Gerência de processos Estudos de caso - BSD Unix

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1 Gerência de processos Estudos de caso - BSD Unix Escalonamento preemptivo com prioridades dinâmicas Prioridades entre 0 e a 49 kernel 50 a 127 usuário 32 filas de pronto Processos executando em modo Processos executando em modo

2 Gerência de processos Estudos de caso - BSD Unix Prioridade recalculada a cada 4 ticks (~ 40 ms) p usrpri =PUSER [ p ] estcpu 4 2 p nice p estcpu Estimativa para uso recente da CPU pelo processo p nice Peso entre 20 e 20

3 Gerência de processos Estudos de caso - BSD Unix p_estcpu incrementado a cada tick, se o processo estiver executando Aprox. 90% do uso da CPU acumulado em 1 s é esquecido após um período de tempo, em função da carga no sistema. p estcpu = 2 load 2 load 1 p estcpu p nice load Média amostrada da soma dos comprimentos da fila de pronto e da fila de bloqueado no minuto anterior

4 Gerência de processos Estudos de caso - BSD Unix Para processos bloqueados por mais de 1 s, prioridades são recalculadas quando se tornam prontos. p estcpu =[ 2 load 2 load 1 ] pslptime p estcpu p_slptime Tempo estimado do processo no estado de bloqueado (incrementado a cada 1 s).

5 Gerência de processos Estudos de caso - Windows NT Escalonamento preemptivo com prioridades dinâmicas Unidade de escalonamento: thread Threads possuem prioridade base e prioridade corrente (alterada temporariamente) Prioridades entre 0 e 31 (31 = maior prioridade) 0 1 a a 31 Thread ociosa Níveis variáveis Níveis de tempo-real

6 Gerência de processos Estudos de caso - Windows NT Win32 API mapeia prioridades de processos e threads para prioridades do NT

7 Gerência de processos Estudos de caso - Windows NT Elevação da prioridade de threads ao sair de estado de bloqueio ou espera Prioridade decrementa em uma unidade a cada ciclo, até retornar à prioridade base da thread

8 Gerência de processos Estudos de caso - Windows NT Elevação da prioridade de threads que vão entrar em estado de bloqueio ou espera Prioridade de threads interativas incrementa de 8 para 14 Quantum dobra thread fica pronta Prioridade volta ao normal quando termina o quantum Incremento do quantum de threads do processo foreground Pode manter o valor, duplicar ou triplicar

9 Gerência de processos Estudos de caso - Windows NT Elevação da prioridade de threads que estão sendo postergadas repetidamente Threads prontas a mais de 300 ticks (~ 4 s) ganham prioridade 15, e quantum é dobrado Prioridade volta ao normal assim que o quantum duplicado termina

10 Gerência de processos Operações sobre processos (Linux) Descrição de processos Processos possuem um ID único (PID) Possuem um usuário dono (UID) e um usuário efetivo (EUID), assim como grupo dono (GID) e grupo efetivo (EGID) Prioridade base (nice) pode ser alterada Toda a memória e objetos de sua posse estão protegidos de outros processos

11 Gerência de processos Operações sobre processos (Linux) Escalonamento no Linux: Custo computacional independente do número de processos Usa prioridades: processos são organizados em 140 filas (uma para cada prioridade) Fila 1 tem prioridade mais alta Dois conjuntos de filas: Filas ativas: processos sendo escalonados Filas expiradas: processos que consumiram todo o quantum de tempo

12 Gerência de processos Operações sobre processos (Linux) Escalonamento no Linux: filas

13 Gerência de processos Operações sobre processos (Linux) Filas ativas X expiradas: Processo movida da fila ativa para expirada quando zera seu crédito de CPU Seu novo crédito de CPU (e prioridade) é recalculado, definindo sua nova fila Quando fila ativa de uma determinada prioridade fica vazia, é permutada pela fila expirada correspondente

14 Gerência de processos Operações sobre processos (Linux) Preempção de processos: Processo em execução (estado rondando) preemptado imediatamente se um processo mais prioritário se torna apto Processo preemptado volta para sua fila de prioridade, e seu crédito de CPU é reduzido de acordo com o tempo que ficou em execução

15 Gerência de processos Operações sobre processos (Linux) Prioridades dinâmicas: Prioridades são recalculadas para se adaptarem ao comportamento do processo Processos CPU-bound são penalizados, e IO bound são recompensados CPU bound: prioridades acrescidas de até 5 unidades IO bound: prioridades reduzidas em até 5 unidades Interatividade calculada com base em quanto tempo um processo executa, comparado a quanto tempo fica bloqueado (em espera)

