Unidade III Gerência de Processos

Transcrição

1 Sistemas Operacionais Unidade III Gerência de Processos Professor: Luis Rodrigo Página: 1 de 34

2 Unidade III: Gerência de Processos Conceito de Processo Materialização do Processo Estados do processo Mudanças de Estado Tipos de processo Escalonamento de Processos Threads Comunicação entre Processos Exclusão mútua e região crítica Soluções de software para exclusão mútua Concorrência e Sincronização de Processos Página: 2 de 34

3 Escalonamento : Escalonamento (schedulling): Conjunto de Regras utilizada pelo S.O. Define o ordem e o mecanismos de execução dos processos Escalonador: Componente do Kernel responsável pelo escalonamento; Deve impedir o Starvation Fatores relevantes: utilização da CPU throughput turnaround tempo de resposta Página: 3 de 34

4 Escalonamento : Escalonamento/Escalonador Rodando Bloqueado Pronto Página: 4 de 34

5 Escalonamento : Tipos de Escalonamento Não Preemptivo: eventos voluntários Preemptivo: eventos não voluntários escalonador pode interromper os processos Página: 5 de 34

6 Escalonamento : Escalonamento não Preemptivo todos usam um única fila FIFO First-in-first-out processos CPU-Bound (menor prioridade) prejudicam os processos IO-Bound (maior prioridade) SJF - Shortest-jof-first: processos com menor tempo de execução são tratados primeiro não é simples determinar o tempo para a conclusão do processo Cooperativo: fila de mensagens sem intervenção do S.O. processo pode não liberar o processador (núcleo) Página: 6 de 34

7 Escalonamento : Escalonamento Preemptivo Ação de eventos voluntários involuntários Circular Round Robin uma única fila de pronto atendidos pela ordem de chegada preempção por tempo uso de time-slice (quantum) Pronto A B C D E Rodando Preempção p/tempo Bloqueado Página: 7 de 34

8 Escalonamento : Escalonamento Preemptivo Por Prioridade uma única fila de pronto Prioridade : (i) definida pelo SO, (ii) estática ou dinâmica Ao final do time slice / inicio do escalonamento: Arruma lista de processos Se o 1º processo da fila de pronto possui prioridade maior ou igual ao que está sendo executa ocorre o escalonamento Senão processo que está sendo executado continua por mais um time-slice; Prioridade dinâmica pode ser usada para compensar os processos que ficam na fila de pronto (fila de espera pela CPU) Página: 8 de 34

9 Escalonamento : Por múltiplas filas Várias filas de pronto; Cada fila possui uma prioridade Processo não pode mudar de prioridade Processos ganham a CPU quando não á processo de maior prioridade A B C D E + Pronto A B C D E A B C D E Rodando A B C D E A B C D E - Bloqueado Página: 9 de 34

10 Escalonamento : Por múltiplas filas e com realimentação Várias filas de pronto; Cada fila possui uma prioridade Processo pode mudar de prioridade Mecanismo adaptativo : Quando criado o processo é colocado no final da fila de maior prioridade Se ocorrer preempção por prioridade ou pelo S.O., o processo volta ao final da fila de origem (prioridade n) Se ocorrer preempção por tempo processo vai para o final de prioridade n-1, onde n é a prioridade atual Quando vai para a fila de bloqueados volta com prioridade n+1 Quanto maior a prioridade menor o time-slice Página: 10 de 34

11 Escalonamento : Tempo real Prioridade Estática Com multiplos processadores Sistema fortemente acoplado (memória compartilhada) Fila única Escalonado para o primeiro processador livre Sistema fracamente acoplado (memória distribuída) cada processador usa seu próprio algoritmo Página: 11 de 34

12 Unidade III: Gerência de Processos Conceito de Processo Materialização do Processo Estados do processo Mudanças de Estado Tipos de processo Escalonamento de Processos Threads Comunicação entre Processos Exclusão mútua e região crítica Soluções de software para exclusão mútua Concorrência e Sincronização de Processos Página: 12 de 34

13 Threads Conceitos Básicos: Assim como os processos, são elementos ativos que podem interagir com o sistema e entre si Um processo pode ser composto por várias threads Cada processo possui seu próprio conjunto de recursos As threads de um processo compartilham um mesmo conjunto de recursos, podem possuir recursos individualizados Página: 13 de 34

14 Threads Modelo Clássico: para cada processo há um e somente uma thread neste caso a thread e o processo são a mesma entidade Processo 1 Processo 2 Processo 3 Thread 1 Thread 2 Thread 3 Página: 14 de 34

15 Threads Modelo Atual: um processo pode ser composto de uma ou várias threads cada thread individualiza: os registradores; o apontador de Instrução a pilha Processo 1 Processo 2 Processo 3 Threads Página: 15 de 34

16 Unidade III: Gerência de Processos Conceito de Processo Materialização do Processo Estados do processo Mudanças de Estado Tipos de processo Escalonamento de Processos Threads Comunicação entre Processos Exclusão mútua e região crítica Soluções de software para exclusão mútua Concorrência e Sincronização de Processos Página: 16 de 34

17 Comunicação entre processos : IPC (InterProcess Comunnication) Programação Distribuída (Concorrente/Paralela) Dividir para conquistar Redundância / Validação de resultados Recursos que o S.O. deveria fornecer: Mecanismos de Sincronização Mecanismos de Comunicação Memória Compartilhada Troca de Mensagens Serialização / sequencialização Página: 17 de 34

18 Condições de Corrida : Ocorrem quando 2 ou + processos necessitam utilizar o mesmo recurso: arquivos em disco variáveis compartilhadas spool de impressão E a ordem no acesso do recurso pode alterar o resultado final: obter saldo && realizar um deposito obter saldo && realizar um saque Página: 18 de 34

19 Regiões Críticas : Parte do código que leva às condições de corrida Para protege-las foram definidos mecanismos que impedem que 2 ou + processos acessem a mesma R.C. ao mesmo tempo Os mecanismos de controle devem Permitir a entrada de apenas um processo na RC Não deve-se fazer consideração quanto a velocidade de execução dos processos e processadores Processos fora da RC não podem bloquear processos dentro da RC Nenhum processo pode esperar indefinidamente para entrar na RC Página: 19 de 34

20 Exclusão mútua : Há duas formas de evitar as condições de corrida e proteger as regiões criticas: Exclusão Mútua com espera ocupada Exclusão Mútua sem espera ocupada Elas devem impedir que processos concorrentes acessem ao mesmo tempo um determinado recurso Demais processos devem esperar o encerramento da operação sobre o recurso antes de utiliza-lo Página: 20 de 34

21 Espera Ocupada : Inibição de Interrupções: desabilitar todas as interrupções ao entrar na região crítica inclusive interrupção do clock só funciona em máquinas com um único processador / núcleo pode causar DOS, caso as interrupções continuem desativadas ao finalizar a região crítica Página: 21 de 34

22 Espera Ocupada : Variáveis de travamento: variável compartilhada, que pode assumir 0 ou 1 quando 0 o processo pode entrar na RC falha quando um processo obtém o valor 0 mas não tem tempo para atualiza-lo para 1 também falha quando o processo não altera seu valor para 0 ao sair da Região Crítica Página: 22 de 34

23 Escrita alternada: TURN - Variável inteira compartilhada Espera Ocupada : O valor contido na variável define de quem é a vez de entrar na RC Realiza um teste contínuo sobre o valor da variável Processo A... while (true) { while (TURN!= 0) regiaocritica (); TURN++; regiaonaocritica (); } Processo B... while (true) { while (TURN!= 1 ) regiaocritica (); TURN=0; regiaonaocritica (); } Página: 23 de 34

