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IC - UFF Sistemas Operacionais 4. Threads Texto base: capítulo 4 Operating Systems: Internals and Design Principles W. Stallings.

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1 IC - UFF Sistemas Operacionais 4. Threads Texto base: capítulo 4 Operating Systems: Internals and Design Principles W. Stallings

2 IC - UFF Processos e threads l Vimos o conceito de processo englobando duas características básicas: n propriedade de recursos: a um processo é alocado um espaço de endereçamento virtual para manter a sua imagem; de tempos em tempos o processo pode ter mais memória, além do controle de arquivos, dispositivos de E/S,...

3 IC - UFF Processos e threads (2) n unidade de despacho: um processo é uma linha de execução, intercalada com outras linhas de outros processos; cada uma delas tem um estado de execução e uma prioridade; é a entidade que é escalonada e despachada pelo SO

4 IC - UFF Processos e threads (3) l Estas duas características podem ser tratadas de forma independente pelo SO: n thread ou processo peso leve (lightweight process): é a unidade de despacho n processo ou tarefa: é a unidade de alocação de recursos

5 IC - UFF Multithreading um processo uma thread múltiplos processos uma thread por processo múltiplos processos múltiplas threads por processo um processo múltiplas threads MS-DOS Unix máquina Java Windows NT, Solaris

6 IC - UFF Assim,... l Em um ambiente multithreaded, um processo: n é a unidade de alocação e proteção de recursos n tem um espaço de endereçamento virtual que mantém a imagem do processo n tem acesso controlado a outros processos, arquivos e outros recursos

7 IC - UFF e... l Em um processo podem existir uma ou mais threads com n um estado de execução (pronta,...) n seu contexto salvo quando não estiver executando n sua pilha de execução n acesso a variáveis locais próprias n acesso compartilhado com outras threads deste processo aos recursos do processo

8 IC - UFF Modelos de processos Pilha do usuário Pilha do núcleo Espaço de ender. do usuário PCB Thread única Espaço de ender. do usuário TCB Pilha do usuário Pilha do núcleo PCB Thread Multithreaded TCB Pilha do usuário Pilha do núcleo Thread TCB Pilha do usuário Pilha do núcleo Thread

9 IC - UFF Benefícios de threads l É mais rápido criar uma thread que um processo l É mais rápido terminar uma thread que um processo l É mais rápido chavear entre threads de um mesmo processo l Threads podem se comunicar sem invocar o núcleo já que compartilham memória e arquivos

10 IC - UFF Contudo, l Suspender um processo implica em suspender todas as threads deste processo já que compartilham o mesmo espaço de endereçamento l O término de um processo implica no término de todas as threads desse processo

11 IC - UFF Exemplos de aplicação l Trabalho em primeiro e segundo planos: E/S e cálculo em planilhas l Processamento assíncrono: salvamento periódico em editores de texto l Aumento de velocidade de execução: paralelismo l Organização: facilidade de projeto e implementação

12 IC - UFF Estados de uma thread l Estados fundamentais: executando, pronta e bloqueada l Faz sentido o estado suspensa? l O que acontece com as threads de um processo quando uma delas bloqueia?

13 IC - UFF Exemplo: RPC serv processo 1 tempo pedido RPC pedido RPC serv thread A thread B (processo 1) pedido RPC pedido RPC executando bloqueado(a)

14 IC - UFF Outro exemplo thread A (processo 1) tempo pedido E/S pedido atendido thread B (processo 1) thread C (processo 2) processo criado quantum expira executandobloqueada quantum expira pronta

15 IC - UFF Exemplo de uso #include #include void thr_func(int *id); /* codigo threads 1 e 3 */ void thr_yield(int *id); /* codigo thread 2 */ int main(){ pthread_t thr1,thr2,thr3; /* declara as threads */ int nThrID1,nThrID2,nThrID3; nThrID1 = 1; nThrID2 = 2; nThrID3 = 3; /* cria threads: id, inic, funcao, param funcao */ pthread_create(&thr1,NULL,(void* )thr_func,&nThrID1); pthread_create(&thr2,NULL,(void* )thr_yield,&nThrID2); pthread_create(&thr3,NULL,(void* )thr_func,&nThrID3); /* espera fim das threads: id, status de saida */ pthread_join(thr3,NULL); pthread_join(thr2,NULL); pthread_join(thr1,NULL); }

16 IC - UFF Exemplo de uso (2) /* codigo das threads 1 e 3 */ void thr_func(int *id){ printf("Eu sou a thread %d\n",*id); } /* codigo da thread 2 */ void thr_yield(int *id){ sched_yield(); printf("Eu sou a thread %d\n",*id); } /* compilacao: gcc -o threads -lthread -lposix4 threads.c */

17 IC - UFF Em que nível implementar? l Nível do usuário n gerenciamento das threads é feito pela aplicação n o núcleo desconhece a existência de threads n chaveamento entre threads não requer privilégio de modo núcleo; isso elimina o gasto de dois chaveamentos de modo n escalonamento é feito pela aplicação

18 IC - UFF e mais... n implementadas através de bibliotecas: executam em qualquer SO l Porém: n chamada ao sistema bloqueia todas as threads de um processo n não aproveita os benefícios do multiprocessamento (estão em algum processo!)

19 IC - UFF Ainda o nível l Nível do núcleo n gerenciamento das threads é feito pelo núcleo n núcleo mantém a informação de contexto para processo e threads n escalonamento e chaveamento das threads é feito pelo núcleo n bloqueio de uma thread não bloqueia as outras

20 IC - UFF e ainda... n threads podem aproveitar a capacidade de multiprocessamento n usuário enxerga uma API para threads do núcleo l Porém: n a transferência de controle entre threads de um mesmo processo requer chaveamento para modo núcleo

21 IC - UFF Comparando implementações

22 IC - UFF Combinando modos... espaço do usuário espaço do núcleo P thread nível núcleo thread nível usuário P Processo P biblioteca de threads

23 IC - UFF Leitura suplementar l Operating Systems Concepts, A. Silberschatz e P.B. Galvin, Addison- Wesley l Modern Operating Systems, A.S. Tanenbaum, Prentice Hall

24 IC - UFF Threads: nível usuário espaço do usuário espaço do núcleo biblioteca de threads P P Processo thread nível usuário

25 IC - UFF Threads: nível núcleo espaço do usuário espaço do núcleo P thread nível núcleo thread nível usuário P Processo


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