Operating System Concepts Unidade 4: Processos Conceito de Processos Agenciamento de Processos Operações em cima de Processos Processos cooperativos Comunicação entre processos Operating System Concepts

Operating System Concepts Conceito de Processos Um sistema operacional executa uma programas variados : tarefas em lote (batch) programas de usuários em tempo compartilhado O uso das palavras tarefa (job) e processo é quasi sinônimo. Processo – um programa em execução; a execução deve proceder de forma seqüencial. Um processo inclui: contador de programa pilha segmentos de código e segmentos de dados Operating System Concepts

Operating System Concepts Estado de um processo Enquanto um processo executa, ele muda de estado novo: O processo esta sendo criado. rodando: Instruções estão sendo executadas. esperando: O processo espera algum evento. pronto: O processo está esperando de tomar conta da CPU. Terminado: O processo terminou execução. Operating System Concepts

Diagram of Process State Operating System Concepts

Segmento de Controle do Processo (PCB) Contem informações asociados ao processo. Estado do Processo informação sobre agenciamento Contador de Programa registros da CPU seletores de segmentos usados informações estatísticas informação sobre estado de entrada/saída Operating System Concepts

Process Control Block (PCB) Operating System Concepts

Chaveamento da CPU de um Processo para outro Processo Operating System Concepts

Filas de Scheduling de Processos Fila de Tarefas – conjunto de todos os processos do sistema. Fila de Prontas – conjunto de todos os processos que estão na memória, prontos para rodar. Fila de Dispositivos – conjunto de processos esperando por um dispositivo de entrada/saída. Processos são passados de uma fila para outra. Operating System Concepts

A fila de Prontas e várias filas de Dispositivos Operating System Concepts

Representação de Scheduling de Processos Operating System Concepts

Operating System Concepts Schedulers Longo prazo – seleciona qual processo é colocado na file de Prontas. Curto prazo (ou scheduler da CPU) – seleciona qual processo deve ser o próximo a ser executado e aloca a CPU. Operating System Concepts

Adicionando Scheduling a médio prazo Operating System Concepts

Operating System Concepts Schedulers (Cont.) Scheduler a curto prazo é chamado freqüentemente (millisegundos)  (deve ser rápido). Scheduler a longo prazo é chamado com pouco freqüência (segundos, minutos)  (pode ser devagar). O scheduler a longo prazo controla o grão de processamento multitarefa. Processos podem ser descritos como: I/O-bound process – passa mais tempo fazendo entrada/saída do que cálculos, muitas rajadas curtas de uso da CPU. CPU-bound process – passa mais tempo fazendo cálculos; poucas e muito longas rajadas de uso da CPU. Operating System Concepts

Operating System Concepts Troca de Contexto Quando uma CPU chaveia para outro processo, o sistema tem que preservar o estado do processo antigo e carregar o estado do novo processo. Troca de contexto é overhead; o sistema não faz nenhum trabalho útil durante a troca. O tempo de troca depende do suporte de hardware disponível. Operating System Concepts

Operating System Concepts Criação de Processos Processos pai criam processos filho, as quais novamente ciram outros processos, formando uma árvore de processos. Compartilhamento de recursos Pai e filho compartilham todos os recursos; Filhos compartilham um subconjunto dos recursos do pai; Pai e filho não compartilham nenhum recurso. Execução Pai e filho executam em paralelo; Pai espera até filho termine. Operating System Concepts

Criação de Processos (Cont.) Espaço de endereçamento Filho cópia do pai; Filho recebe um novo programa carregado para ele. Exemplo UNIX chamada ao sistema fork cria novo processo a chamada execve é usada depois de um fork para substituir o espaço de memória do processo com um programa novo. Operating System Concepts

Uma árvore típica de processos num sistema UNIX Operating System Concepts

Terminação de Processos O processo executa a última instrução e faz a chamada de sistema exit para o sistema operacional. Devolvendo dados para o pai (via wait). Os recursos do processo são desalocados pelo sistema operacional. Pai pode cancelar a execução de processos filho (abort). filho excedeu recursos alocados; a tarefa asociada ao filho não é mais necessária; pai termina. O sistema operacional não permite que o filho continue se o pai termina; Terminação em cascata. Operating System Concepts

Processos cooperativos Processos independentes não podem afetar a execução de outro processo. Processos cooperativos podem afetar or são afetados por outro processo. Vantagem da cooperação de processos compartilhar infomações aceleração de cáclculo modularidade simplicidade Operating System Concepts

O problema produtor-consumidor Um paradigma para processos cooperativos: o produtor produz informação que é consumida pelo consumidor. buffer sem limite não coloca limite prático no limite do tamanho do buffer buffer limitado suponha qhe o tamanho do buffer é limitado. Operating System Concepts

Buffer limitado – Solução com memória compartilhada Dados compartilhados var n; type item = … ; var buffer. array [0..n–1] of item; in, out: 0..n–1; processo produtor repeat … produce an item in nextp while in+1 mod n = out do no-op; buffer [in] :=nextp; in :=in+1 mod n; until false; Operating System Concepts

