Sistemas Operacionais

Transcrição

1 Sistemas Operacionais Processos - Parte 1 Prof. Dr. Fábio Rodrigues de la Rocha (Processos - Parte 1) 1 / 46

2 Um aspecto importante no estudo sobre sistemas operacionais é o gerenciamento de processos. Mas afinal, o que é um processo? Quando escrevemos um programa em alguma linguagem, por exemplo C, devemos compilá-lo. Ao compilar um programa em C gera-se um conjunto de instruções em uma linguagem (microinstruções) que o computador consegue entender. (Processos - Parte 1) 2 / 46

3 Quando o processador passa a executar o programa, temos um processo executando. Assim sendo, para todos os efeitos um processo é um programa em execução. A este conceito vamos adicionar o seguinte. um processo é um programa em execução, considerando-se todos os valores dos seus registradores e de suas variáveis. (Processos - Parte 1) 3 / 46

4 Esse conjunto de instruções é um programa de computador. O programa de computador é estático, ou seja composto por um conjunto de instruções como no exemplo abaixo: 1 y =0; 2 f o r ( x =0;x <10; x++) 3 { 4 y=y +20; 5 } 1 CARREGUE #10, A 2 CARREGUE #0, B 3 REPETE : 4 ADD B,#20 5 DECREMENTA A 6 CMP A,#0 7 SALTA DIFERENTE REPETE 8 FIM : (Processos - Parte 1) 4 / 46

5 Monoprogramação Na monoprogramação temos apenas um processo na memória do computador. Dispositivos CPU Programa usuário Executando Inicio de operação de I/O fim de I/O Programa usuário Executando DISCO Acesso a disco 1 MOVE A, B 2 MOVE C,D 3 LEIA DISCO 4 ESPERA : 5 NOP NOP 9 ACESSE INFORMACAO tempo (s) (Processos - Parte 1) 5 / 46

6 Multiprogramação Se existirem vários processos, enquanto um processo espera pelo término da operação de leitura, outro processo pode executar. (Processos - Parte 1) 6 / 46

7 Multiprogramação (Processos - Parte 1) 7 / 46

8 Como é possível a multiprogramação? Interrupções; Timer; (Processos - Parte 1) 8 / 46

9 PC PROCESSADOR 255 Linhas de endereço A0 Processo A A B C A7 SP Flags 200 Linhas de dados D0 Processo B D7 Operação Processo C Salte para 16 Salte para 13 Salte para 9 Salte para Vetores de Interrupção (Processos - Parte 1) 9 / 46

10 Idealização A B C Word Excel Paint Escalonador Execução real Tempo (Processos - Parte 1) 10 / 46

11 (Processos - Parte 1) 11 / 46

12 (Processos - Parte 1) 12 / 46

13 (Processos - Parte 1) 13 / 46

14 Resumo: Diversos processos podem existir na memória do computador, mesmo com apenas um processador; Pode-se executar um pouco um processo A e depois passar a executar o processo B e assim por diante; Realizando-se essa troca entre processos (chaveamento de processos) rapidamente dá a ilusão de vários processos executando simultaneamente. Processos não executam sobre controle direto do SO. O sistema operacional (escalonador) só assume quando ocorre uma interrupção ou quando um processo faz uma chamada de sistema (por exemplo ao requisitar uma leitura do disco). (Processos - Parte 1) 14 / 46

15 Estado dos processos Na multiprogramação existem diversos processos na memória e algumas questões podem surgir: O que acontece quando um processo faz uma solicitação de chamada de sistema? O que ocorre quando o SO escolhe que um processo deve executar no lugar de outro? (Processos - Parte 1) 15 / 46

16 Estado dos processos (Processos - Parte 1) 16 / 46

17 Até agora, assumimos que os processos são independentes entre si. Isto é, eles não se comunicam. Onde comunicação pode ser: Quando dois processos acessam a mesma posição de memória (memória compartilhada); Quando dois processos acessam o mesmo dispositivo. (Processos - Parte 1) 17 / 46

18 O que ocorre é que muitas vezes os processos compartilham memória ou um dispositivo. Isso pode fazer com que o resultado deles dependa da ordem em que o escalonador decidiu que eles deveriam executar. (Processos - Parte 1) 18 / 46

19 (Processos - Parte 1) 19 / 46

20 (Processos - Parte 1) 20 / 46

21 (Processos - Parte 1) 21 / 46

22 (Processos - Parte 1) 22 / 46

23 (Processos - Parte 1) 23 / 46

24 (Processos - Parte 1) 24 / 46

25 (Processos - Parte 1) 25 / 46

26 (Processos - Parte 1) 26 / 46

27 (Processos - Parte 1) 27 / 46

28 (Processos - Parte 1) 28 / 46

29 (Processos - Parte 1) 29 / 46

30 No exemplo anterior dois processos (A e B) acessaram a variável In; A variável In é chamada variável compartilhada; Como o acesso foi feito sem nenhum cuidado, a execução do processo A não teve o resultado esperado. (Processos - Parte 1) 30 / 46

