INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Sistemas Operacionais Gerência de Processador WebDesign Redes de Computadores.

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1 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Sistemas Operacionais Gerência de Processador WebDesign Redes de Computadores Aula 13

2 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Introdução Nos sistemas Operacionais Multiprogramáveis, múltiplos processos permanecem na memória principal compartilhando o uso da CPU. A partir do momento em que diversos processos podem estar prontos para executar, critérios devem ser estabelecidos para determinar qual processo será escolhido para fazer uso do processador. Os critérios utilizados para esta seleção compõem a chamada Política de Escalonamento, que é a base da gerência de processador em um S.O.

3 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento Estado de Execução Estado de Espera Estado de Pronto Escalonamento

4 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Funções básicas A política de escalonamento de um sistema operacional tem diversas funções básicas: Manter o processador ocupado a maior parte do tempo; Balancear o uso do processador entre os processos. Privilegiar a execução de aplicações críticas. Maximizar o número de processo executados em determinado instante de tempo...

5 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Funções básicas A rotina do sistema operacional que tem como função implementar os critérios da política de escalonamento é denominada escalonador. Todo compartilhamento do processador é dependente do escalonador. Outra rotina importante na gerência do processador é o dispatcher, responsável pela troca de contexto dos processos após o escalonador determinar qual processo fará uso do processador.

6 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Critérios de Escalonamento Vejamos o principais critérios que devem ser considerados em uma política de escalonamento: Utilização do processador É desejável que o processador permaneça a maior parte do tempo ocupado. Uma utilização de 30% indica um sistema com a carga de processamento baixa. Um utilização na faixa de 90% indica uma utilização próxima a capacidade máxima.

7 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Critérios de Escalonamento Throughput Representa o número de processos executados em determinado intervalo de tempo. Quanto maior o throughput maior o número de tarefas executadas em função do tempo. A maximização do throughput é desejada na maioria dos sistemas.

8 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Critérios de Escalonamento Tempo de CPU É o tempo que um processo leva no estado de execução durante seu processamento. As políticas de escalonamento não influenciam o tempo de processado de um processo, sendo este tempo função apenas do código de aplicação e da entrada de dados.

9 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Critérios de Escalonamento Tempo de espera É o tempo total que o processo permanece na fila de pronto durante seu processamento, aguardando para ser executado. A redução do tempo de espera dos processos é desejada pela maioria das políticas de escalonamento.

10 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Critérios de Escalonamento Tempo de Turnaround É o tempo que o processo leva desde a sua criação até o seu término, levando em consideração todo tempo gasto na espera para alocação da memória, espera na fila de pronto (tempo de espera), processamento na CPU (tempo de processador) e na fila de espera, como nas operações de E/S. As políticas de escalonamento buscam minimizar o tempo de Turnaround.

11 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Critérios de Escalonamento Tempo de Resposta É o tempo decorrido entre uma requisição ao sistema ou à aplicação e o tempo em que a resposta é exibida. Em sistemas interarivos, podemos entender como o tempo decorrido entre a última tecla digitada pelo usuário e o início da exibição do resultado no monitor. As políticas de escalonamento buscam minimizar o tempo de Turnaround.

12 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Políticas de Escalonamento As políticas de escalonamento podem ser classificadas segundo a possibilidade de o Sistema Operacional interromper um processo em execução e substituí-lo por outro, atividade esta conhecida como preempção. Desta forma temos: Escalonamento Preemptivo Escalonamento não preemptivo.

13 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento não-preemptivo Quando um processo está em execução nenhum evento pode ocasionar a perda do uso do processador. O processo somente sai do estado de execução caso termine seu processamento ou execute uma instruções do próprio código que ocasionem uma mudança para o estado de espera.

14 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento preemptivo O sistema operacional pode interromper um processo em execução e passá-lo para o estado de pronto, com o objetivo de alocar outro processo na CPU. Com o uso da preempção, é possível ao sistema priorizar a execução de processos. É possível também distribuir de forma mais balanceada o uso da CPU entre os processos.

15 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Algoritmos de escalonamento Existem alguns algoritmos de CPU diferentes: Escalonamento FIFO; Escalonamento SJF; Escalonamento Cooperativo; Escalonamento Circular; Escalonamento por prioridade; Escalonamento Circular com prioridades;

16 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento Fisrt-In-First-Out (FIFO) Neste escalonamento, o processo que chegar primeiro ao estado de pronto é selecionado para execução. Há a necessidade de uma fila, onde os processos que passam para o estado de pronto entram no seu final e são escalonados quando chegam ao seu início. Quando um processo vai para o estado de espera, o primeiro processo da fila de pronto é escalonado. Todos os processos que saem do estado de espera entram no final da fila de pronto.

17 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento Fisrt-In-First-Out (FIFO) Estado de Criação CPU Estado de Término Estado de Espera Filas de processos no estado pronto Escalonamento FIFO

18 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento Fisrt-In-First-Out (FIFO) Comparemos o uso do escalonamento FIFO em duas situações distintas: Processo A Processo B Processo C 101417 Situação 1:

19 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento Fisrt-In-First-Out (FIFO) Processo A Processo B Processo C 4717 Situação 2:

20 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento Fisrt-In-First-Out (FIFO) A diferença entre as situações 1 e 2 é o posicionamento dos processos na fila de pronto. O tempo médio de espera dos processos na situação 1 é: Tmedio = (0 + 10 + 14) /3 = 8 u. t. O tempo médio de espera dos processos na situação 2 é: Tmedio = (7 + 0 + 4)/3 = 3,7 u. t.

