Disciplina: Sistemas Operacionais - CAFW-UFSM Professor ...

Disciplina: Sistemas Operacionais - CAFW-UFSM
Professor: Roberto Franciscatto

Introdução
• Os primeiros sistemas operacionais
permitiam a execução de apenas um
programa de cada vez
• Os sistemas de computação atuais
permitem que múltiplos programas
sejam carregados na memoria
• Executados de modo
concorrente
Processo = programa em
execução
Um sistema é constituido
portanto de uma coleção de
processos
Processos do sistema
operacional
Processos de usuário

Conceito de Processo
• Mesmo em um sistema
monotarefa (Windows) o usuário
pode executar diversos programas
ao mesmo tempo:
• Um processador de texto
• Um navegador de WEB
• Um pacote de e-mail
Ainda que usuário só possa
executar um programa a cada
momento
O SO tem que suportar suas
próprias atividades
programadas, como o
gerenciamento de memória

O Processo
• Informalmente um processo é um
programa em execução
• Um programa por si só não é um
processo
• Um programa é uma
entidade passiva como o
conteudo armazenado no
disco
• Enquanto um processo é uma
entidade ativa
Exemplo de entidade ativa:
Contador de programa
especificando a próxima
instrução a ser executada e,
com um conjunto de recursos
associados

Estado do Processo
• Um processo muda de estado
durante sua execução
• O estado de um processo é
definido em parte pela sua
atividade em curso
Cada processo pode estar em
cada um dos seguintes estados:
Novo: o processo está sendo
criado
Em execução: as instruções
estão sendo executadas
Em espera: o processo está
esperando pela ocorrência de
algum evento (como um
termino de I/O)
Pronto: o processo está
esperando para ser designado
a um processador
Terminado: o processo
terminou sua execução

Diagrama de estado de Processo
novo admitido
terminado
pronto
Término de I/O ou evento
interrupção
Despacho pelo scheduler
Em
espera
saída
Em
execução
Espera por I/O ou evento

Bloco de Controle de Processo
• Cada processo é representado
no sistema operacional por um
bloco de controle de processo
• Ele contém muitas
informações associadas ao
processo específico, incluindo
as seguintes:
• Estado do processo
• Contador de programa
• Registradores da CPU
• Informação de
gerenciamento da memória
Informação de contabilização
Informação de estado de I/O
O PCB serve simplesmente
como um repositório para
qualquer informação que possa
variar de um processo para
outro.

Threads
• Muitos SO modernos ampliaram o
conceito de processo para permitir
que um processo possa conter
multiplas linhas de execução.
• Assim estes sistemas
permitem ao processo
desenvolver mais de
uma tarefa em um
período de tempo
Ex.: receber as palavras
digitadas e verificar sua grafia
Quando o programa estiver em
execução, cada uma de suas
linhas de ação corresponderá a
um processo
Assim, vários processos podem
estar associados a um programa
em execução

Filas de Scheduling
• A medida que os processos entram
no sistema, são incluidos numa fila de
jobs
• Esta fila consiste em todos
os processos que estao no
sistema
• Os processos residentes na
memória principal que
estão prontos e em espera
para entrar em execução
são levados para uma lista
chamada fila pronta
O sistema operacional ainda tem
outras filas
Fila de dispositivos
Lista de processos em
espera por um
determinado dispositivo
de I/O
Cada dispositivo tem sua
própria fila

Diagrama de Enfileiramento
I/O
Fila pronta
Fila de I/O
Filho
executa
ocorre
interrupção
CPU
Solicitação de
I/O
Fatia de tempo
expirada
Bifurca em um
filho
Espera por uma
interrupção

Funcionamento do Enfileiramento
• Um novo processo é inicialmente
incluído na fila pronta
• Ele aguarda nesta fila até que seja
selecionado para execução (ou
despachado)
• Uma vez que o processo tenha sido
designado para ocupar a CPU e
esteja em execução, poderia ocorrer
um entre diversos eventos:
O processo poderia emitir uma
solicitação de I/O e ser então
colocado em uma fila de I/O
O processo poderia criar um
novo subprocesso e esperar pelo
seu término
O processo poderia ser obrigado
a deixar a CPU como resultado
de uma interrupção e ser
colocado de volta na fila pronta

Comutação de Contexto
• A comutação da CPU para um
outro processo exige que o estado
do processo antigo seja salvo
• e que o estado salvo do novo
processo seja carregado
• Esta atividade é conhecida como
comutação de contexto
• O contexto de um processo é
representado no PCB do processo;
Ele inclui os valores dos
registradores da CPU
O estado dos processos
E informação sobre o
gerenciamento da memória

Operações sobre processos
• Os processos no sistema podem
executar concorrentemente e
precisam ser criados e eliminados
dinamicamente
• Assim o SO deve fornecer um
mecanismo para criação e
eliminação de processos
Criação de Processos
Um processo pode dar
origem a diversos novos
processos durante o seu
curso de execução
Tudo isso, por intermédio de
uma chamada de sistema
create-process

