Procesi

Question 1

1. Što su procesi i kako se modeliraju?

Answer 1

Procesi su programi u izvođenju, uključuju trenutna stanja računala, registara i varijabli.
Modeliranje funkcionira na način da svaki program ima vlastiti tijek upravljanja te se istovremeno na CPU izvodi samo jedan proces.

Question 2

2. Navedite uobičajene događaje (i primjere) koji dovode do stvaranja procesa, te
   objasnite razliku u stvaranju procesa u UNIXu/Linuxu i Windowsima.

Answer 2

1. Inicijalizacija sustava - kod boot-a stvaraju se prednji i pozadinski - daemons procesi.
   * Lista procesa: UNIX – ps, Windows – CTRL-ALT-DEL
2. Izvođenje sustavskog poziva za stvaranje procesa od strane pokrenutog procesa (postojeći proces izaziva sustavski poziv za stvaranje novog procesa)
3. Zahtjev korisnika za stvaranje novog procesa - više otvorenih prozora u WIndowsima
4. Iniciranje nakupine poslova (batch job) – korisnik postavlja poslove sustavu na izvođenje, a kada OS odluči da ima resursa za neki posao, kreira novi proces i pokreće sljedeći posao iz reda čekanja.

• Sustavski poziv: u UNIX-u, fork nakon kojega imamo dva procesa (roditelj i dijete) koji imaju jednaku sliku u memoriji, okolinu i otvorene datoteke. Dijete izvodi execve ili sličan poziv koji mijenja sliku u memoriji i pokreće novi program.
• Sustavski poziv: u Windows-ima CreateProcess obavlja kreiranje procesa i učitavanje odgovarajućeg programa u novi proces. Poziv ima 10 parametara
• U oba OS-a, nakon što je proces kreiran, i dijete i roditelj imaju vlastite odvojene adresne prostore

Question 3

3. Navedite uobičajene razloge (i primjere) i uvjete završetka procesa.

Answer 3

1. Normalni izlazak (svojevoljno), nakon obavljenog posla. Npr. kada prevoditelj prevede program, on izvodi sustavski poziv kojim OS-u govori da je gotov (exit ili ExitProcess), ali i da nešto treba ukloniti.

2.** Izlazak zbog pogreske** (svojevoljno), odnosno otkrivene pogreške. Npr. pokrenemo prevoditelj cc foo.c, a programa foo.c nema (Pop-Up prozor)

3. Fatalna pogreska (nije svojevoljno), često zbog pogreške u programu. Npr. izvođenje nepostojeće instrukcije, referenciranje nepostojeće adrese u memoriji, dijeljenje s 0.
4. Ubijanje od strane drugog procesa (nije svojevoljno), gdje proces izvodi sustavski poziv koji OS-u govori da ubije neki drugi proces. Ubojica mora biti ovlašten za ubijanje. U UNIX-u je to kill, a u Windows TerminateProcess.

Question 4

4. Ukratko objasnite hijerarhiju procesa i razliku između Windowsa i UNIXa

Answer 4

• UNIX: proces, njegova djeca i daljnji nasljednici čine skupinu procesa. Kada korisnik tipkovnicom pošalje signal, on se prosljeđuje svim članovima skupine pridruženima tipkovnici, a proces ga može uhvatiti, ignorirati ili poduzeti neku “default” akciju.

Posebni proces init nalazi se u boot-u. Kad se pokrene, gleda broj terminala, a onda stvara jednog ili više novih procesa po terminalu. Oni čekaju da se netko prijavi, što opet može razgranati stablo procesa.

• Windows: nema hijerarhije procesa – svi su procesi jednaki. Ipak, kreiranom procesu roditelj daje posebnu oznaku (token), zvanu rukovatelj (handle) koju koristi za nadzor djeteta. Dijete može oznaku dati drugom procesu.

