Procesos

Sistemas Operativos 2
Procesos
➢
Índice
➢
➢
Introducción de procesos en MINIX
➢
Estructura interna
➢
Gestión de procesos
➢
Comunicación entre procesos
➢
Planificación de procesos
Implementación de procesos en MINIX
➢
Instalación y utilización
➢
Organización del código en MINIX
➢
Compilación
➢
C (Curiosidades y uso específico en MINIX)
➢
Arranque de MINIX (ejemplo en PC-Intel)
➢
Inicialización del sistema
➢
Manejo de interrupciones
➢
Índice (cont)
➢
Implementación de procesos en MINIX (cont)
➢
Comunicación entre procesos
➢
Planificación en MINIX 3
➢
Tarea del sistema
➢
Tarea de reloj
➢
Ficheros de encabezamiento
➢
Comunes
➢
MINIX
➢
Estructuras de procesos
Procesos en MINIX
Introducción
¿Cuáles son los servicios más
importantes que suministra el núcleo
de MINIX?
1- Abstracción frente a interrupciones.
2- Procesos.
3- Mensajes entre procesos.
Procesos en MINIX
Introducción
Estructura interna
Kernel: Planificación de procesos, comunicación entre procesos, operaciones
con puertos de E/S, interrupciones.
Tarea de reloj: Suministra servicios de temporización.
Tarea del sistema: Suministra llamadas al núcleo (kernel), solo para drivers y
servidores.
Drivers: Suministran servicios relacionados con algún dispositivo periférico.
Procesos en MINIX
Introducción
Estructura interna
Manejador de procesos: Suministra llamadas al sistema relacionadas con la
ejecución de procesos y señales.
Sistema de ficheros: Suministra llamadas al sistema relacionadas con ficheros.
Servidor de información: Suministra servicios para depuración y obtención del
estado del sistema.
Servidor de reencarnación: Arranca (y rearranca si es necesario) drivers que
no se cargan al mismo tiempo que el núcleo.
Procesos en MINIX
Introducción
Estructura interna
Gestión de recursos
Máquina extendida
Procesos en MINIX
Introducción
Arranque general
Gestión de procesos
Arranque PC-IBM-Intel
Arranque firmware
Arranque dir FFFF0
Lectura cargador
del SO
Localización del dispositivo
de arranque
Cargar SO
(Determinación de la
partición activa)
Ejecutar SO
Lectura del sector de
arranque en dir 7C00
Ejecución del sector de
arranque (cargador)
Cargar SO
Ejecutar SO
Procesos en MINIX
Introducción
Arranque MINIX
Gestión de procesos
Procesos en MINIX
Introducción
Gestión de procesos
Inicialización del árbol de procesos
Tarea de reloj
Manejador
de procesos
Otros drivers
Espacio del núcleo
Tarea del sistema
Servidor de
reencarnación
Init
PID = 1
service
floppy
getty
cmos
is
Espacio
de
usuario
Procesos en MINIX
Introducción
Comunicación entre procesos
Rendezvous. No hay almacenamiento intermedio
(salvo para notify)
send( dest, &message );
receive( source, &message );
sendrec( src_dest, &message );
notify( dest );
Procesos en MINIX
Introducción
Planificación
Las interrupciones son los eventos que dinamizan los sistemas operativos
multitarea.
Las operaciones de envío de mensajes, entre otras, se realizan por medio de
interrupciones activadas por el SW (traps).
Las interrupciones de reloj se utilizan para controlar el tiempo de ejecución
de los procesos que no se bloquean por solicitar operaciones de E/S.
En MINIX se mantienen 16 colas de procesos de distinta prioridad cada una.
Las prioridades en un principio respetan la siguiente desigualdad.
IDLE < procesos de usuario < servidores < drivers < tareas
El sistema (o, con limitaciones, un usuario) puede mover un proceso a una
cola con distinta prioridad.
Procesos en MINIX
Introducción
Planificación
El quantum es otro parámetro que permite privilegiar a algunos procesos.
Los procesos de usuario tienen un quantum relativamente pequeño.
Los servidores y drivers suelen ejecutarse hasta que se bloquean de nuevo.
Procesos en MINIX
Implementación
Instalación y utilización
Recomendación: Utilizar el simulador de PC qemu.
En debian instalar “qemu” y “qemu-launcher”.
Crear una imagen de disco duro.
Procesos en MINIX
Implementación
Teclado español.
Instalación y utilización
Procesos en MINIX
Implementación
Instalación y utilización
Arrancar el simulador haciendo que el PC virtual arranque de CD-ROM.
