Lernzettel: Gestion des processus et verrouillage

📋 Plan du Cours

1. Programme, exécutable et processus
2. Ordonnanceur et contexte d’exécution
3. États d’un processus et chronogramme
4. Verrous de ressources : règles et usage
5. Exemples de verrous et interblocage

📖 1. Programme, exécutable et processus

🔑 Notions clés & Définitions

• Programme : Un programme est une suite d’instructions écrites dans un langage de haut niveau (comme Python, C ou Java).
• Exécutable : Un exécutable est le programme une fois traduit en langage machine, compréhensible par le processeur.
• Processus : Un processus est une instance d’exécution d’un exécutable, créée par le système pour faire tourner le code.
• PID : Le PID est l’identifiant attribué par le système d’exploitation à chaque processus pour le distinguer des autres.

📝 Points essentiels

• Un programme écrit en langage de haut niveau peut être transformé en code exécutable en langage machine.
• Plusieurs processus peuvent exécuter simultanément le même exécutable.
• Le système d’exploitation attribue un PID pour différencier les processus.
• La concurrence fait alterner l’exécution sur le processeur par tranches de temps (quantum).
• L’utilisateur ne voit le résultat qu’après la fin effective du processus, pas après chaque quantum.

💡 Astuce mémo

Exécutable = code machine ; Processus = exécution ; PID = “carte d’identité” du processus.

📖 2. Ordonnanceur et contexte d’exécution

🔑 Notions clés & Définitions

• Ordonnanceur : L’ordonnanceur est le programme du système d’exploitation qui gère le passage d’un processus à un autre.
• Contexte d’exécution : Le contexte d’exécution regroupe les informations nécessaires pour reprendre un processus après une interruption.

📝 Points essentiels

• Lorsqu’un processus est interrompu, l’ordonnanceur doit permettre sa reprise plus tard.
• Le système mémorise la mémoire utilisée par le processus (code, pile d’appel, tas).
• Le système mémorise aussi l’état des registres du processeur.
• Le système mémorise les ressources utilisées par le processus (par exemple des fichiers).
• Le contexte sert à reprendre exactement où le processus s’était arrêté.

💡 Astuce mémo

Contexte = “où j’en étais” : mémoire + registres + ressources.

📖 3. États d’un processus et chronogramme

🔑 Notions clés & Définitions

• Prêt : Un processus est dans l’état Prêt lorsqu’il attend dans la file d’attente avant d’être choisi pour s’exécuter.
• Élu : Un processus est dans l’état Élu lorsqu’il est sélectionné et exécute effectivement sur le processeur.
• Bloqué : Un processus est Bloqué lorsqu’il attend qu’une ressource se libère avant de pouvoir continuer.

📝 Points essentiels

• Le cycle décrit : Prêt → Élu → interrompu (préempté) ou fin du programme ou Bloqué.
• Après un état Bloqué, le processus redevient Prêt quand la ressource attendue se libère.
• Un chronogramme représente l’enchaînement des processus élus au fil du temps.
• Dans l’exemple, p1 se termine au temps 4, même si p1 devait durer 2 ms.
• L’utilisateur n’obtient le résultat qu’au bout de 4 ms à cause de la concurrence et de l’ordonnancement.

💡 Astuce mémo

Prêt attend, Élu tourne, Bloqué attend une ressource ; chronogramme = “qui tourne quand”.

📖 4. Verrous de ressources : règles et usage

🔑 Notions clés & Définitions

• Verrou : Un verrou est un mécanisme qui empêche plusieurs processus d’utiliser une même ressource en même temps.
• Acquisition de verrou : L’acquisition de verrou est l’action d’obtenir le droit d’utiliser la ressource protégée.
• Relâchement de verrou : Le relâchement de verrou est l’action de rendre le verrou quand la ressource n’est plus utilisée.

📝 Points essentiels

• Pour utiliser une ressource protégée, un processus doit acquérir le verrou.
• Quand la ressource n’est plus utilisée, le processus relâche le verrou.
• Un processus ne peut pas prendre un verrou déjà détenu par un autre jusqu’à ce qu’il soit rendu.
• Si un processus demande un verrou indisponible, il peut être bloqué en attente.
• Les verrous servent à garantir l’exclusion mutuelle sur la ressource.

💡 Astuce mémo

Verrou = ticket d’accès exclusif : prendre avant usage, relâcher après, sinon attente/bloquage.

📖 5. Exemples de verrous et interblocage

🔑 Notions clés & Définitions

• Interblocage : L’interblocage est une situation où des processus s’attendent mutuellement, chacun tenant un verrou dont l’autre a besoin.

📝 Points essentiels

• Exemple 1 (1 ressource, 2 processus) : p1 prend V, p2 demande V et est refusé puis bloqué jusqu’au relâchement.
• Dans l’exemple 1, après relâchement de V par p1, p2 peut prendre V puis relâcher V.
• Exemple 2 (2 ressources, 2 processus) : p1 prend V1 puis V2, tandis que p2 prend V2 puis V1.
• Scénario qui se passe bien : quand p2 demande v2, il est bloqué, puis devient prêt après relâchement par p1.
• Scénario d’interblocage : p1 prend v1 et p2 prend v2, puis chacun demande l’autre verrou et les deux restent bloqués sans terminer.

💡 Astuce mémo

Interblocage = “je tiens le mien, tu tiens le tien” et personne ne peut avancer.

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre PID et contexte d’exécution : le PID identifie le processus, tandis que le contexte contient les infos pour le reprendre.
2. Croire que “concurrence” signifie exécution simultanée : ici, c’est une alternance par tranches de temps (quantum).
3. Penser qu’un processus bloqué continue à s’exécuter : il attend qu’une ressource se libère avant de redevenir Prêt.
4. Oublier qu’un processus ne peut pas prendre un verrou déjà détenu : il doit attendre jusqu’au relâchement.
5. Interpréter le chronogramme à l’envers : le temps de résultat utilisateur dépend de la fin effective, pas de la durée théorique annoncée.

✅ Checklist Examen

1. Savoir distinguer programme, exécutable et processus, et expliquer le rôle du PID.
2. Décrire le rôle de l’ordonnanceur et citer les éléments du contexte d’exécution mémorisés lors d’une interruption.
3. Reconnaître les états Prêt, Élu et Bloqué et donner la transition vers Prêt après libération de ressource.
4. Interpréter un chronogramme et relier le temps de fin d’un processus au temps de résultat observé.
5. Énoncer les règles d’un verrou : acquisition, relâchement, interdiction de reprendre un verrou déjà détenu.
6. Analyser un scénario à verrous (1 ressource ou 2 ressources) et déterminer quand un processus est bloqué ou redevient Prêt.
7. Identifier un interblocage à partir d’une situation où chaque processus attend un verrou détenu par l’autre.