Operações sobre processos
• O processo criador é denominado
processo pai
• enquanto no novos processos são
chamados os filhos do processo
criador
• cada um destes novos processos
pode, criar outros processos,
formando uma árvore de processos
Em geral um processo irá
requerer certos recursos
Tempo de CPU
Memória
Arquivos
Dispositivos de I/O
Tudo isso para cumprir suas
tarefas

Operações sobre processos
• Quando um processo cria um novo
subprocesso, existem duas
possibilidades de execução:
• O pai continua a
executar
concorrentemente com
seus filhos
• O pai aguarda até que
alguns dos seus filhos ou
todos eles tenham
terminado
Existem ainda duas
possibilidade em relação ao
espaço de endereçamento
do novo processo:
O processo filho é uma
duplicata do processo pai
o processo filho tem um
programa carregado dentro
dele

Terminação de processos
• Um processo termina quando
conclui a execução do seu último
comando
• e assim, solicita ao SO que o
elimine utilizando a chamada de
sistema exit
• Neste ponto, o processo pode
retornar dados (saída) para o seu
processo pai
Todos os recursos do
processo
Incluindo memória física
e virtual
Arquivos abertos e
buffers de I/O
são desalocados pelo SO

Terminação de processos
• Um pai pode terminar a execução
de um dos seus filhos por vários
motivos, como:
• o filho usou em excesso
algum dos recursos a ele
alocados
• A tarefa atribuída ao
filho não é mais exigida
O pai está de saída e o SO
não permite a um filho
continuar quando o seu pai
terminar.

Exercícios (1)
1. De que forma posso verificar os
processos correntes no
ambiente windows?
2. É possivel elimina-los?
3. Pesquise como funcionam os
processos no ambiente
Windows

Exercícios (2)
1. De que forma posso verificar os
processos correntes no
ambiente Linux?
2. É possivel eliminá-los? Como ?
3. Pesquise como funcionam os
processos no ambiente Linux

Processos cooperativos
• Os processos concorrentes em
execução no sistema operacional
podem ser:
• Processos
independentes
• Processos cooperativos
Um processo é independente
se não puder afetar os outros
processos em execução no
sistema ou ser afetado por eles.
Não compartilhar dado
com outro processo
Um processo é
cooperativo se puder
afetar outros processos em
execução ou ser afetado
por eles.

Processos cooperativos
• Pode ser desejável propiciar um
ambiente que permita a cooperação
entre processos, por várias razões:
• Compartilhamento de
informação
• Diversos usuários podem
estar interessados na
mesma informação
• Processamento mais
rápido
• Subtarefas em exexução
paralela com as outras
• Velocidade aumentada caso
o computador possua
multiplos elementos de
processamento
• (CPU e canais de I/O)

Processos cooperativos
• Modularidade
• Dividir as funções do
sistema em processos
separados ou threads
• Comodidade
• Mesmo um usuário
individual pode
trabalhar com muitas
tarefas em um dado
momento
• Por exemplo:
• Um usuário pode estar
editando, imprimindo e
compilando em paralelo.

Processos cooperativos
• A execução concorrente de
processos cooperativos requer
mecanimos que permitam aos
processos
• comunicarem-se uns
com os outros e
• sincronizarem suas
ações
• Para processos cooperativos
usa-se o problema do
produtor-consumidor
• Um processo produtor gera
informação que é
consumida por um
processo consumidor
• Exemplo: um programa de
impressão produz caracteres
que são consumidos pelo
driver da impressora

Processos cooperativos
• Em síntese os processos
cooperativos podem comunicar-se
em um ambiente de memória
compartilhada
• O esquema exige que
estes processos
compartilhem
• Uma cadeia de buffers
comum
• código para
implementação do buffer
seja escrito pelo
programador da aplicação
• O SO pode fornecer meios para
que os processos cooperativos
se comuniquem uns com os
outros
• por intermédio de uma
facilidade de comunicação
interprocessos IPC

Processos cooperativos
• A IPC oferece um mecanismo que
permite aos processos
• Se comunicarem e
sincronizarem suas
ações sem
compartilharem o
mesmo espaço de
endereçamento
• A IPC é particularmente útil em
um ambiente distribuido
• Onde os processos em
comunicação podem residir
em computadores diferentes
conectados a uma rede

Sistema de Transmissão de Mensagens
• A função de um sistema de
mensagens é
• permitir que os
processos se
comuniquem uns com
os outros sem a
necessidade de recorrer
a dados compartilhados

Nomeação
• Processos que desejem estabelecer
comunicação devem ter uma
maneira de se referenciarem uns aos
outros, podendo utilizar
• Tanto a comunicação
direta ou indireta
• Comunicação Direta
• Com a comunicação direta,
cada processo que deseja se
comunicar de ve nomear
explicitamente
• o receptor e o
remetente da
comunicação

Comunicação Direta
• Neste esquema, os primitivos
send e receive são definidos
como:
• Send (P, message) –
envia uma message para
o processo P
• Receive (Q, message) –
recebe uma message do
processo Q
• Um link de comunicação, nesta
abordagem, tem as seguintes
propriedades:
• Um link é estabelecido
automaticamente entre cada
par de processos que
desejem se comunicar
• Os processos precisam
conhecer apenas a
identidade uns dos outros
para estabelecer
comunicação

