Progetto di Sistemi Operativi – Anno Accademico 2021/2022

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• Progetto di Sistemi Operativi – Anno Accademico 2021/2022
  • Compilazione ed esecuzione
  • Sistema obiettivo
    • Hardware
      • Architettura
      • CPU e memoria
    • Software
  • Progettazione e implementazione
    • Caratteristiche comuni
    • railway_manager
    • RBC
      • PLATFORM
      • RAILWAY
      • ITINERARY
    • PADRE_TRENI
      • TRENO
    • REGISTRO
    • common
  • Elementi facoltativi
  • Esecuzione

Compilazione ed esecuzione

Per compilare tutto il codice sorgente è necessario digitare il comando make all da shell. Durante la compilazione saranno generate le seguenti cartelle:

• bin File binari necessari per l'esecuzione.
• log File di log generati dai processi treni e da RBC.
• obj File oggetto risultanti dalla compilazione dei sorgenti.
• tmp File creati dai processi durante l'esecuzione, necessari per il loro funzionamento.

Digitando soltanto make o make help, si ottiene un messaggio di aiuto che mostra tutti i possibili comandi.

Il programma è eseguibile in modalità ETCS1 e ETCS2. In entrambi i casi è necessario avviare tramite shell il file railway_manager situato nella cartella bin.

Nella figura sotto è mostrato un esempio di avvio in modalità ETCS1. Eventualmente si può sostituire MAPPA1 con MAPPA2:

bin/railway_manager ETCS1 MAPPA1

L'esecuzione in modalità ETCS2 richiede l'utilizzo di due shell. Si riporta sotto un possibile avvio:

Shell 1:

bin/railway_manager ETCS2 MAPPA2

Shell 2:

$ bin/railway_manager ETCS2 RBC MAPPA2

Sistema obiettivo

Hardware

Architettura	RAM	CPU
x86_64	8 GB	Intel® Core™ i5-8250U
x86_64	10 GB	Intel® Core™ i5-3337U

Architettura

Nonostante il codice sia stato sviluppato su computer montanti architetture x86_64, non sono state utilizzate funzionalità specifiche di quest'ultima. Pertanto, è possibile compilare i sorgenti anche su computer che montano architetture diverse, come arm, arm64 o x86.

CPU e memoria

Caratteristiche computazionali dell'esecuzione di un processo TRENO:

La dimensione dei file di log, potrebbe rappresentare un limite per la memoria secondaria. Effettuando un semplice profiling di diversi componenti, i risultati ottenuti sono approssimativamente gli stessi e tutti molto bassi. Questo ci permette di non avere vincoli prestazionali, computazionali e di memoria primaria.

Il programma richiede poca memoria (primaria e secondaria) e CPU per essere eseguito. Le prestazioni necessarie sono quelle minime del sistema operativo più qualche MB di memoria primaria. Questo ci permette di usare il programma anche su sistemi embedded.

Name:   PADRE_TRENI
Pid:    112875
VmPeak:     3428 kB
VmSize:     3428 kB
VmRSS:       112 kB
VmData:      228 kB
VmStk:       132 kB
VmExe:        12 kB
VmLib:      2036 kB
VmPTE:        40 kB
VmSwap:        0 kB

Software

Sistema Operativo	Distribuzione	Kernel	File system
GNU/Linux	Ubuntu 22.04	Linux 5.15.0-56-generic	EXT4
GNU/Linux	Manjaro Linux 22.0.0	Linux 6.1.1-1-MANJARO	EXT4

Il codice è stato sviluppato aderendo allo standard POSIX e utilizzando le utility GNU presenti nei sistemi operativi della famiglia GNU/Linux. Essendo lo standard POSIX e le librerie GNU molto usati in diversi sistemi operativi, è probabile che sistemi operativi (BSD, MacOS, Solaris etc.) che rispettano le caratteristiche descritte prima possano soddisfare le necessità del programma. Cioé, sarà possibile compilare ed eseguire il codice correttamente anche su suddetti sistemi.

I test relativi al funzionamento del programma sono stati eseguiti nei sistemi operativi presenti nella tabella sopra. Il programma si comporta correttamente se avviato da entrambi i computer.

Non sono state usate funzionalità specifiche di un particolare kernel. Di conseguenza, l'utilizzo di un kernel diverso da quelli elencati non dovrebbe influenzare il corretto funzionamento del programma. Similmente, dovrebbe essere indifferente anche la scelta della distribuzione Linux.

Non avendo usato funzionalità proprie di un file system, non è necessario usarne uno in particolare. Se le richieste del programma in fatto di efficienza aumenteranno, quanto appena detto potrebbe non essere più vero.

Progettazione e implementazione

Caratteristiche comuni

Il programma è composto da diversi eseguibili che possono essere lanciati separatamente anche senza railway_manager, il quale fornisce tutti i file e argomenti necessari al funzionamento richiesto del programma.

Qua sotto si fornisce una descrizione dei principali componenti.

railway_manager

Punto di avvio del programma che realizza l'interfaccia richiesta. Inizialmente valida tutti gli argomenti a riga di comando e termina se uno o più di essi non rispetta la sintassi richiesta. In questo caso viene anche mostrato un messaggio con possibili argomenti corretti.Successivamente, crea dei file temporanei richiesti dagli altri eseguibili (railway.txt e, a seconda degli argomenti, MAPPA1 o MAPPA2).

E' opportuno notare che la decisione su quale mappa passare all'eseguibile REGISTRO (quindi la decisione riguardo a quale tra le due mappe sarà effettivamente creata e utilizzata) è presa basandosi su un argomento digitato da shell (MAPPA1 o MAPPA2). In modalità ETCS2, REGISTRO viene eseguito avviando railway_manager senza passare RBC come argomento (si veda il paragrafo Compilazione ed esecuzione; il codice in Shell 1).