Procesos en MINIX
Implementación
Instalación y utilización
Procesos en MINIX
Implementación
Instalación y utilización
Procesos en MINIX
Implementación
Instalación y utilización
Procesos en MINIX
Implementación
Instalación y utilización
Procesos en MINIX
Implementación
Instalación y utilización
Procesos en MINIX
Implementación
Instalación y utilización
Procesos en MINIX
Implementación
Organización del código en MINIX
Organización para IBM-PC compatible con procesador Intel 386 o posterior
(palabras de 32 bits).
Ubicaciones
Código fuente: /usr/src (src/ en adelante).
Ficheros de encabezamiento: /usr/src/include
(include/ en adelante).
En cada directorio del árbol de ficheros fuentes hay un fichero Makefile.
El directorio src/ puede ser relocalizado ya que Makefile utiliza caminos de
referencia locales.
Los ficheros de encabezamiento son un caso especial.
ATENCIÓN AL MODIFICAR LOS FICHEROS DE ENCABEZAMIENTO
Cada fichero Makefile espera encontrar los encabezamientos en
/usr/include. Sin embargo, src/tools/Makefile espera los encabezamientos
en /usr/src/include (borra /usr/include y lo rellena con /usr/src/include).
Procesos en MINIX
Implementación
Organización del código en MINIX
Subdirectorios adicionales
include/
sys/
minix/
ibm/
Encabezamientos
Posix adicionales
Encabezamientos
de MINIX3
Definiciones específicas
para el IBM-PC
Procesos en MINIX
Implementación
Organización del código en MINIX
Subdirectorios adicionales
src/
kernel/
drivers/
servers/
lib/
tools/
boot/
Nivel 1
Nivel 2
Nivel 3
Procedimientos
de biblioteca
Scripts para
compilar MINIX3
Instalación y
arranque de
MINIX3
Hay otros directorios (src/test/, src/commands,...)
Habrá que explorar....
Procesos en MINIX
Implementación
Compilar y ejecutar MINIX 3
Si ejecutamos “make” dentro del directorio scr/tools aparecen todas las
opciones disponibles para compilar MINIX 3.
“make install” es una opción habitual para compilar e instalar MINIX 3 (la
primera vez tarda un poco)
Procesos en MINIX
Implementación
Compilar y ejecutar MINIX 3
1. Copia src/include en /usr/include.
2. Genera ficheros objetos de src/kernel y algunos subdirectorios de
src/drivers y src/server.
3. Todos los ficheros objetos de src/kernel se montan juntos para generar un
único ejecutable “kernel”.
4. Todos los ficheros objetos de src/servers/pm se montan juntos para
generar “pm”.
5. Todos los ficheros objetos de src/servers/fs se montan juntos para
generar “fs”.
6. Otros programas que pertenecen a la imagen de arranque (“boot”) son
compilados y montados en sus subdirectorios (rs, init, en src/servers,
memory/, log/ tty/ en src/drivers).
7. El componente designado “driver” en la imagen de arranque puede ser
cualquiera de los manejadores de disco (habitualmente disco duro).
8. Para instalar todo puede llamarse a installboot, en src/boot
(supuestamente los hace make install), el cual concatena todo en un fichero
ejecutable que puede ser copiado en el directorio /boot o en /boot/image.
Posteriormente un programa cargador puede ubicarlo en memoria y darle
control.
Procesos en MINIX
Implementación
Compilar y ejecutar MINIX 3
La siguiente vez que se arranque MINIX hay que seleccionar:
Start Custom MINIX 3 (o no teclear nada ya que es la opción por defecto)
Procesos en MINIX
Implementación
Compilar y ejecutar MINIX 3
Organización de la memoria
Procesos en MINIX
Implementación
C (curiosidades y uso específico en MINIX)
include/ansi.h determina si el compilador utilizado cumple los
requerimientos de C standard. Define la macro _PROTOTYPE para
compiladores ANSI y K&R. Si el compilador es ANSI, los prototipos de
funciones se especifican indicando el tipo de retorno y de los parámetros.
En MINIX se definen muchos tipos de datos (ej. include/sys/types.h), pero el
compilador funciona correctamente si sustituimos los mismos por los tipos
subyacentes. El objetivo es únicamente hacer el código más legible (...poco
más se le puede pedir al lenguaje C)
Todos los tipos declarados acaban en _t y hay dos versiones, una para el
compilador ansi que empieza por minúscula (ej. dev_t) y otra para el
compilador K&R que empieza por mayúscula (ej. Dev_t) y que siempre es de
tipo entero (...sin comentarios)
Es necesario destacar que en const.h (y en otros ficheros) se utiliza la
macro EXTERN, la cual es expandida como extern. Ello permite utilizar
variables globales sin caer en múltiples redefiniciones de las mismas. En el
fichero table.c de cada componente (kernel, servidores, etc.) se provoca la
redefinición de la macro EXTERN como string vacío (al definir _TABLE), de
forma que exista una única definición para cada variable global,
generalmente ubicada en el fichero glo.h.
