Comprendre la gestion de plusieurs processus

Lorsqu’un programme est lancé, le processeur crée ce qu’on appelle un processus.

Le système d’exploitation (OS) gère l'allocation du processeur entre les différents processus grâce à un ordonnanceur qui choisit l’ordre d’exécution des différents processus. On dit que l’OS est multitâche.

On a donc l’impression que l’OS gère simultanément différents programmes alors qu’en fait il gère l’allocation du processeur entre les différents programmes.

Pour observer les processus qui s’exécutent sous l’OS Windows, il faut taper Ctrl+Alt+Suppr, puis choisir « Gestionnaire des tâches », et l’onglet « Services » : on obtient alors l’ensemble des processus gérés par l’OS.

Visualisation de l’ensemble
des processus qui s’exécutent

On constate que chaque processus est associé à un unique PID (identifiant unique du processus), à un statut (l’état du processus) et à un nom d’utilisateur (la personne qui a démarré le processus).

Pour observer les processus qui s’exécutent sous l’OS Linux, il faut taper dans le terminal la commande ps -uax.

On obtient alors l’affichage suivant, qui nous indique l’ensemble des processus gérés par l’OS.

Visualisation de l’ensemble
des processus qui s’exécutent

Chaque processus est identifié par un PID, un %CPU (allocation du processeur), %MEM (la mémoire allouée), etc.

Pour observer les processus qui s’exécutent sous l’OS Mac, il faut aller dans « Applications/Utilitaires/ » puis utiliser le « moniteur d’activité ».

On obtient alors le même type d’affichage que pour les autres OS.

Visualisation de l’ensemble
des processus qui s’exécutent

Un processus est caractérisé par :

• les ressources utilisées : allocation du processeur (%CPU), mémoire réservée (%mem), temps d'exécution, etc. ;
• un état qui est géré par l’OS via l’ordonnanceur (nouveau, prêt ou éligible, élu, bloqué et terminé).

Cela constitue le bloc de contrôle de processus (Process control block en anglais, en abrégé PCB).

Un PCB contient notamment les informations suivantes.

• Le PID est l'identifiant unique du processus qui lui est attribué lors de son démarrage, afin de pouvoir l’identifier dans la plupart des commandes.
• Les valeurs des registres lors de la dernière interruption, qui indiquent l’état des processus juste avant l’interruption.
• Rappel
  Un registre est un petit emplacement de mémoire interne très rapide d’accès (1 nanoseconde environ), qui permet de stocker temporairement des données.
  Leur taille est restreinte : 8, 16 ou 32 bits.
• Une zone mémoire allouée par le processeur pour sauvegarder les valeurs des registres.
• Les ressources utilisées pour pouvoir réutiliser les mêmes. Si par exemple un processus utilise un traitement de texte, il doit pouvoir réutiliser le traitement de texte lorsqu’il est relancé.
• L’état du processus.

Les processus ne peuvent pas être continuellement actifs car ils doivent se partager le processeur. Ils passent donc par les différents états suivants.

• Nouveau : processus en création avec initialisation du PCB.
• Prêt ou Éligible : le processus sera peut-être le prochain à être choisi par l’ordonnanceur.
• Élu : le processus est en train d’être exécuté.
• Bloqué : le processus a été arrêté par l’ordonnanceur car il attend une action externe.
• Terminé : le processus est fini, l’OS désalloue toutes les ressources.

Lorsqu’un processus est élu, il peut lancer différentes suites d’instructions, on appelle cela des tâches (ou threads en anglais). Ces tâches se partageront donc le même espace mémoire.

Un ordonnanceur peut agir avec un algorithme avec réquisition, ou avec un algorithme sans réquisition.

Un ordonnanceur agit généralement avec un algorithme avec réquisition.

Lorsque l’ordonnanceur agit avec un algorithme sans réquisition (en abrégé ASR), il faut attendre qu’un processus s’achève pour qu’il relâche tout seul la ressource. Il faut donc attendre la fin d’un processus pour pouvoir en lancer un autre.

Lorsqu’un ordonnanceur agit avec un algorithme avec réquisition (en abrégé AAR), il fonctionne de la manière suivante.

Une fois qu’un processus est élu, ce processus s’arrête si :

• il a dépassé son temps d’utilisation du processeur (la tranche d'exécution) : il repasse en état « Prêt » en attendant d’être réélu ;
• il est fini : il passe en état « Terminé » ;
• il est en attente d’un évènement ou d’une action extérieure : il passe en état « Bloqué » en attendant ;
• un processus, jugé plus important par l’OS, doit s'exécuter : il repasse en état « Prêt » en attendant d’être réélu.

Le visuel ci-dessous résume les différents états par lesquels un processus peut passer.

Différents états possibles d’un processus

L’ordonnanceur qui agit avec un algorithme avec réquisition doit essayer de respecter :

• un temps d'exécution équivalent pour chaque processus en dehors des cas d’urgence ;
• une utilisation maximale du processeur ;
• un temps d’attente raisonnable pour chaque processus.

On utilise généralement le principe du tourniquet (round-robin en anglais), qui est un algorithme d’ordonnancement courant dans les systèmes d’exploitation. Le principe du tourniquet permet d’attribuer un ordre de passage, avec une note qui augmente ou baisse en fonction de l’ordre de passage et de l’urgence.