16 Gerência de processos Operações sobre processos (Linux) Prioridades dinâmicas: O crédito de uso de CPU (chamado timeslice) é modificado junto com a prioridade Prioridades maiores timeslices também maiores Timeslice tem valores entre: 5 ms: menor valor possível 100 ms: valor típico 800 ms: valor máximo

17 Gerência de processos Outras referências Para saber mais: Vários. "The Design and Implementation of the 4.4 BSD Operating System". Addison-Wesley, D. Solomon."Inside Windows NT,2nd ed.". Microsoft Press,1998. R. Stevens."Advanced Programming in the Unix Environment".Addison-Wesley, Páginas de manual do Linux (man pages)

18 Gerência de memória - Introdução Memória primária: recurso fundamental Todos os dados usados por processos e sistema operacional precisam em algum momento residir em memória primária Recurso escasso

19 Gerência de memória - Introdução Processo Linux em memória

20 Gerência de memória - Introdução Problemas quanto à gerência de memória Alocação Controle de que partes da memória estão alocadas a que processos. Atendimento das necessidades de memória dos processos. Proteção Um processo não pode alterar ou ler a memória de outro processo, a não ser que isto seja desejável. Eficiência no uso Aproveitamento da memória disponível

21 Gerência de memória - Alocação Alocação com partições fixas Espaço de endereçamento dividido em partições de tamanho fixo.

22 Gerência de memória - Alocação Alocação com partições variáveis São alocadas aos processos suas necessidades exatas de memória Ex: processos A, B, C e D usando a memória ao longo do tempo. As áreas sombreadas são memória livre.

23 Gerência de memória - Alocação Alocação: problemas Ambas abordagens apresentam sérios problemas: Fragmentação interna (partições fixas) Fragmentação externa (partições variáveis) Atualmente usa-se endereçamento virtual Cada processo vê a memória como se fosse só sua Um processo não vê os demais processos

24 Gerência de memória - paginação Endereçamento virtual: paginação Dividem-se os espaços de endereçamento real e virtual em pequenos blocos de mesmo tamanho. Os blocos virtuais são chamados de páginas. Os blocos reais são chamados de page frames. Mapeiam-se páginas para page frames. O mapeamento não precisa obedecer a nenhuma contiguidade.

25 Gerência de memória paginação Paginação (cont.) O mapeamento é feito através de tabelas de páginas. Estas são indexadas pelo número de página. Cada entrada da tabela (PTE) possui o número do page frame correspondente, mais bits de controle. Cada processo possui sua tabela de páginas.

26 Gerência de memória Memória virtual: memória secundária usada como se fosse memória principal Parece haver mais memória principal instalada. Parte de um processo poder estar em memória principal, e parte na memória secundária Ao se necessitar de parte de um processo que está na memória secundária, transfere-se-a para memória principal.

27 Gerência de memória Memória Virtual Swap com transferências de processos por completo entre memória principal e memória secundária

28 Gerência de memória - Memória Virtual Situação em que parte das páginas que compõem um processo estão em memória principal, e parte estão no swap.

29 Gerência de memória - Memória Virtual O que acontece num falta de página: Referência Exceção (falta de página) Página está no swap Carrega-se a página faltosa Atualiza-se tabela de páginas Reinicia-se a instrução Além disto, caso não haja espaço na memória principal para receber a nova página, uma outra página deve ser escolhida para ser retirada de memória.

30 Gerência de memória - Memória Virtual Estatísticas de memória virtual no Linux com o programa vmstat Ocupação da memória virtual Memória livre kb trazidos da memória virtual no último intervalo kb enviados para memória virtual no último intervalo

31 Gerência de memória - Memória Virtual Uso de memória virtual: Processo maior que memória disponível foi executado... Repare colunas swpd, free, si e so Processo terminou

32 Gerência de memória - Memória Virtual A operação de troca de páginas é cara! O tempo de acesso da memória secundária é muito maior que o da memória principal Devem-se procurar estratégias para minimizar as trocas de páginas Isto envolve evitar retirar da memória principal páginas que serão referenciadas em breve Baseado no Princípio da Localidade, páginas em muito uso têm grande probabilidade de continuarem sendo muito usadas.

33 Gerência de memória Memória Virtual A situação de degradação em que se gasta mais tempo fazendo troca de páginas que processando se chama thrashing. No gráfico da utilização da CPU em função do grau de multiprogramação (número de processos concorrentes), demonstra-se a existência do thrashing

34 Gerência de memória Memória Virtual Thrashing em ação!!! Trocas intensas de páginas Baixo uso de CPU