et processus: différence

Threads de noyau et d’usager: relations

LWP: lightweight processes, threads légers

Ch.5 3

Flots = threads = lightweight processesFlots = threads = lightweight processes

Processus: programme en exécution Chaque processus a ses variables et fichiers

indépendants des autres processus Un thread est une subdivision d`un processus

Un fil de contrôle dans un processus Les différents threads d’un processus partagent

les variables et les ressources d’un processus lorsqu’un thread modifie une variable (non locale à

lui), tous les autres threads voient la modification un fichier ouvert par un thread est accessible aux

autres threads (du même processus)

Processus à un thread et à plusieurs threadsProcessus à un thread et à plusieurs threads

Ch.5 4

En commun

Séparés

Ch.5 5

ExempleExemple

Le processus MS-Word peut impliquer plusieurs threads: Interaction avec le clavier Rangement de caractères sur la page Sauvegarde régulière du travail fait Contrôle orthographe Etc.

Ces threads partagent tous le même fichier .doc et autres données

Ch.5 6

Threads et processus Threads et processus [Stallings][Stallings]

Ch.5 7

ProcessusProcessus

Possède sa mémoire, ses fichiers, ses ressources, etc.

Accès protégé à la mémoire, fichiers, ressources d’autres processus

Ch.5 8

ThreadThread

Possède un état d’exécution (prêt, bloqué…) Possède sa pile et un espace privé pour

variables locales A accès à l’espace adressable, fichiers et

ressources du processus auquel il appartient En commun avec les autres threads du même

proc

Ch.5 9

Pourquoi les threadsPourquoi les threads

Reactivité: un processus peut être subdivisé en plusieurs threads, L’un peut exécuter tant que l’autre est bloqué

Utilisation de multiprocesseurs: les threads peuvent exécuter en parallèle sur des UCT différentes

Ch.5 10

La La commutationcommutation entre threads est moins dispendieuse entre threads est moins dispendieuse que la commutation entre processusque la commutation entre processus

Un processus possède mémoire, fichiers, autres ressources

Changer d`un processus à un autre implique sauvegarder et rétablir l’état de tout ça

Changer d’un thread à un autre dans le même proc est bien plus simple, implique sauvegarder seulement les registres de l’UCT, les vars locales du thread,

Incluant sa pile

Ch.5 11

La La communicationcommunication aussi est moins dispendieuse entre aussi est moins dispendieuse entre threads d’un proc qu’entre procthreads d’un proc qu’entre proc

Étant donné que les threads partagent leur mémoire, la communication entre threads dans un même

processus est plus efficace que la communication entre processus

elle utilise les variables qui sont en commun entre threads

Ch.5 12

La création et terminaison sont moins La création et terminaison sont moins dispendieusesdispendieuses

La création et terminaison de nouveaux threads dans un processus existant sont aussi moins dispendieuses que la création ou terminaison d’un processus

Ch.5 13

Threads de noyau (kernel) et d’utilisateurThreads de noyau (kernel) et d’utilisateur

Où implémenter les threads: Dans les bibliothèques d’usager ou dans le

système d’exécution du langage utilisé (Java?) contrôlés directement ou indirectement par

l’usager Dans le noyau du SE:

contrôlés par le noyau Solutions mixtes

Ch.5 14

Threads d’utilisateur et de noyau Threads d’utilisateur et de noyau (kernel)(kernel)

Threads de noyau: supportés directement par le noyau du SE (Windows, Solaris)

les ops sur les threads sont des appels au système le noyau est capable de gérer directement les états des threads Il peut affecter différents threads à différentes UCTs

Threads d’utilisateur: supportés par des bibliothèques d’usager ou le langage de prog (p.ex Java)

les ops sur les threads ne demandent pas des appels du système sont gérées par le système d’exécution du langage de

programmation (p.ex. Java) le noyau ne peut pas les gérer directement

Ch.5 15

Solutions mixtes: threads utilisateur et noyauSolutions mixtes: threads utilisateur et noyau

Relation entre threads utilisateur et threads noyau plusieurs à un un à un plusieurs à plusieurs

Nous devons prendre en considération plusieurs niveaux: Processus Thread usager Thread noyau Processeur (UCT)

Ch.5 16

Plusieurs threads utilisateur pour un thread noyau:Plusieurs threads utilisateur pour un thread noyau:l’usager ou son langage de progr. contrôle les threadsl’usager ou son langage de progr. contrôle les threads