Question 5

6. Navedite barem 10 parametara iz svih skupina parametara iz tablice procesa
   potrebnih pri implementiranju procesa.

Answer 5

Stack pointer,
Priority,
Registers,
Pointer to text segment,
Pointer to data segment,
Pointer to stack segment,
User ID,
Group ID,
Process ID

Question 6

7. Objasnite postupak razmjene procesa i stanje suspendiranosti procesa.

Answer 6

Razmjena procesa je premještanje dijela ili cijelog procesa iz glavne memorije na disk. Kada nijedan od procesa u glavnoj memoriji nije u stanju spremnosti, operacijski sustav premješta jedan od tih procesa na disk, a u glavnu memoriju učitava neki od spremnih procesa iz reda čekanja ili dozvoljava kreiranje novog procesa.

Proces je u suspendiranom stanju kada biva premješten na disk, a iz njega se može vratiti samo u stanje čekanja.

Question 7

8. Što su niti i kako se modeliraju?

Answer 7

Niti (dretve = threads) su dijelovi procesa koji se sastoje od:
- PC- pokazuje koja se instrukcija sljedeća izvodi
- registara - čuvaju trenutne vrijednosti varijabli
- stoga - sadrži povijest izvođenja
Sve niti dijele isti adresni prostor (time i globalne varijable, otvorene datoteke, childeove…) pa nisu neovisne.

Question 8

9. Navedite osnovne razlike između procesa i niti, te navedite parametre koji su
   nužni pri implementiranju niti.

Answer 8

Razlike procesa i niti: procesi imaju različite adresne prostore,dok niti dijele isti; procesi predstavljaju način
objedinjavanja resursa, a niti postoje kao entiteti koji se izvode na CPU.
Parametri za implementaciju niti: PC, registri, stog, stanje

Question 9

10.Navedite razloge korištenja niti i ukratko opišite jedan primjer korištenja niti, te
mogući način programskog ostvarenja višenitnosti.

Answer 9

Zašto niti? Zato što se u većini aplikacija više aktivnosti izvodi od jednom, pa povremeno mogu zablokirati.

Dekompozicijom aplikacije u višestruke slijedne niti koje se pokreću kvazi-paralelno, izvođenje je jednostavnije:
1. I procesi su omogućavali paralelizam, ali kod niti se radi o paralelnim entitetima koji dijele adresni prostor, a tako i sve pripadajuće podatke.
2. Niti nemaju pridružene resurse, pa ih je lakše kreirati i uništiti (oko 100x brže od procesa).
3. Performanse. Ukoliko rade samo na CPU, nema poboljšanja performansi, ali ako koriste CPU i U/I, te aktivnosti se
mogu preklopiti, a performanse poboljšati .
4. Niti su vrlo pogodne na višestrukim procesorima gdje je moguć i pravi paralelizam.

Primjer: Web poslužitelj (na zahtjev za stranicom, odgovara se njenim slanjem klijentu)
Neke stranice češće se dohvaćaju od ostalih. Njih poslužitelj smješta u glavnu memoriju, kako ne bi pristupao HDD-u. Taj sadržaj naziva se web cache. Dispečerska nit čita dolazne zahtjeve i bira slobodnu (blokiranu) radnu nit, te joj prosljeđuje zahtjev – tako je budi iz stanja blokirana u stanje pripravna. Tada radna nit provjerava je li traženi sadržaj u web cache-u. Ako nije, pokreće čitanje s diska, a druga radna nit prihvaća novi zahtjev.

Question 10

11.Objasnite razliku između niti na korisničkoj razini te niti na razini jezgre.

Answer 10

Korisnička razina- jezgra ne zna ništa o tome i rukuje s njima kao s jednonitnim procesima pa se mogu implementirati
i u OS koji ne podržava niti
Razina jezgre- zna za niti i rukuje s njima

Question 11

12.Što su Pthreads i kojim pozivima se njima upravlja.

Answer 11

POSIX threads, dozvoljavaju programu da kontrolira više različitih tokova rada koji se odvijaju u isto vrijeme
->Pthread_create, Pthread_exit, …_join, …_yield, …_attr_init, …_attr_destroy

Question 12

13.Što je kritični odsječak i zašto je potreban? Objasnite po potrebi i slikom.

