Introdução (3) Aula 3

Prof. José Gonçalves - DI/UFES 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. Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Prof. José Gonçalves - DI/UFES Monoprogramação (2) Programa que processa um arquivo de registros e que executa, em média, 100 instruções de máquina por registro. Ler um registro 0,0015 seg Executar 100 instruções 0,0001 seg Gravar um registro 0,0015 seg Percentagem de utilização da UCP: U = 0,0001/0,0031=0,032=3,2% Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Prof. José Gonçalves - DI/UFES Monoprogramação (3) Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Prof. José Gonçalves - DI/UFES Multiprogramação (1) Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Prof. José Gonçalves - DI/UFES 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). Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Prof. José Gonçalves - DI/UFES Multiprogramação (3) Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Mono x Multiprogramação (1) UCP, memória disponível de 256K, disco, terminal e impressora. Job1, Job2 e Job3 são submetidos para execução ao mesmo tempo JOB1 JOB2 JOB3 Tipo de Job Muita UCP Pouca UCP Pouca UCP Muita E/S Duração 5 min 15 min 10 min Memória 50K 100K 80K Disco Não Sim Terminal Impressora Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Mono x Multiprogramação (2) Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Mono x Multiprogramação (3) Monoprogramação Multiprogramação Processor use 17% (5/30) 33% (5/15) Memory use 30% ((50+100+80)/256)/3 67% Disk use 33% 67% Printer use 33% 67% Elapsed time 30 min. 15 min. Throughput rate 6 jobs/hr 12 jobs/hr Mean response time 18 min. 10 min. Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

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”). Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Mecanismo de Interrupção (2) Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Mecanismo de Interrupção (3) S.O. P2 P3 Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

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. Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Níveis Típicos de Interrupção Erros de Máquina Relógio Prioridade mais alta Disco Interface de Rede Prioridade mais baixa Terminal Interrupção de SW Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Prof. José Gonçalves - DI/UFES 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. Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Prof. José Gonçalves - DI/UFES Modos de Operação (2) Interrupt/fault kernel user set user mode Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Prof. José Gonçalves - DI/UFES 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. Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Prof. José Gonçalves - DI/UFES 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. A B C D K K Kernel mode U U User mode Visão do HW Visão do S.O. Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Prof. José Gonçalves - DI/UFES Exemplo 1: SVC de E/S Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Exemplo 2: Proteção de Memória Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES

Prof. José Gonçalves - DI/UFES Exemplo 2 (cont.) Sist. Operacionais - 2003/2 Prof. José Gonçalves - DI/UFES