Procesos en MINIX
Implementación
C (curiosidades y uso específico en MINIX)
En C, cualquier variable o procedimiento es accesibles fuera del fichero
fuente en el que se declara, salvo que se marque como static.
Para ganar claridad se define PRIVATE como sinónimo de static y PUBLIC
como string nulo.
Ejemplos.
PUBLIC void lock_dequeue(rp)
Esta declaración implica que lock_dequeue puede ser invocado desde fuera
del fichero fuente en el que se declara, desde cualquier fichero fuente
enlazado en el mismo ejecutable binario.
PRIVATE void dequeue(rp)
Esta función solo puede ser invocada desde dentro del mismo fichero fuente
en que se declara.
Procesos en MINIX
Implementación
Arranque de MINIX
Algunos aspectos de interés del procesador
Procesos en MINIX
Implementación
Arranque de MINIX
Configuraciones habituales de disco en relación con el arranque del
sistema (no se contempla el caso de subparticiones).
Procesos en MINIX
Implementación
Arranque de MINIX
El programa de arranque boot (ubicado en /boot/boot) es un monitor que
carga y arranca el sistema operativo.
MINIX reserva 1024 bytes como bloque de arranque, pero solamente se
cargan los primeros 512 bytes al arrancar. Los otros 512 bytes se utilizan
para almacenar información de interés para el proceso de inicialización.
Boot busca el nombre especificado en el parámetro image= xxxx. que por
defecto es /boot/image. Si image es un fichero se carga en memoria, si es
un directorio se carga el fichero más nuevo dentro de él. Cuando el sistema
operativo termina devuelve el control al monitor (boot) en el caso de
MINIX3.
La imagen de MINIX es la concatenación de varios ficheros ejecutables
(núcleo, manejador de procesos, sistema de ficheros, servidor de
reencarnación, manejadores de dispositivos y por último init).
Procesos en MINIX
Implementación
Arranque de MINIX
Una vez cargado el sistema operativo en memoria se realizan algunas
actividades preparatorias:
“Boot” al cargar la imagen lee de ella algunos bytes de información que
le indica algunas de sus propiedades.
● Se averigua información adicional para pasarla al núcleo. Información de
los componentes de MINIX en la imagen es colocada en un vector en la
memoria del cargador (boot) y la dirección base de dicho vector se
suministra al kernel.
● Se suministra al núcleo también la dirección del monitor (boot) a la que
debe volverse al terminar de ejecutarse el sistema operativo.
●
La información comunicada al núcleo se transfiere por medio de la pila.
Procesos en MINIX
Implementación
Cargador
(bootstrap)
Inicialización de MINIX
mpx386.s
(etiqueta
MINIX)
El cargador ha introducido en la pila
datos necesarios y de interés para el
núcleo.
mpx386 prepara el marco de pila para
poder llamar a cstart (start.c).
Inicializa GDT e IDT y copia los
parámetros de la pila (pasados por el
cargador) a memoria del núcleo.
csart
mpx386.s
Hace efectivas GDT e IDT con lgdt y lidt.
mpx386.s salta (jmp) a main.
main (main.c)
Procesos en MINIX
Implementación
Inicialización de MINIX
main fundamentalmente inicializa la tabla de procesos
1- Inicializa como libres todos los elementos de la tabla de
procesos y elimina los privilegios de la tabla de privilegios.
2- Inicializan los elementos correspondientes a los procesos
cargados en la imagen de arranque.
main
3- Inicializa el puntero de pila de las tareas (salvo para el
núcleo, denominado en ocasiones como HARDWARE).
4- Se actualizan los mapas de memoria (segmento de texto
y datos) de los procesos a partir de la información que leyó
el monitor de MINIX al arrancar en su memoria.
5- Se actualiza el contador de programa y el registro de
estado de los procesos.
6- Se introducen en sus correspondientes colas de prioridad
a los procesos.
Procesos en MINIX
Implementación
Inicialización de MINIX
Listos
7- announce
8- restart
(planificamos un proceso)
Procesos en MINIX
Implementación
Manejo de interrupciones
gatedesc_s idt[IDT_SIZE]
(protec.c)
La tabla IDT es inicializada por prot_init (en protect.c) invocado por start.c
Procesos en MINIX
Implementación
Manejo de interrupciones
Macro genérica para el manejo de interrupciones (para el 8259 maestro). Se
encuentra en mpx386.s
intr_handle: manejador de interrupción genérico (kernel/i8259.c).
irq_actids es distinto de cero si el manejador no ha terminado el tratamiento.