Answer 12

Dio programa u kojem proces pristupa dijeljenoj memoriji. Zabranjuje da više od jednog procesa čitaju ili pišu iz ili u dijeljeni prostor podataka u isto vrijeme - osigurati međusobno isključivanje (mutual exclusion).

Question 13

14.Navedite četiri uvjeta koji omogućuju međusobno isključivanje.

Answer 13

1. Dva procesa istovremeno ne mogu biti u kritičnom odsječku
2. Ne rade se pretpostavke o brzinama i broju procesora
3. Proces pokrenut izvan kritičnog odsječka ne može blokirati drugi proces
4. Proces ne mora beskonačno čekati do ulaska u svoj kritični odsječak

Question 14

15.Opišite razlike između poznatih problema kontrole istovremenosti u višenitnim
aplikacijama: međusobnog isključivanja, zastoja i gladovanja.

Question 15

16.Navedite zahtjeve za komuniciranjem među procesima, te zahtjeve za komuniciranjem među nitima

Answer 15

Zahtjevi među procesima:
1. Prosljeđivanje informacije jednog procesa drugom procesu
2. Sprječavanje da procesi jedan drugom ulaze u kritične odsječke
3. Omogućavanje redoslijeda izvođenja koji poštuje međusobnu zavisnost među procesima

Zahtjevi među nitima:
1. primjenjiv za niti i to još lakše za niti u istom adresnom prostoru, a pod nadzorom procesa za niti u različitim
adresnim prostorima
2. jednako primjenjivo i za niti

Question 16

17.Navedite postupke koji postižu međusobno isključivanje čekanjem, te ukratko opišite barem jedan od njih.

Answer 16

Postupci koji omogućuju isključivanje čekanjem:
1. Zabrana prekida
2. Varijable ključanja - proces pri ulasku u K.O. postavlja LOCK (dijeljena varijabla) iz 0 u 1; samo kad je 0 može ući
3. Strogo izmjenjivanje
4. Petersonovo rješenje
5. TSL instrukcija (test and set lock)

Question 17

19.Ukratko objasnite sljedeće pojmove i način njihovog međusobnog korištenja: semafor, muteks, futeks, monitor.

Answer 17

• SEMAFORI - rješavaju problem istovremenog spavanja i proizvođača i potrošača uvođenjem varijable koja pamti broj
  buđenja-semafor. Metoda se sastoji od dvije operacije up i down(kao wakeup i sleep), koje proces može izvesti tek
  nakon provjere semafora - ako oba procesa spavaju i ne mogu završiti down, jedan od njih se budi da je završi
• MUTEKS - pojednostavljeni semafor, dobar samo za upravljanje isključivanjem na dijeljenom resursu; ima samo 2
  stanja: 0 - otključano i 1-zaključano; za ulazak se poziva mutex_lock, a za izlazak mutex_unlock
• MONITOR - skup procedura, varijabli i struktura grupiranih u paket ili modul; predstavlja sinkronizacijski mehanizam;
  samo 1 proces može biti u monitoru, ako drugi hoće ući procedura prvo ispituje ima li koji proces unutra

Question 18

20.Ukratko objasnite postupak izmjene poruka i na tome zasnovano rješenje
problema proizvođač-potrošač.

Answer 18

IZMJENA PORUKA - koriste se sustavski pozivi send (destination, &message) i recieve (source, &message)
Sve poruke su jednako duge, OS sprema poslane poruke kojesu poslane, a ne mogu biti primljene (ima ih N).
Potrošač šalje proizvođaču N praznih poruka, a on ako nešto ima šalje natrag punu poruku. Svaki proces ima jedinstvenu
adresu na koju je svaka poruka adresirana. Koristi se u paralelnim sustavima.

Question 19

21.Ukratko objasnite i skicirajte način rada i ulogu barijera.

Answer 19

Neke aplikacije podijeljene su u faze, pri čemu proces ne može ići u
sljedeću fazu (blokira se), dok svi procesi ne budu spremni za ulazak u tu fazu. Zato se iza svake faze stavlja barijera
(poziv barrier). Proces pristupa barijeri, od svih procesa, jedan blokira barijeru, posljednji proces dolazi, svi prolaze.

