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Introdução (3) Aula 3. Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais - 2003/2 Monoprogramação (1) Os recursos computacionais estão inteiramente dedicados.

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1 Introdução (3) Aula 3

2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Monoprogramação (1) Os recursos computacionais estão inteiramente dedicados a um único programa/tarefa. A UCP fica ociosa durante muito tempo enquanto o programa aguarda por um evento (digitação de um dado, leitura do disco, etc.). A memória principal é subutilizada caso o programa não a preencha totalmente. Os periféricos são dedicados a um único usuário. Não existe grandes preocupações com a proteção de memória. A complexidade de implementação é relativamente baixa.

3 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Monoprogramação (2) Programa que processa um arquivo de registros e que executa, em média, 100 instruções de máquina por registro. Ler um registro0,0015 seg Executar 100 instruções0,0001 seg Gravar um registro0,0015 seg Percentagem de utilização da UCP: U = 0,0001/0,0031=0,032=3,2%

4 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Monoprogramação (3)

5 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Multiprogramação (1)

6 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Multiprogramação (2) Vários programas e vários usuários competem pelos recursos do sistema. O objetivo é manter mais de um programa em execução simultaneamente, dando a ilusão de que cada programa/usuário tem a máquina dedicada para si. A idéia é tirar proveito do tempo ocioso da UCP durante as operações de E/S. Enquanto um programa espera por uma operação de leitura ou escrita outros programas podem estar sendo processados no mesmo intervalo. Maximização do uso do processador e da memória. Maior taxa de utilização do sistema como um todo. Suporte de hardware: Mecanismo de interrupção (sinalização de eventos). Discos magnéticos (acesso randômico aos programas, melhor desempenho em operações de E/S).

7 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Multiprogramação (3)

8 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Mono x Multiprogramação (1) JOB1JOB2JOB3 Tipo de JobMuita UCPPouca UCPPouca UCP Muita E/S Duração5 min15 min10 min Memória50K100K80K DiscoNão Sim TerminalNãoSimNão ImpressoraNão Sim UCP, memória disponível de 256K, disco, terminal e impressora. Job1, Job2 e Job3 são submetidos para execução ao mesmo tempo

9 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Mono x Multiprogramação (2)

10 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Mono x Multiprogramação (3) Monoprogramação Multiprogramação Processor use17% (5/30) 33% (5/15) Memory use30% (( )/256)/3 67% Disk use33% 67% Printer use33% 67% Elapsed time30 min. 15 min. Throughput rate6 jobs/hr 12 jobs/hr Mean response time18 min. 10 min.

11 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Mecanismo de Interrupção (1) Constitui a base de operação de um sistema de multiprogramação. É um sinal de hardware que informa a ocorrência de um evento no sistema, tal como o término de uma operação de E/S. Provoca uma mudança no fluxo de controle, o qual é transferido para uma rotina de tratamento da interrupção correspondente. Interrupções internas: trap e SVC (Supervisor Call).

12 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Mecanismo de Interrupção (2)

13 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Mecanismo de Interrupção (3) P1P1 P2P2 P3P3 S.O.

14 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Inibição de Interrupções O núcleo (kernel) do S.O. alguma vezes previne a ocorrência de interrupções durante atividades críticas, que poderiam resultar em dados corrompidos se estas fossem permitidas (ex: quando manipulando listas encadeadas). Assim, certas instruções (ditas privilegiadas) permitem colocar o processador em um nível de execução em que ele mascara (inibe) certos valores de interrupção.

15 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Níveis Típicos de Interrupção Erros de Máquina Relógio Disco Interface de Rede Terminal Interrupção de SW Prioridade mais alta Prioridade mais baixa

16 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Modos de Operação (1) O compartilhamento de recursos requer do S.O. garantias de que um programa com comportamento incorreto (deliberadamente ou não) possa causar danos ao sistema ou aos outros programas. Nesse sentido, o hardware fornece suporte para que a execução de processos num dado sistema operacional se diferencie pelo menos entre dois modos de operação: modo usuário (user mode) e modo supervisor (kernel mode). Processo = programa em execução. Para isso, um mode bit é adicionado ao hardware do computador para indicar o modo corrente: supervisor (0) ou usuário (1). Processos executando em modo usuário podem acessar suas próprias instruções e dados mas não as instruções e dados do kernel (i.e., do núcleo do sistema operacional) ou mesmo de outros processos.

17 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Modos de Operação (2) kerneluser Interrupt/fault set user mode

18 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Modos de Operação (3) Processos em modo supervisor não possuem esta limitação, podendo acessar endereços de usuário e do próprio kernel do sistema. Quando um processo executa uma chamada de sistema, isto é, quando ele faz uma SVC (supervisor call), o modo de execução muda de usuário para supervisor. O sistema operacional sempre roda no estado supervisor. Com o sistema no estado supervisor: As interrupções podem ser inibidas ou novamente habilitadas; As proteções estão desabilitadas; Qualquer instrução pode ser executada. Instruções privilegiadas só podem ser executadas em modo supervisor (ex: set PSW, I/O instructions, load timer, etc.). Sua tentativa de execução em modo usuário resulta em erro.

19 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Modos de Operação (4) O hardware enxerga o mundo em termos de modo supervisor e modo usuário, não distinguindo entre os vários usuários executando programas nesses modos. O sistema operacional mantém registros internos para distinguir os vários processos executando no sistema. KK UU Kernel mode User mode Visão do HW Visão do S.O. ABCD

20 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Exemplo 1: SVC de E/S

21 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Exemplo 2: Proteção de Memória

22 Prof. José Gonçalves - DI/UFES Sist. Operacionais /2 Exemplo 2 (cont.)


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