Le SE ne connaît pas les threads utilisateur v. avantages et désavantages mentionnés avant

noyau

usager

Ch.5 17

Un vers un: Un vers un: le SE contrôle les threadsle SE contrôle les threads

Les ops sur les threads sont des appels du système

Permet à un autre thread d’exécuter lorsqu’un thread exécute un appel de système bloquant

noyau

usager

Ch.5 18

Plusieurs à plusieurs: solution mixtePlusieurs à plusieurs: solution mixte

Flexibilité pour l’usager d’utiliser la technique qu’il préfère Si un thread utilisateur bloque, son thread noyau peut être affecté à un autre utilisateur Si plus. UCT sont disponibles, plus. threads noyau peuvent exécuter en même temps Complexité: les threads usager et les thread noyau doivent être ordonnancés séparément et ceci

peut causer des inefficacités et impasses

noyau

usager

Concept de Light-Weight Process (LWP)Concept de Light-Weight Process (LWP)

Les LWP sont des UCT virtuelles Représentent des threads de noyau qui

peuvent exécuter des threads d’usager

Concept implémenté dans plusieurs systèmes d’exploitation

Ch.5 19

Ch.5 20

Lightweight processesLightweight processes

Plusieurs à plusieurs, usager et noyau

Tâche = processus

Ch.5 21

Processus légers (lightweight, LWP)Processus légers (lightweight, LWP) Implémentent le concept d’UCT

virtuelle, pouvant exécuter des threads niveau usager

Il y a des ordonnanceurs pour les LWP comme pour les UCT, et leurs logiques sont semblables à ce que nous avons vu (états prêt, en attente, etc.)

Il y a un thread noyau pour chaque LWP Les threads utilisateur sont exécutés

sur les LWP disponibles Si un thread noyau bloque, ses LWPs et

ses threads usagers bloquent aussi Seulement les threads usager qui sont

associés à un LWP peuvent exécuter, les autres sont bloqués

Thread usager

LWP

Thread noyau

UCT

Revenons aux deux méthodes d’E/SRevenons aux deux méthodes d’E/S

La méthode (a) d’attente sur E/S est conceptuellement la plus simple

Nous pouvons travailler avec la méthode (a) si nous avons assez d’UCT, qui peuvent rester bloquées dans les E/S

Le SE peut créer un nombre arbitraire de LWP

Ch.5 22

Plutôt génial …Plutôt génial …

Par rapport aux LWP, nous utilisons ici la méthode d’E/S (a): Le LWP attend le complètement de l’E/S

Mais par rapport à l’UCT réelle, nous utilisons la méthode (b) Dans l’attente l’UCT est allouée à un autre LWP,

s’il y en a

Ch.5 23

Ch.5 24

Utilisation des LWPUtilisation des LWP

Quand un thread usager fait un appel au SE, p.ex. E/S, on crée un nouveau LWP pour s’occuper de cette opération le premier LWP peut continuer l’exécution du thread

Il y a besoin d’un LWP pour chaque thread qui peut devenir bloqué pour un appel de système un programme qui ne fait qu’exécuter sur l’UCT a

besoin d’un seul thread s ’il y a 5 demandes d’E/S en même temps, 5 LWP

nous permettent de les lancer (virtuellement) en même temps

s`il y a seul. 4 LWP, une des demandes d ’E/S doit attendre qu’un LWP devienne libre ou soit créé

Ch.5 25

Exécution des LWP: Exécution des LWP: flexibilitéflexibilité

Les threads de noyau qui implémentent les LWP exécutent sur les UCT qui deviennent disponibles

Si un thread noyau se bloque, son LWP se bloque aussi, mais un processus (tâche) peut en obtenir un autre, ou un

nouveau LWP peut être créé Si un LWP bloque, l’UCT qui l’exécute peut être affectée à un

autre thread

Ch.5 26

Structures de données: SolarisStructures de données: Solaris

Une tâche=processus Solaris peut être associée à plusieurs LWP

Un LWP contient un ensemble de registres, les vars locales etc.

PCB du proc

Données pour chaque LWP dans le proc principal

Ch.5 27

Dans les sessions exercices, vous verrez Dans les sessions exercices, vous verrez comment Java implémente les threads vous comment Java implémente les threads vous cachant tous ces mécanismes cachant tous ces mécanismes

Ch.5 28

Concepts importants du Chap. 5Concepts importants du Chap. 5

threads et processus: différence

threads de noyau et d’usager: relations

LWP: lightweight processes, processus légers

Implémentation utilisant UCT physiques

Ch.5 29

Quoi étudier dans le manuelQuoi étudier dans le manuel

En classe, nous avons vu seulement 5.1- 5.2 et 5.3.6

5.3.1 jusqu’à 5.3.5 sont utiles pour mieux comprendre mais pas matière d’examen

5.4 et 5.5 sont intéressants mais ils ne sont pas matière d’examen

Pendant les sessions exercices vous verrez 5.6 et suivants