Il comportamento differisce leggermente tra le due modalità:

• ETCS1 railway_manager crea PADRE_TRENI e viene sostituito da REGISTRO.

• ETCS2 Nell'avvio senza RBC, railway_manager viene sostituito da REGISTRO. Nell'avvio con RBC, railway_manager crea PADRE_TRENI e sostituisce sé stesso con RBC.

RBC

Comunica con REGISTRO tramite socket AF_INET e con i processi TRENO tramite socket AF_UNIX. Implementa tre strutture dati: Railway, Itinerary e Platform. Queste aiutano il programma a effettuare i controlli necessari. Termina non appena riceve un segnale SIGUSR2.

PLATFORM

Implementa una struttura dati Platform e una funzione necessaria per inizializzarla dalla stringa passata. Contiene inoltre una funzione per ottenere l'identificatore della piattaforma e una funzione che prende come input la lista degli identificatori. E' usata da Railway e Itinerary.

RAILWAY

Implementa una struttura dati Railway e una funzione per inizializzarla. Inoltre ha una funzione che controlla se si può accedere a una piattaforma.

ITINERARY

Implementa una struttura dati Itinerary e una funzione per inizializzarla. Contiene una funzione per liberare una piattaforma e un'altra per chiedere il permesso di accesso a una piattaforma. Per ultimo, una funzione per controllare se si è sull'ultima piattaforma.

PADRE_TRENI

Si occupa della creazione dei 16 segmenti e dei processi TRENO, nonché dell'esecuzione di questi ultimi. Il numero di processi TRENO creati è deciso da railway_manager. Termina quando ha ricevuto un numero sufficiente di segnali SIGUSR1 dai processi TRENO.

TRENO

Riceve il nome del treno da PADRE_TRENI. Si connette a REGISTRO tramite socket AF_INET per ricevere l'itinerario da percorrere. Controlla se i segmenti creati da PADRE_TRENI sono liberi. Se sì, li occupa. In modalità ETCS2, il permesso di accesso ai vari segmenti è ottenuto da RBC, che comunica con i processi TRENO tramite socket AF_UNIX. Quando raggiunge la stazione di arrivo, invia un segnale SIGUSR1 a PADRE_TRENI.

REGISTRO

Riceve come input un pathname della mappa, che usa per recuperarla e leggerla. Finito di leggere, divide la mappa in itinerari e avvia un server socket AF_INET per inviare questi itinerari ai processi TRENO e a RBC (a quest'ultimo solo se la modalità è ETCS2).

common

File che implementano delle funzioni utilizzate in varie parti del programma:

• log.c Creazione e scrittura di file di log. Usato da TRENO e da RBC.
• parent_dir.c Contiene una funzione che ritorna il path assoluto di un file.
• socket.c Creazione, lettura, scrittura e chiusura di socket lato client e lato server. E' possibile scegliere tra AF_UNIX e AF_INET.
• string_handlers.c Varie operazioni per manipolare stringhe.

In aggiunta a quelli elencati sopra, troviamo altri due file:

• alloc_macro.h Insieme di macro che aiutano ad allocare la memoria necessaria e a localizzare i relativi controlli in un solo punto, riducendo così la duplicazione del codice.
• mode.h enum con due valori: PERMIT e MOVE. Usato da RBC e da TRENO.

Elementi facoltativi

Elemento facoltativo	Realizzato (SI/NO)	Descrizione metodo o file principale
Implementare soluzioni per gestire letture/scritture concorrenti	SI	Funzione di libreria flock
In caso di informazione discordante tra RBC e boe, il TRENO rimane fermo	SI	Realizzato tramite le strutture Railway e Itinerary
Terminazione di PADRE_TRENI e PROCESSO_TRENO basata sul segnale SIGUSR1	SI	Funzione POSIX sigaction
Terminazione di RBC basata sul segnale SIGUSR2	SI	Funzione POSIX signal

Esecuzione

Sono stati rilevati due casi che meritano una particolare attenzione.
Per illustrare il primo, lanciamo il programma in modalità ETCS2. Quando lanciamo railway_manager con argomento RBC, non preoccupiamoci del del messaggio "RBC socket file not reachable: trying to reconnect".

Notiamo che sembra mancare all'appello il treno T2. Tuttavia, se ispezioniamo T2.log, vediamo che esso ha raggiunto la stazione di arrivo:

E' accaduto che alcuni segnali SIGUSR1 sono arrivati contemporaneamente a PADRE_TRENI, che non è riuscito a elaborarli tutti. Ad ogni modo, PADRE_TRENI ci informa che ciò è successo mostrando a schermo il messaggio: "some signal was lost".

Osservando i due screenshot sopra, possiamo vedere che talvolta si verifica uno stallo tra i treni T1 e T4.

Per come è strutturato il programma, i processi TRENO possono anche passare da diverse stazioni prima di giungere a quella di arrivo. Facciamo un esempio con un solo treno.

Per prima cosa, creiamo una mappa MAPPA3 che contiene una stazione intermedia :

S2, MA5, MA6, MA7, MA3, MA8, S6, MA8, MA3, MA4, S5

Lanciamo gli eseguibili in tre diversi shell (oppure tutti in uno, però separati da &. Attenzione REGISTRO non si chiude da se):

$ bin/REGISTRO tmp/MAPPA3
$ bin/RBC
$ bin/PADRE_TRENI 1 tmp/rbc

E controlliamo T1.log: