Capítulo 4: Processos

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1 Capítulo 4: Processos SUMÁRIO: Noção de processo Escalonamento de processos Operações sobre processos Cooperação entre processos Comunicação entre processsos Comunicação em sistemas cliente-servidor 4.1 Conceito de Processo (process ou job) Processo um programa em execução. Um processo é mais do que um programa,pois inclui: secção de texto (ou programa) o conteúdo do contador de programa (PC,program counter) conteúdo dos registos do processador a pilha (stack)do processo secção de dados que contém as variáveis globais. Etc... Objectivo: Esta noção de processo permite que vários utilizadores estejam a usar varios cópias do progama explorer, ou que o mesmo utilizador possa invocar cópias do mesmo editor de programs notepad. Cada um deles é um processo separado: apenas as secções de texto são idênticas,as secções de dados e o resto do VAS é diferente. 4.2

2 Representação Lógica dum Processo (PCB-Process Control Block) Representação do processo: No sistema operativo,um processo é representado por um bloco de controlo do processo (PCB-process controlblock). Informação associada a cada processo: Estado do processo: ver diagramas de estados. Contador de programa (PC): indica o endereço da próxima instrução a ser executada. Registos da CPU: incluem os acumuladores,registos de indexação,ponteiros de pilha,registos gerais,etc. Informação de escalonamento da CPU: inclui prioridade do processo,ponteiros para filas de escalonamento,etc. Informação de gestão de memória: incluivalores dos registos de base e de limite,tabelas de paginação (ou tabelas de segmentação). Informação de inventário Informação de estado de I/O: incluilista de dispositivos I/O afectados ao processo,lista de ficheiros abertos,etc. 4.3 Representação dum Processo em Mem ória %esp kernel virtual memory stack Memory mapped region forshared libraries m em ory invisible to user code runtim e heap (via m alloc) the brk ptr 0 uninitialized data (.bss) initialized data (.data) program text (.text) forbidden Linux/x86 Process Mem ory Im age 4.4

3 PCB -Sum ário O bloco de controlo do processo (PCB)as vezes chamado descritor de processo éa maneira como um SO represente o conceito dum processo Um PCB tem que conter um identificador único (valor inteiro chamado process ID ),este valor pode-se aceder atráves dum a chamada ao sistema(getpid -linux _getpid - windows). Visualização e controlo dos processos por exemplo com o process explorer de preferência do site de sysinternals ou um equivalente em linux/mac 4.5 Estado dum Processo Um processo em execução muda de estado: new: O processo está a ser criado. running: Instruções estão a ser executadas. waiting: O processo está à espera que algum evento ocorra (recepção de sinalou terminação de alguma operação de I/O). ready: O processo está à espera que lhe seja atribuído o processador. terminated: O processo acabou de terminar a sua execução. Diagrama de estados dum processo 4.6 Notas: Só um processo pode estar no estado running. Pode haver vários processos no estado readye no estado waiting.

4 Comutação e Escalonamento de Processos De forma a maximizar a utilização da CPU,há que ter sempre um processo a correr,i.e. em execução. Além disso,num dado instante,só um processo pode usar um dispositivo de entrada/saída. Isto obriga a que haja: A troca entre os processos em execução Comutação do Contexto Processo num estado Estados representados por filas de processos Escolha dos processos das filas e movimentação entre as filas Escalanomento 4.7 Comutação de Contexto A partilha do processador requer um mecanismo de comutação de processos,a que se dá o nome de comutação de contexto. Comutação entre dois processos faz-se através da: salvaguarda do estado do processo que perde a CPU; restauração do estado do processo que ganha a CPU. Comutação deve ser frequente,mas não exagerada,tem um custo overhead para o sistema. 4.8

5 Filas de Escalonamento de Processos Normalmente,todo o recurso tem associada uma fila de escalonamento. Ready queue Esta fila contém os PCBs dos processos residentes em memória que estão no estado ready,i.e. processos que estão prontos e à espera de executar. W aiting Queues Se um processo espera a conclusão de I/O ou outro dispositivo,é colocado na fila de espera do dispositivo em causa. Migração de processos entre várias filas. Fila ready e filas de vários dispositivos I/O 4.9 Diagrama de espera no escalonamento de processos Um novo processo é inicialmente colocado na ready queue. O processo fica à espera na ready queue até ser seleccionado e despachado para a CPU. Durante a sua execução várias coisas podem acontecer: 2o processo pode emitir um pedido I/O,e consequentemente ser colocado numa I/O device queue; 2o processo pode criar um novo subprocesso,ficando á espera que ele termine; 2o processo pode ser removido da CPU em consequência duma interrupção,o que o faz transitar para a ready queue. 2etc 4.10

6 Escalonadores Um processo migra entre várias filas de escalonamento durante o seu tempo de vida. O sistema operativo deve seleccionar processos destas filas com base nalgum método ou algoritmo. Há vartios tipos de escalonadores vamos carecterizr tres tipos: curto prazo medio prazo longo prazo Escalonador de longo-prazo (ou escalonador de processos): Selecciona que processos devem ser levados para a fila ready Escalonador de longo-prazo é invocado com pouca frequência(segundos, minutos) (pode ser lento). Escalonador de longo-prazo controla o grau de multiprogramação. Escalonador de curto-prazo (ou escalonador da CPU): Selecciona que processos devem ser executados de seguida e reserva, consequentemente,a CPU. Escalonador de curto-prazo é invocado com bastante frequência(milisegundos) (tem de ser rápido) Escalonamento de médio-prazo Ideia base: swapping Remover processos da memória (i.e. remover o grau de multiprogramação ). Mais tarde,estes processos podem ser re-introduzidos na memória e continuar a sua execução onde tinham sido deixados. Pode assim conseguir-se uma melhor mistura de processos,ou então libertar memória principalpara outros processos. 4.12

7 Thread scheduling states on W indows 4.13 O programa he lo 4.14

8 Operações sobre Processos (criação) Criação de processos: O processo progenitor(pai)cria processos progénitos (filhos),os quais,por sua vez,criam outros processos,formando uma árvore de processos. Modos de execução: Paie filho(s)executam concorrentemente. Paiespera até que o(s)filho(s)terminem. Ocupação da memória O filho duplica o espaço do pai. O filho carrega um novo programa. Partilha de recursos: Paie filhos partilham todos os recursos. Filhos partilham um subconjunto dos recursos do pai. Paie filhos não partilham quaisquer recursos. Criação de processos em UNIX A chamada ao sistemaforkcria um novo processo A chamada ao sistemaexec depois dum forké usada para substituir o espaço de memória do processo com um novo programa Informação sobre Processos Ferrammentas Graficas (GUI s): W indows Gestor de Tarefas /Process Explorer (windows internals) Linux - System Monitor Ferramentas Linha de Commando (CLI s): W indows tasklist- Linux ps 9291 O numero de identificação (PID) deste proceso nesta linha pts/1 Numero de terminal ou janela onde o processo estáa correr 0:00 Quantidade de tempo de CPU usado.nest caso quase nenhum sh O nome do programa a executar,neste caso o Bourne shell (o programa /bin/sh) 4.16

9 Exem plo W hen you type in "ls -a"the she ldoes the fo lowing: As you hitenter after the "ls -al"command,the she ldetermines thatls is an externalprogram on the filesystem,namely /bin/ls. Itneeds to exec()this. W hatitdoes firstis to issue a fork()system cal. Itthen issues a wait()system cal. The fork()system calperforms a type ofcloning operation. This gets the kernelto copy an existing process table entry to a nextempty slotin the process table. The kernelnow assigns a new unique PID to this forked process and updates its PPID to reflectthe value ofthe process thatforked it. The forker is caled the parentprocess and the forked process is caled the child process Controlo de Processos Controlo Enviando um Sinalao Processo pelo Sistema Operativo Ferramentas Graficas - Uso Comun W indows - task manager/process explorer Linux - System Monitor Ferramentas de Linha de Comando (para administradores, programas batch etc W indows - taskkil Linux kil 4.18

10 Operações sobre Processos (term inação) Modos de term inação: Terminação normal. Um processo termina quando acaba a execução da sua última instrução,e pede ao sistema operativo para eliminá-lo via a chamada ao sistema exit. Nesta altura: O processo devolve eventualmente dados ao seu progenitor (via a chamada ao sistema wait). Recursos do processo progénito são libertados pelo sistema operativo. Terminação abrupta. O paipode terminar a execução dos processos filhos através da chamada ao sistema abort. Filho excedeu os recursos que lhe foram reservados. A tarefa atribuída ao filho não é mais necessária. O paiestá a terminar,o que obriga os seus filhos a terminar Foreground and Background She ls Logo a seguir um login,está-se a interagir com o seu shell de login.diz-se que o shell estáa correr ou executar no foreground.. porquê está no nosso frente e podemos interagir com ele. Quando se execute um novo shell o shell original éposto em background (atrás) e o novo shell é posto no foreground. Quando um processo estáem background quer dizer que estápronto (waiting) para executar o atémesmo executando na memória do computador mas não épossível interagir com este processo. No caso dum shell implica que estánum estado de espera, Quando se sai do shell novo o shell original estará obviamente trazido para o foreground Ver process-shell.doc 4.20

11 Cooperação entre Processos No que respeita à cooperação entre processos,estes podem ser classificados como: Processos independentes. Um processoindependente não pode afectar nem ser afectado pela execução doutro processo. Processos cooperantes. Um processocooperante pode afectar ou ser afectado pela execução doutro processo. Deixar um SO possibilite a cooperação tem.. Vantagens da cooperação entre processos: Partilha de informação (p.ex. ficheiros) Aceleração da computação (vários processadores) Modularidade (dividir funções do sistema em processos separados) Utilidade do ponto de vista do utilizador (p.ex. edição,compilação e impresssão em paralelo) Desvantagens MS-DOS provided no means ofconcurrentprocessing. Discuss three major complications thatconcurrentprocessing adds to an operating system. Answer: A method oftime sharing mustbe implemented to alow each of severalprocesses to have access to the system. This method involves the preemptionofprocesses thatdo notvoluntarily give up the CPU (by using a system cal,for instance)and the kernel being reentrant(so more than one process may be executing kernelcode concurrently). Processes and system resources musthave protections and must be protected from each other. Any given process mustbe limited in the amountofmemory itcan use and the operations itcan perform on devices like disks. Care mustbe taken in the kernelto preventdeadlocks between processes,so processes aren twaiting for each other s alocated resources. 4.22

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