Debe enmascararse la interrupción para evitar una reentrada de la misma.
La instrucción “ret” realmente nos lleva a _restart, como veremos
seguidamente.
Procesos en MINIX
Implementación
irq_hook_t
Manejo de interrupciones
(kernel/type.h)
irq_handlers[NR_IRQ_HOOKS]
(kernel/glo.h)
next handler irq
id
proc_nr_e
notify_id
policy
next handler irq
id
proc_nr_e
notify_id
policy
next handler irq
id
proc_nr_e
notify_id
policy
next handler irq
id
proc_nr_e
notify_id
policy
next handler irq
id
proc_nr_e
notify_id
policy
next handler irq
id
proc_nr_e
notify_id
policy
next handler irq
id
proc_nr_e
next handler irq
NULL
id
notify_id
proc_nr_e
policy
notify_id
policy
Procesos en MINIX
Implementación
Manejo de interrupciones
intr_handle ejecuta todos los manejadores de los dispositivos encadenados
a la misma IRQ. Para cada manejador ejecutado se verifica si ha terminado
sus operaciones, en cuyo caso se borra el correspondiente bit de actividad.
Nota. El manejador de interrupción de reloj es el único incorporado en el
código del núcleo.
Procesos en MINIX
Implementación
Manejo de interrupciones
save llamada desde los manejadores de interrupciones cambia la pila de usuario
por una pila del núcleo.
En un principio no se admiten interrupciones por lo que no debería saltarse a
set_restart1
“Save” retorna a la dirección almacenada antes de ser invocado (atención al
cambio de pila) por medio de una instrucción jmp.
“Save” introduce en
la pila la dirección de
_restart para que al
retornar de una
interrupción (hwint) se
active el proceso que
corresponda (cambio de
contexto).
Procesos en MINIX
Implementación
Manejo de interrupciones
Si la interrupción es software:
1- No se instala el tratamiento genérico hwintxx. (ver inicialización en
protect.c)
2- Para la interrupción SYS386_VECTOR se instala _s_call (mpx386.s)
como tratamiento.
3- _s_call llama a sys_call (proc.c).
4- Cuando sys_call termina y el control vuelve a _s_call, no se ejecutar
“ret” sino que el flujo de ejecución continua por _restart, produciéndose
un cambio de contexto (al igual que ocurre con las interrupciones
hardware).
Procesos en MINIX
Implementación
Manejo de interrupciones
Aspectos más importantes de la rutina _restart
(mpx386.s):
IF _next_ptr apunta a un descriptor de proceso distinto de 0 THEN
Se planifica al proceso indicado por _next_ptr
ELSE
Se planifica al proceso señalado por _proc_ptr
END IF
Procesos en MINIX
Implementación
Manejo de interrupciones
Procesos en MINIX
Implementación
Manejo de interrupciones
Situaciones que pueden desembocar en la llamada a restart
Procesos en MINIX
Implementación
Planificación en MINIX 3
Hay 15 colas de distinta prioridad. Un proceso está en una cola si se
encuentra listo para ejecutar.
Dentro de cada cola se aplica turno circular.
Un procesos se ejecuta hasta que termina su quantum, se bloquea o
finaliza.
Procesos en MINIX
Implementación
Planificación en MINIX 3
* proc.h contiene la definición de la tabla de procesos (del núcleo). Cada entrada en
la tabla de procesos respeta la estructura struc proc. Dicha estructura contiene,
entre otros, los siguientes elementos:
Registros del procesador (stackframe_s)
● Selector y descriptores de segmentos (código, datos y remotos).
● Privilegios (posibles fuentes y destinos de mensajes, llamadas al sistema permitidas,
interrupciones pendientes, señales pendientes, temporizador para la señal de alarma, mapa
de memoria remota, puertos de entrada salida permitidos, etc. La mayoría de estos campos
tienen sentido para tareas y no para procesos de usuario. En este último caso se gestionan
en el PM). Información detallada se encuentra en priv.h.
● Flags (p_rts_flags). Indican porque el proceso no puede ejecutarse.
● Prioridad actual y máxima.
● Número de tics para acabar el “quantum”.
● Número de tics por “quantum”.
● Tiempo invertido en ejecución de código del proceso y tiempo invertido en ejecución del
sistema.
● Puntero al siguiente proceso listo para ejecutar.
● Cabecera de la lista de procesos que quieren enviar un mensaje a este proceso.
● Enlace al siguiente proceso que quiere enviar un mensaje.
● Puntero al “buffer” para mensajes.
● De quién quiere recibir un mensaje el proceso.
● A quién quiere enviar un mensaje el proceso.
● Mapa de bits para señales pendientes (el PM no espera recibir un mensaje)
● Nombre del proceso.
●
Procesos en MINIX
Implementación
Planificación en MINIX 3
Para introducir o extraer procesos de una cola de procesos existen las
funciones enqueue y dequeue (kernel/proc.c), utilizadas por ejemplo en
mini_send, mini_receive y mini_notify.
Enqueue:
1- Tiene como parámetro un puntero a una entrada en la tabla de procesos.
2- Determina donde insertar el proceso llamando a sched, el cual devuelve
la cola en la que debe introducirse y si debe hacerlo por el principio o el
final.
3- Introduce el proceso en el lugar indicado.
4- Se llama a pick_proc para planificar a un proceso.
Dequeue:
1- Tiene como parámetro un puntero a una entrada en la tabla de procesos.
2- Busca y elimina el proceso indicado de la tabla de procesos.
3- Si el proceso eliminado era el que estaba ejecutándose se llama a
pick_proc para seleccionar a otro proceso.
Procesos en MINIX
Implementación
Planificación en MINIX 3
Sched verifica en primer lugar si el proceso suministrado como parámetro
ha consumido su quantum. De ser así le baja la prioridad salvo que sea la
mínima.
Si el proceso no ha consumido su quantum se le introduce al principio de la
cola de prioridad marcada por la prioridad actual del proceso.
Pick_proc únicamente busca el proceso listo al principio de la cola de
mayor prioridad. Si no hay ninguno IDLE siempre está listo. Ello al final
actualiza next_ptr que es utilizado por restart.
El manejador de interrupción de reloj, clock_handler (clock.c), actualiza
prev_ptr con proc_ptr si el proceso actual ha consumido su quantum,
avisando a la tarea de reloj (lock_notify), activándose por ello do_clocktick.
Si el proceso actual es expulsable y ha consumido su quantum de tiempo,
do_clocktick lo reubica en las colas de procesos activos llamando a
dequeue y seguidamente a enqueue.
Procesos en MINIX
Implementación
Planificación en MINIX 3
AHORA ES UN BUEN MOMENTO PARA VER EL CÓDIGO
FUENTE DE:
proc.c
enqueue
dequeue
sched
pick_proc
clock.c
clock_handler
clock_task
do_clocktick
Procesos en MINIX
Implementación
Comunicación entre procesos
El código de alto nivel para el envío de mensajes está en kernel/proc.c.
El núcleo debe convertir en mensajes las interrupciones hardware (avisos de
dispositivos) y software (llamadas al sistema).
Como ya hemos visto _s_call (mpx386.s) llama a sys_call (proc.c) que en
definitiva convierte una interrupción software en un mensaje.
SEND
BLOQUEADO POR ENVIAR A
RECEIVE
TRANSFERENCIA
LISTO
LISTO
Procesos en MINIX
Implementación
Comunicación entre procesos
RECEIVE
BLOQUEADO POR RECIBIR DE
SEND
TRANSFERENCIA
LISTO
LISTO
Las funciones mini_send, mini_rec y mini_notify realizan la mayor parte
del trabajo en la comunicación por medio de mensajes.
Procesos en MINIX
Implementación
Comunicación entre procesos
Sys_call (proc.c)
1- Realiza diferentes comprobaciones.
2- Elabora el mensaje (mini-send o mini-receive o mini-notify o ECHO).
Mini-send (proc.c)
IF proceso destino está esperando este mensaje THEN
Copiar el mensaje al “buffer” del destino
Desbloquear al destino (enqueue)
ELSE IF destino no bloqueado o no esperando a origen THEN
Bloquear al proceso origen (dequeue)
Encolar al proceso origen en la cola de procesos esperando enviar al
destino (en descriptor de proceso destino)
END IF
Procesos en MINIX
Implementación
Comunicación entre procesos
Mini_receive (proc.c)
IF hay un mensaje del proceso origen THEN
Adquirir el mensaje
Desbloquear al proceso origen
ELSE
Bloquear al proceso destino
END IF
Mini-notify (proc.c)
Muy similar a mini_send. La mayor diferencia es que el origen no se bloquea.
lock_notify, lock_send, lock_enqueue, lock_dequeue hacen prácticamente lo
mismo que los servicios correspondientes pero con la garantía de que las
interrupciones hardware están inhibidas.
Procesos en MINIX
Tarea del sistema
La tarea del sistema tiene su procedimiento principal en kernel/system.c
(sys_task)
Los procedimientos específicos de cada tipo de solicitud están en
kernel/system.
La tarea del sistema dispone de un vector de punteros a función
(call_vec) que le permite seleccionar el código a ejecutar para cada
mensaje de solicitud de servicio.
Call_vec se inicializa en initialize por medio de la macro map
kernel/system.c contiene varias funciones de uso en en las llamadas al
núcleo o en otras partes del mismo.