Question 20

22.Objasnite pojam i razloge raspoređivanja, te navedite podjelu, vrste i ciljeve
algoritama raspoređivanja.

Answer 20

RASPOREĐIVANJE - postupak izrade rasporeda, zbog pseudoparalelnog izvođenja
- Kada raspoređivati:
1. kada se kreira novi proces, odlučiti pokreće li se child ili parent;
2. na kraju jednog izabrati slijedeći proces;
3. kada proces blokira na U/I,drugi se mora pokrenuti;
4. kada dođe do U/I prekida, proces koji je blokirao na U/I pokreće se
- Podjela algoritama s obzirom na obradu prekida sata:
- neprekidni (proces se izvodi do blokiranja ili čekanja)
- prekidni (proces se pokrene i izvodi neko fiksno vrijeme, a onda se pokreće drugi).
- Vrste algoritama raspoređivanja:
- batch (ne čekaju korisnici nestrpljivo, malo prekida ili uopće ne – OK)
- interaktivni (prekidanje, jer su procesi hitni korisniku, u protivnom crash)
- za rad u stvarnom vremenu (u prvom redu se pokreće proces bitan za dovršetak određene aplikacije,
prekidanje da, ali ne nužno)
- Ciljevi: - SVI SUSTAVI - fair share of CPU, poštivanje pravila, svi dijelovi sustava zaposleni
- BATCH SUSTAVI - maksimizirati broj poslova po satu, minimizirati vremena između poslova, držati CPU jedinicu
stalno zaposlenu
- INTERAKTIVNI SUSTAVI—-brzo reagiranje na zahtjev, proporcionalno udovoljiti svim korisnicima
- REALTIME SUSTAVI—poštivati zadane rokove, predvidljivost

Question 21

23.Naučite za zadani skup zadataka po jedan primjer raspoređivanja koristeći:
FCFS, SJF i SRTN algoritam.

Answer 21

FCFS (First-Come First-Served) - jednostavan, neprekidan, jedan red, kratki poslovi čekaju vrlo duge
SJF (Shortest Job First) - neprekidan, po SJF pojedinačna i prosječna vremena završetka poslova su bolja
- optimalan samo ako su poslovi istovremeno pripravni
SRTN (Shortest Remaining Time Next) - prekidan, statičan, dolazak kraćeg procesa izaziva prekid

Question 22

24.Objasnite što je trorazinsko raspoređivanje.

Question 23

25.Naučite za zadani skup zadataka po jedan primjer raspoređivanja koriteći: Round
Robin, raspoređivanje na više razina, višestruke redove, Shortest Process Next,
Guranteed Scheduling i Fair-Share Scheduling.

Question 24

26.Napišite izraz i ukratko objasnite uvjet rasporedivosti u sustavima stvarnog
vremena.

Question 25

27.Navedite i opišite osnovne grupe procesa u operacijskom sustavu.

Answer 25

Dvije osnovne grupe operacijskih sustava:
- jednokorisnički (desktop) – DOS, Windows 3.x/95/98/Me/XP, Linux, MAC OS,…
- višekorisnički (network) - UNIX, Windows Server NT/2000/2003, Nowell Netware, Mainframe NOSs (Digital Equipment
VMS, Hewlett-Packard MPE, IBM MVS,…)
Jednokorisnički operacijski sustavi sve više poprimaju obilježja mrežnih operacijskih sustava, podjela prema ulogama
računala: - poslužitelji: datotečni, aplikacijski, database, mail, web…
- desktop računala: multimedija, CAD radne stanice, uredska računala, računala za igru…
- embedded uređaji: mp3 playeri, uređaji posebne namjene, …
- real-time računala: upravljanje RT procesima – CNC strojevi za obradu materijala, …
Sve verzije modernih mrežnih operacijskih sustava podržavaju
- višekorisnički rad
- višezadaćnost
- raspodijeljeno procesiranje
- visok stupanj sigurnosti