24 Espera Ocupada : Solução de Peterson: Duas Variáveis: travamento e intenção Duas Funções: enterregion ( int proc) leaveregion ( int proc ) #include prototype.h #define FALSE=0 #define TRUE=1 #define N=2 int turn; int interested (N); void leaveregion (int proc) { } interested[proc] = FALSE; void enterregion (int proc) { } int other; other=1-proc; interested[proc] = TRUE; turn=proc; while (turn == proc && interested[other] == TRUE ); Página: 24 de 34

25 Instruções TSL: Test and Set Lock (instrução atômica) Espera Ocupada : Transfere o conteúdo da memória para o contado e armazena na memória um valor não nulo Desabilita acesso a memória aos demais processadores Evita a chegada de interrupções no meio da atualização Suportado apenas em Assembly Falha quando o processo que está na RC é abortado enter_region PROC _loop: TSL register, lock; CMP lock,0; JNE _loop; RET enter_region ENDP leave_region PROC mov lock, #0; ret; leav_region ENDP Página: 25 de 34

26 Evita que o loop de espera Problema de inversão de prioridade Sem Espera Ocupada : processo H com alta prioridade e for a de RC, impede que o processo L com baixa prioridade rode e execute a RC Pode gerar um Deadlock (abraço mortal) Solução utiliza política de prioridade dinâmica Processo na RC deve ter a maior prioridade comparado com aqueles que está concorrendo ao sair da RC volta a prioridade normal Página: 26 de 34

27 Sleep e Wakeup Sem Espera Ocupada : sleep () : coloca o processo para dormir (fila de bloqueado) wakeup (proc) : acorda o processo que estava na fila de bloqueado Falha quando um processo que ainda não foi para a fila de bloqueados recebe um sinal de wakeup Solução: uso de n bits para contar a quantidade de wakeups que um processo recebeu Página: 27 de 34

28 Semáforo Variáveis inteiras não negativas protegidas Valor inicial = 0 não há sinal armazenado Valores positivos indicam sinais pendentes Operações Atômicas para sincronização de processos: UP : incrementa contador Down : decrementa contador Resolve o problema de perda de sinais Sem Espera Ocupada : Quando há mais de um processador a variável do semáforo deve ser protegida por instruções TSL Página: 28 de 34

29 Semáforo Tipos: Binários : podem assumir 0 ou 1 Sem Espera Ocupada : Contadores e/ou Genéricos : valores inteiro não negativos Código def down (S) : if ( S > 0 ) : S = S 1 else #espera no semáforo def up (S) : if ( processo esperando: ocorde_um_processo ( ) else S = S + 1 Página: 29 de 34

30 Sem Espera Ocupada : Semáforo program exemplo_semaforo var ativo : semaphore; procedure processo_um; begin while true do begin algumas_funcoes_um down (ativo) regiao_critica_um up (ativo) outras_funcoes_um end end; procedure processo_dois; begin while true do begin algumas_funcoes_dois down (ativo) regiao_critica_dois up (ativo) outras_funcoes_dois end end; begin inicializa_semaforo (ativo, 1); parbegin processo_um; processo_dois parend end. Página: 30 de 34

31 Contadores de Evento Variáveis especiais, que permitem as operações: read (E) : obtém o valor de E advande (E) : incrementa o valor de E await (E,N) : espera até que E tenha o valor N Valores iniciados com 0 Valores apenas podem ser incrementados Sem Espera Ocupada : Página: 31 de 34

32 Monitores Simples de serem utilizados Controlados pelo S.O. Sem Espera Ocupada : S.O. garante que apenas um processo está dentro do monitor Devem ser suportados pelo compilador Primitivas de alto nível implementadas como: conjunto de procedimentos estrutura de dados e variáveis Formam módulos especiais que podem ser chamados pelos processos Não podem ser alterados Página: 32 de 34

33 Monitores Sem Espera Ocupada : Funções internas não podem ser acessadas de fora do monitor O compilador deve implementar a exclusão mútua na entrada dos monitores; Assim como as demais soluções funciona apenas em sistemas de memória compartilhada. monitor exemplo; var i: integer; c: condition; procedure produtor (x: integer); begin... end; procedure consumidor ( x : integer); begin... end; end monitor; Página: 33 de 34

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