21 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento Fisrt-In-First-Out (FIFO) O principal problema do escalonamento FIFO é a impossibilidade de prever-se quando o processo terá sua execução iniciada. Já que isso varia em função do tempo de execução dos demais processos posicionado à sua frente na fila de pronto. O algoritmo de escalonamento não se preocupa em melhorar o tempo médio de espera dos processos (como pudemos ver nas situações 1 e 2) O escalonamento FIFO é do tipo não-preemptivo.

22 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento Shortest-Job-Fisrt (SJF) O algoritmo de escalonamento seleciona o processo que tiver o menor tempo de processador ainda para executar. O processo em estado pronto que necessitar de menor tempo para executar é selecionado para execução. Usando os exemplos vistos no escalonamento FIFO, teríamos um tempo médio de espera dos processos de: Tmedio = (3 + 7 + 0)/3 = 3,3 u.t.

23 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento Shortest-Job-Fisrt (SJF) O principal problema desse algoritmo é impossibilidade de estimar o tempo de processador para processos interativos, já que a entrada de dados é uma ação imprevisível. O SJF é um escalonamento não-preemptivo. A vantagem do SFJ sobre o FIFO é que o tempo de Turnaround é reduzido.

24 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento Cooperativo O escalonamento cooperativo busca aumentar o grau de multiprogramação em políticas de escalonamento não- preemptivas. Um processo em execução libera voluntariamente o processador, retornando a fila de pronto. A Liberação do processador é tarefa do processo em execução, e não do sistema operacional. O processo em execução verifica uma fila de mensagens para determinar se existem outro processos na fila de pronto. Exemplo: Primeiros S.O.s da família Windows (multitarefa cooperativo)

25 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento Circular É um escalonamento do tipo preemptivo. O processo em execução tem um tempo limite para o uso contínuo do processador. Caso a fatia de tempo expire, o sistema operacional interrompe o processo em execução, salva o seu contexto e direciona-o para o final da fila de pronto.

26 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento Circular Estado de Criação CPU Estado de Término Estado de Espera Filas de processos no estado pronto Escalonamento FIFO Preempção por tempo

27 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento Circular Exemplo: Escalonador circular com dois processos, e fatia de tempo 2 u.t. Processo A Processo B Processo C 2 4 6 8 10 11 17 u.t.

28 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento Circular A principal vantagem desse escalonamento é permitir que um processo não monopolize o processador. Um problema desta política é que os processos que fazem constantes acessos aos dispositivos de entrada e saída, tem mais chance de passar para o estado de espera antes de sofrerem preempção por tempo. Essa característica ocasiona um balanceamento desigual no uso do processador.

29 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento Circular virtual Neste escalonamento os processos que saem do estado de espera vão para uma fila de pronto auxiliar. Os processos da fila auxiliar possuem preferência no escalonamento em relação a fila de pronto. O escalonador só seleciona processos na fila de pronto quando a fila auxiliar estiver vazia. Um processo escalonado a partir da fila auxiliar tem sua fatia de tempo calculada como sendo o valor da fatia de tempo do sistema menos o tempo de processador que o processo utilizou da última vez.

30 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento Circular virtual Estado de Criação CPU Estado de Término Estado de Espera Filas de processos no estado pronto Preempção por tempo Fila auxiliar

31 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento por prioridades É um escalonamento do tipo preemptivo realizado com base em um valor associado a cada processo denominado prioridade de execução. O processo com maior prioridade é sempre escolhido para execução,e processos com prioridades iguais são escalonados seguindo o critério de FIFO. Um processo em execução não sofre preempção por tempo. A perda do uso do processador ocorrerá por uma mudança voluntária para o estado de espera, ou quando um processo mais prioritário passar para o estado de pronto.

32 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento por prioridades Estado de Criação CPU Estado de Término Estado de Espera Filas de processos no estado pronto Prioridade P1 Prioridade P2... Prioridade Pn Preempção por prioridade

33 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento por prioridades Exemplo: Escalonador por prioridades com três processos: Processo A Processo B Processo C 13 17 u.t. 3 ProcessoTempo de processador Prioridade A102 B41 C33

34 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento circular com prioridades Implementa o conceito de fatia de tempo e de prioridade de execução à cada processo. Um processo permanece no estado de execução até que termine seu processamento, voluntariamente passe para o estado de espera ou sofra um preempção por tempo ou prioridade. Este escalonamento é amplamente utilizado em sistemas Unix e Windows. Permite um maior balanceamento do uso do processador.

35 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Escalonamento circular com prioridades Estado de Criação CPU Estado de Término Estado de Espera Filas de processos no estado pronto Prioridade P1 Prioridade P2... Prioridade Pn Preempção por tempo ou prioridade

36 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Exercícios 1)O que é política de escalonamento em um sistema operacional? 2) Quais as funções do escalonador? 3)Quais os critérios utilizados em uma política de escalonamento? 4)Diferencie tempo de CPU, tempo de espera, tempo de turnaround e tempo de resposta. 5)Qual a diferença entre escalonamento FIFO e SJF? 6)Qual a diferença entre escalonamento circular e circular virtual?

37 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Exercícios 7) Qual a diferença entre escalonamento por prioridade e circular com prioridade? 8) Considere que 5 processos são criados no instante de tempo 0 (P1, P2, P3, P4, P5) e possuam as seguintes características: ProcessoTempo de CPUPrioridade P1103 P2144 P351 P472 P5205

38 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Exercícios Desenhe um diagrama ilustrando o escalonamento de processos(siga o modelo do slide 18), segundo as políticas especificadas a seguir: a)FIFO b)SJF c)Prioridade (numero maior implica maior prioridade) d)Circular com fatia de tempo igual a 2 u.t.