Comunicação Direta
• Um link é associado a
exatamente dois processos
• Existe exatamente um link
entre cada par de processos
• Tanto o processo remetente
como o receptor precisam
nomear um ao outro para se
comunicarem

Comunicação Indireta
• Com a comunicação
indireta, as mensagens são
enviadas para caixas postais
ou portas e delas recebidas
• Uma caixa postal pode
ser vista abstratamente
como um objeto no qual
os processos podem
colocar mensagens e do
qual as mensagens
podem ser retiradas
• Cada caixa postal tem uma
identificação única
• Um processo pode se comunicar
com algum outro processo por
intermédio de um número de
diferentes caixas postais
• Dois processos podem
estabelecer comunicação
somente se compartilharem
uma caixa postal

Comunicação Indireta
• Os primitivos send e receive são
definidos da seguinte forma:
• Send (A, message) –
envia uma message para
a caixa postal A.
• Receive (A, message) –
recebe uma message da
caixa postal A.
• Nesta abordagem, um link de
comunicação possui as seguintes
propriedades:
• Um link é estabelecido entre
um par de processos
somente se ambos os
membros do par tem uma
ciaxa postal compartilhada
• Um link pode estar associado
a mais do que dois processos

Comunicação Indireta
• Exemplo: Suponha que os
processos P1, P2 e P3 compartilhem
todos a caixa postal A.
• O processo P1, envia
uma mensagem para A,
enquanto P2 e P3
executam, cada um
deles um receive de A.
• Qual dos processos irá
receber a mensagem
enviada por P1 ?
• A resposta depende da opção
que escolhermos:
• Permitir que um link seja
associado a dois processos no
máximo
• permitir que no máximo um
processo de cada vez possa
executar uma operação de
receive
• Permitir que o sistema
selecione arbitrariamente
qual processo irá receber a
mensagem (ou um ou outro)

Comunicação Indireta
• Uma caixa postal pode pertencer
tanto a um processo quanto ao
sistema operacional
• Se a caixa postal
pertence a um processo
• proprietário e o usuário
• Quando o processo que
possui uma caixa postal
termina, a mesma
desaparece
• Qualquer processo que enviar
uma mensagem para esata caixa
postal deve ser notificado de que
ela não existe mais

Comunicação Indireta
• Por outro lado, uma caixa postal
que pertence ao SO é independente
e não é associada a qualquer
processo em particular
• Neste caso, o SO
oferece um mecanismo
que permite a um
processo fazer o
seguinte:
• Criar uma nova caixa postal
• Enviar e receber mensagens por
intermédio da caixa postal
• Eliminar uma caixa postal

Sincronização
• A sincronização entre processos
realiza-se por chamadas aos
primitivos send e receive
• Existem diferentes decisões de
projeto para implementar cada
primitivo
• a transmissão de
mensagens pode ser
tanto com bloqueio
quanto sem bloqueio
(síncrona e assíncrona)
• Envio com bloqueio – o
processo remetente é
bloqueado até que a mensagem
seja recebida pelo processo
receptor ou pela caixa postal
• Envio sem bloqueio – o
processo remetente envia a
mensagem e retoma a operação

Sincronização
• Recepção com bloqueio – o
receptor fica bloqueado até que a
mensagem esteja disponível
• Recepção sem bloqueio – o
receptor recupera tanto uma
mensagem válida quanto uma
mensagem nula

Armazenamento em buffer
•Tanto na comunicação direta como
indireta, as mensagens trocadas por
processos que se comunicam
residem em uma fila temporária
• Esta fila pode ser
implementada de três
maneiras
Capacidade zero
Um link não pode conter
qualquer mensagem em
espera
Remetente bloqueado até
que o receptor recebe a
mensagem
Capacidade limitada
Tamanho da fila é finito
Se o link estiver cheio, o
remetente deve ser
bloqueado até que haja
espaço disponível na fila

Armazenamento em buffer
• Capacidade ilimitada
• A fila tem
potencialmente um
tamanho infinito
• Assim, pode conter
qualquer número de
mensagens
• O remetente nunca é
bloqueado

Um exemplo: Windows 2000
• Emprega modularidade para
• Aumentar a
fucnionalidade
• Diminuir o tempo
necessário para
implementar novas
características
Fornece suporte para múltiplos
ambientes operacionais ou
subsistemas
Com os quais os programas
aplicativos se comunicam por
intermédio de um
mecanismo de transmissão
de mensagens
Os programas aplicativos
podem ser considerados
clientes do subsistema
servidor do Windows 2000

Exercícios
• Como é a estrutura de um kernel
num sistema Linux ?
• Quais são os benefícios e as
desvantagens de cada uma das
situações seguintes?
• Comunicação direta e
indireta
• Comunicação simétrica e
assimétrica
• Armazenamento em
buffer automático e
explícito