Buffer limitado (Cont.) Consumer process repeat while in = out do no-op; nextc := buffer [out]; out := out+1 mod n; … consume the item in nextc until false; Solution is correct, but can only fill up n–1 buffer. Operating System Concepts

Operating System Concepts Threads Um thread (ou processo leve) é uma unidade básica de utilização da CPU; ele consiste de: contador de programa conjunto de registros espaço de pilha Um thread compartilha os seguintes elementos com seus threads pares: segmento de código, segmento de dados, recursos do sistema operacional. O conjunto forma uma task. Um processo pesado tradicional é igual a uma task com um único thread. Operating System Concepts

Operating System Concepts Threads (Cont.) Dentro de uma tarefa threadeada, enquanto um thread está bloqueado, um outro thread da mesma tarefa pode estar rodando. Cooperação de múltiplos threads dentro da mesma tarefa resulta em vazão maior e desempenho melhor. Aplicações que precisam compartilhar um buffer comum beneficiam do uso de threads (exemplo produtor-consumidor). Threads fornecem um mecanismo que permite que processos seqüenciais efetuem chamadas bloqueiantes ao sistema conseguindo mesmo assim paralelismo na execução. Threads como recurso do Kernel (Mach and OS/2). Threads a nível de usuário: recurso em cima do kernel através de um conjunto de chamadas de biblioteca (Project Andrew from CMU). Abordagem híbrida com threads do kernel ou do usuário (Solaris2). Operating System Concepts

Multiple Threads within a Task Operating System Concepts

Threads Support in Solaris 2 Solaris 2 is a version of UNIX with support for threads at the kernel and user levels, symmetric multiprocessing, and real-time scheduling. LWP – intermediate level between user-level threads and kernel-level threads. Resource needs of thread types: Kernel thread: small data structure and a stack; thread switching does not require changing memory access information – relatively fast. LWP: PCB with register data, accounting and memory information,; switching between LWPs is relatively slow. User-level thread: only need stack and program counter; no kernel involvement means fast switching. Kernel only sees the LWPs that support user-level threads. Operating System Concepts

Operating System Concepts Solaris 2 Threads Operating System Concepts

Comunicação entre processos (IPC) Um mecanismo para permitir processos de se comunicarem e de sincronizarem seus ações. Sistema de mensagens - permite comunicação sem uso de variáveis compartilhadas. Um mecanismo de IPC apresenta duas funções: send(message) – mensagem de tamanho fixo ou variável receive(message) Se P e Q querem comunicar, eles precisam de: estabelecer uma ligação de communicação entre eles trocar mensagens usando send/receive Implementação de uma ligação de comunicação físico (memória compartilhada, barramento) lógico (atributos) Operating System Concepts

Questões de Implementação Como cria-se uma ligação? Uma ligação pode estar asociada a mais do que dois processos? Quantas ligações podem existir entre cada para de processos que estão se comunicando? Qual é a capacidade de uma ligação? O tamanho de uma mensagem que passa pelo link é fixo ou variável? A ligação é unidirecional ou bidirecional? Operating System Concepts

Operating System Concepts Comunicação Direta Processos precisam chamar um ao outro explicitamente: send (P, mensagem) – envie uma mensagem para processo P receive(Q, message) – recebe uma mensagem de processo Q Propriedades de uma ligação de comunicação Ligação criada automaticamente; uma ligação é associada com exatamente um par de processos; Existe exatamente uma ligação por par de processos; A ligação pode ser unidirecional, mas normalmente é bidirecional. Operating System Concepts

Operating System Concepts Comunicação Indireta Mensagens são direcionados a e recebidos de caixas de correio (também chamado portas). Cada caixa de correio tem uma id única; Processos podem comunicar somente se eles compartilham uma caixa de correio. Propriedades de uma ligação de comunicação ligação existe somente se os processos compartilham uma caixa de correiro; uma ligação pode ser associada a muitos processos; Cada para de processos pode ter vários ligações. Ligação pode ser unidirecional ou bidirecional. Operações criar uma nova caixa de correio evniar e receber mensagens destruir a caixa de correio Operating System Concepts

Comunicação Indireta (Continuação) Compartilhamento de caixas de correio P1, P2, e P3 compartilham a caixa de correio A. P1, envia; P2 e P3 recebem. Quem recebe a mensagem? Solução Permitir que uma ligação seja associada com no máximo dois processos; Permitir que somente um processo a cada vez executa uma operação de recepção; Permitir ao sistema de selecionar um receptor arbitrariamente. O remetente é avisado quem era o receptor. Operating System Concepts

Enfileiramento (Buffering) Uma fila de mensagens pertencendo à ligação. 1. Capacidade nula – 0 mensagens; Remetente precisa esperar o receptor (rendezvous). 2. Capacidade limitada – tamanho finito de n mensagens Remetente precisa esperar se fila está cheia; 3. Capacidade ilimitada – tamanho infinito Remetente nunca espera. Operating System Concepts

Condições de excepção – Tratamento de Erros Processo termina Mensagem perdida Mensagem bagunçada Operating System Concepts