Procesos en MINIX
Tarea del sistema
Procesos en MINIX
Tarea de reloj
El hardware de un reloj suele estar constituido por un contador
frecuentemente asociado a algun circuito de preescalado y/o postescalado.
Todo el conjunto tiene una señal de entrada (la mayoría de los casos
periódica) cuyos pulsos hacen evolucionar el contador.
El contador suele diseñarse para poder efectuar en él lecturas y escrituras
en paralelo.
Hay contadores de cuenta ascendente y de cuenta ascendente.
En ocasiones el circuito incluye registros para cargar un valor en el contador
en el momento de alcanzarse el máximo (o mínimo) número de cuenta.
Procesos en MINIX
Tarea de reloj
Las actividades asignadas al software de reloj suelen ser las siguientes:
1- Mantener la fecha.
2- Prevenir que los procesos consuman más tiempo del que tienen asignado.
3- Contabilizar el uso de procesador.
4- Soporte de la llamada al sistema alarm (o similar).
5- Suministro de temporizadores de guarda (watchdog) para partes del
sistema.
6- Realización de perfiles, monitorización y estadísticas.
Procesos en MINIX
Tarea de reloj
La tarea de reloj solo admite mensajes provenientes del manejador de
interrupciones.
La rutina do_clocktick verifica si el proceso interrumpido es expulsable y
ha consumido su quantum.
Procesos en MINIX
Tarea de reloj
La rutina do_clocktick verifica si el proceso interrumpido es expulsable y ha
consumido su quantum.
De ser así llama a dequeue, seguidamente a enqueue, el cual llama
internamente a sched.
El manejador de interrupciones previamente ha actualizado prev_ptr con el
proceso interrumpido, lo que provocará una reducción de prioridad (si no
está en la mínima).
do_clocktic verifica si ha expirado algún temporizador de guarda en cuyo
caso invoca a la función asociada.
Procesos en MINIX
Tarea de reloj
Servicios suministrados directa o indirectamente por la tarea de reloj
Procesos en MINIX
Implementación
#include
#include
#include
#include
#include
Ficheros de encabezamiento
<minix/config.h>
<ansi.h>
<limits.h>
<errno.h>
<sys/types.h>
Comunes
/* MUST be first */
/* MUST be second */
minix/config.h establece parámetros para “kernel”, “pm” y “fs”.
* ansi.h determina si el compilador utilizado cumple los requerimientos de C
standard. Define la macro _PROTOTYPE para compiladores ANSI y K&R. Si el
compilador es ANSI, los prototipos de funciones se especifican indicando el tipo
de retorno y de los parámetros.
limits.h define varios tamaños básicos (número de bits en un entero, límites del
sistema operativo, etc.)
errno.h contiene los códigos de error que se devuelven a los programas de
usuario, en la variable global errno, cuando falla una llamada al sistema
(códigos positivos). También se utiliza para identificar algunos errores internos
(códigos negativos). Se distingue de error interno o de usuario según la macro
_SYSTEM.
sys/types.h define tipos de datos para usar dentro de MINIX.
Procesos en MINIX
Implementación
Ficheros de encabezamiento
Comunes
unistd.h define constantes y prototipos generalmente relacionados con
POSIX.
string.h define prototipos relacionados con el manejo de strings.
signal.h define los nombres estándares de señales y algunos prototipos.
relacionados con ellas
fcntl.h define parámetros relacionados con operaciones de control de
ficheros.
termios.h define constantes, macros y prototipos de funciones relacionadas
con el manejo de terminales de entrada salida.
* timers.h suministra el soporte para temporizadores.
stdlib.h stdio.h no son utilizados dentro de MINIX, pero se suministran por ser
de uso frecuente entre los que programan en C (infelices desafortunados).
* a.out.h define el formato de los ficheros ejecutables.
stddef.h define algunas macros frecuentes.
Procesos en MINIX
Implementación
Ficheros de encabezamiento
Comunes
sys/sigcontext.h define estructuras para preservar y restaurar un estado de
operación normal del sistema cuando se activa un manejador de señal.
sys/stat.h contiene declaraciones para las llamadas al sistema stat y fstat así
como los prototipos de las mismas y otros relacionados.
sys/dir.h describe la estructura de directorio en MINIX 3.
sys/wait.h define macros utilizadas por wait y waitpid suministradas por el
manejador de procesos (pm).
sys/ptrace.h define las operaciones posibles con la llamada al sistema ptrace.
sys/svrctl.h define estructuras de datos y macros utilizadas por svrctl, que no es
una llamada al sistema, pero funciona como tal.
sys/select.h suministra definiciones necesarias para svrctl.
minix/ioctol.h da soporte a la llamada al sistema ioctl, la cual suministra
diferentes operaciones para el control de dispositivos.
Procesos en MINIX
Implementación
Ficheros de encabezamiento
MINIX
Los ficheros de include/minix son necesarios para construir MINIX sobre
cualquier plataforma.
Según haya diferencias puntuales en el hardware o según sea la forma en que
queramos utilizar MINIX, puede ser necesario modificar minix/config.h o
minix/sys_config.h (que es incluido por el anterior).
minix/const.h contiene declaraciones que generalmente no es necesario
modificar, pero que se utilizan en diferentes lugares. Otros ficheros const.h
pueden encontrarse en otros lugares en MINIX, pero son de uso más limitado.
Procesos en MINIX
Implementación
Ficheros de encabezamiento
MINIX
minix/type.h introduce algunas estructuras importantes.
Unidades en las que se mide la memoria: phys_clicks utilizado por el kernel
para acceder a cualquier elemento de memoria o vir_clicks para acceder a la
memoria por medio de un esquema segmentado desde fuera del kernel. El
esquema segmentado aprovecha el soporte para protección de memoria del
procesador intel.
La estructura sigmsg permite indicar al kernel, cuando se activa una señal, que
la siguiente vez que planifique al proceso arranque el manejador de la señal.
La estructura kinfo permite indicar la ubicación del kernel a otras partes del
sistema. PM la utiliza para actualizar la tabla de procesos.
* minix/ipc.h contiene la estructura message así como las definiciones de los
tipos de mensajes y los prototipos de las funciones que permiten operar con los
mismos.
Procesos en MINIX
Implementación
Formatos de mensajes
Ficheros de encabezamiento
MINIX
Procesos en MINIX
Implementación
Ficheros de encabezamiento
MINIX
minix/syslib.h contiene prototipos para permitir que algunos componentes
del sistema operativo puedan acceder a los servicios de otros componentes.
Son muy importantes las macros para poder realizar operaciones de
entrada y salida, sys_sdevio. Poder solicitar al kernel que realice estas
operaciones es fundamental para ejecutar los manejadores de dispositivos
en espacio de usuario como hace MINIX 3.
minix/sysutil.h suministra, entre otros servicios, printf (no printf de la
librería estándar, que necesita escribir en la salida estándar y por tanto el
sistema de ficheros, sino un printf utilizado por componentes del sistema) y
kputc (utilizado por printf y que se declara en diferentes lugares según las
necesidades de diferentes componentes del sistema). El kernel utiliza
kprintf en lugar de printf.
Procesos en MINIX
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Ficheros de encabezamiento
MINIX
minix/callnr.h contiene los códigos que deben enviarse en los mensajes
cuando un proceso de usuario invoca una llamada al sistema.
minix/com.h suministra definiciones comunes para la comunicación entre
servidores y manejadores de dispositivos.
minix/devio.h define tipos y constantes para facilitar el acceso a puertos de
entrada salida a procesos de usuario.
minix/dmap.h suministra una tabla que relaciona los números mayores de
dispositivo con las funciones que los soportan.
minix/u64.h da soporte a operaciones aritméticas con enteros de 64 bits,
necesario para operar con direcciones de discos de alta capacidad.
minix/keymap.h suministra estructuras para poder operar con distintos
teclados especializados en diferentes lenguajes.
* minix/bitmap.h suministra macros para operar con bits.
minix/partition.h suministra información para definir una partición de disco.
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Ficheros de encabezamiento
MINIX
Los ficheros de encabezamiento agrupados en include/ibm suministran
definiciones relacionadas con la familia de computadores IBM-PC.
ibm/portio.h suministra servicios para efectuar operaciones de entrada salida en
puertos del PC y utilizando diferentes tipos de datos. También suministra rutinas
para habilitar o deshabilitar interrupciones.
ibm/interrupt.h define los puertos de entrada salida y las direcciones de memoria
utilizadas por el controlador de interrupciones y BIOS.
ibm/ports.h suministra las direcciones utilizadas por el teclado y el “timer”.
Otros ficheros de encabezamiento, profusamente comentados (según el autor)
son bios.h, memory.h, partition.h, cmos.h, cpu.h, int86.h, diskparm.h
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Estructuras
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A continuación vamos a ver cual es el aspecto del código de src/kernel.
En primer lugar vamos a ver el contenido de kernel.h
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* kernel/config.h permite indicar que llamadas al sistema se incluyen en el
código del núcleo y cuales no.
kernel/const.h suministra algunas macros para convertir a direcciones virtuales a
direcciones relativas a la base del núcleo, para realizar operaciones con mapas
de bits, así como se declaran las constantes que permiten establecer los
privilegios para acceder al sistema de interrupciones y puertos de entrada salida.
* kernel/type.h contiene, entre otras cosas, la estructura que describe como se
salvan los registros del procesador en la pila (stackframe_s), así como la
estructura que permite aprovechar los mecanismos de protección de espacios de
los procesadores Intel 386 y posteriores, de forma que un proceso no acceda
fuera de las zonas que tiene permitidas (segdesc_s).
kernel/proto.h define prototipos de funciones que deben conocerse fuera del
fichero en el que se definen, muchas de las cuales son dependientes del sistema.
kernel/glo.h cumple el mismo cometido que el indicado con minix/glo.h. Destaca
la variable aout en la que el monitor de arranque (“boot monitor”) introduce
información al núcleo de los procesos en la imagen de arranque. (cont.)
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(cont.) kinfo es utilizada para que el núcleo suministre información de si mismo
a otros componentes. prev_ptr, proc_ptr, next_ptr y bill_ptr señalan a las
entradas en la tabla de procesos del proceso anterior, el actual, el siguiente y el
proceso al que se le tarifa el consumo de tiempo (que no siempre coincide con el
proceso actual). Por último k_reenter se utiliza para controlar ejecuciones
anidadas del núcleo.
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proc.h (cont.) se definen y describen en el mismo fichero los diferentes valores
que puede adquirir el campo p_rts_flags (motivos por los que un proceso no es
planificable). También se especifican el número de colas para planificación y
valores posibles para el campo p_priority según se trate de una tarea, proceso
de usuario o proceso ocioso. Por último se definen una serie de macros que
permiten un acceso más eficiente a la tabla de procesos.
sconst.h mantiene información muy relacionada con la existente en proc.h con la
intención de ser utilizada desde ensamblador. Al realizar algún cambio a proc.h
es necesario verificar si es necesario realizar alguna modificación en sconst.h
priv.h (como ya hemos comentado al hablar de proc.h) contiene la información
de privilegio que aparece en cada entrada de la tabla de procesos. Al pulsar la
tecla F4 se fuerza un volcado parcial de dicha información. (P:expulsable,
B:facturable, S:sistema, en cuanto a los traps, E:eco, S:enviar, R:recibir,
B:enviar_recibir, N:notificación. Por último, el mapa de bits indica a quien se
puede enviar mensajes).
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protect.h define información relativa a tablas de descriptores referenciadas por
registros del procesador. Los procesadores Intel suministran niveles de privilegio
(a partir del 80286), los cuales son aprovechados en MINIX. Los procesadores
Pentium (muy habituales en PC actuales) suministran cuatro niveles de
protección, de los cuales MINIX utiliza 3.
INTR_PRIVILEGE. En este nivel puede accederse a cualquier posición de
memoria y a cualquier registro del procesador. Trabajan en este nivel los
tratamientos de interrupción y el código encargado de efectuar cambios de
contexto.
● TASK_PRIVILEGE. Nivel en el que se permite acceder a los puertos de entrada
salida, pero no se permite modificar los registros especiales del procesador,
como por ejemplo los que apuntan a las tablas de descriptores.
● USER_PRIVILEGE. Los procesos en este nivel no pueden ejecutar intrucciones
privilegiadas (por ejemplo las que permiten realizar operaciones de entrada
salida, cambiar las asignaciones de memoria o cambiar niveles de privilegio).
●
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Primera aproximación al código en C (no más ficheros de encabezamiento .......
de momento).
* table.c no contiene código ejecutable, pero el fichero objeto que se genera al
compilarlo (table.o) contiene todas las estructuras de datos del núcleo. La
mayoría de dichos datos se encuentran en glo.h donde se redefine EXTERN
como string nulo para conseguir la correcta asignación de memoria para dichas
variables.
Se definen también en table.c constantes que determinan a quien se
pueden enviar mensajes y notificaciones. Seguidamente se establecen
máscaras que determinan que llamadas al núcleo se permiten a que procesos.
A continuación se especifica la tabla de la imagen de arranque en la que se
incluyen detalles para inicializar correctamente los procesos que configuran la
imagen de arranque del sistema. Por último se verifica (en tiempo de
compilación) el correcto tamaño de la tabla de la imagen de arranque.
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Bibliografía
Referencia fundamental
[1] Tanenbaum, A.S.; Woodhull, A.S. (2006): Operating Systems. Design and
Implementation. Prentice Hall.
Otras referencias
[2] (1999): Intel Architecture Software Developer's Manual. Vol1. Basic
Architecture. Intel Corporation.
[3] (1999): Intel Architecture Software Developer's Manual. Vol3. System
Programming. Intel Corporation.
[4] (1988): 8259A Programmable Interrupt Controller. Intel Corporation.