31 Condição de disputa Define-se como Condição de disputa a situação onde dois ou mais processos estão acessando dados compartilhados (variável In no exemplo) e o resultado final do processamento depende de quem roda quando. (Processos - Parte 1) 31 / 46

32 Região crítica Define-se como Região crítica a parte do código de um processo cuja execução pode levar a uma condição de disputa. No exemplo seria a parte do código que corresponde as linhas de código 2 e 4. (Processos - Parte 1) 32 / 46

33 (Processos - Parte 1) 33 / 46

34 Processos que compartilham dados devem obedecer algumas regras para que sua execução seja um sucesso. Dois ou mais processos não podem estar simultaneamente dentro de suas regiões críticas; Não podemos assumir nada sobre a velocidade em que cada um dos processos executa suas instruções; (Processos - Parte 1) 34 / 46

35 Nenhum processo que está executando fora de sua região crítica pode bloquear outro processo; Nenhum processo pode ser obrigado a esperar indefinidamente para entrar na sua região crítica. (Processos - Parte 1) 35 / 46

36 Existem algumas soluções para lidar com o problema das regiões críticas: 1-Desabilitar interrupções; Quais os problemas? (Processos - Parte 1) 36 / 46

37 1 Nome arquivo=s e l e c i o n a a r q u i v o p a r a i m p r i m i r ( ) ; 2 DESABILITA INTERRUPCOES ( ) 3 P o s i c a o=l e i a v a l o r p o s i c a o l i v r e ( ) 4 Armazena arquivo ( Posicao, nome arquivo ) 5 A t u a l i z a p o s i c a o l i v r e ( P o s i c a o +1) 6 HABILITA INTERRUPCOES ( ) ; 7 Mostra mensagem para usuario ( ) (Processos - Parte 1) 37 / 46

38 Existem algumas soluções para lidar com o problema das regiões críticas: 2-Variáveis de travamento; (Processos - Parte 1) 38 / 46

39 1 Nome arquivo=s e l e c i o n a a r q u i v o p a r a i m p r i m i r ( ) ; 2 3 While ( v a r i a v e l t r a v a m e n t o ==1) ; 4 5 // P r o c e s s o consegue a c e s s o a r e g i a o c r i t i c a 6 v a r i a v e l t r a v a m e n t o =1; 7 P o s i o =L e i a v a l o r p o s i c a o l i v r e ( ) 8 Armazena arquivo ( Posicao, nome arquivo ) 9 A t u a l i z a p o s i c a o l i v r e ( P o s i c a o +1) 10 v a r i a v e l t r a v a m e n t o = 0 ; 11 Mostra mensagem para usuario ( ) (Processos - Parte 1) 39 / 46

40 Existem algumas soluções para lidar com o problema das regiões críticas: 3-Estrita alternância; (Processos - Parte 1) 40 / 46

41 // Codigo do p r o c e s s o A while (VEZ== B ) ; // P r o c e s s o A e n t r a r e g i a o c r i t i c a.... // s a i da r e g i a o c r i t i c a VEZ= B ; 1 // Codigo do p r o c e s s o B 2 while (VEZ== A ) ; 3 // P r o c e s s o B e n t r a r e g i a o c r i t i c a // s a i da r e g i a o c r i t i c a 10 VEZ= A ; (Processos - Parte 1) 41 / 46

42 Existem algumas soluções para lidar com o problema das regiões críticas: 4-Instrução TSL; (Processos - Parte 1) 42 / 46

43 TSL (Test and Set Locked) A instrução TSL é uma instrução atômica, ou seja ela é composta internamente por algumas ações mas estas ações são executadas completamente como se fossem apenas uma. Ou seja, não existe como o escalonador do SO executar apenas parte da instrução e dar o processador para outro processo executar. TSL Registrador, valor = { Registrador valor valor 1 (Processos - Parte 1) 43 / 46

44 (Processos - Parte 1) Escalonador 44 / 46 Comunicação entre processos // v a l o r e s t a c o m p a r t i l h a d a // e n t r e todos os p r o c e s s o s MOV v a l o r,#0 E n t r a R e g i a o : TSL R e g i s t r a d o r, v a l o r CMP R e g i s t r a d o r,#0 SALTA NZERO E n t r a R e g i a o RET S a i R e g i a o C r i t i c a : MOV f l a g, #0 RET 1 // Codigo do p r o c e s s o A CALL E n t r a R e g i a o 3 // Executa o c o d i g o // d e n t r o da r e g i a o c r i t i c a 5 CALL S a i R e g i a o C r i t i c a 1 // Codigo do p r o c e s s o B CALL E n t r a R e g i a o 3 // Executa o c o d i g o // d e n t r o da r e g i a o c r i t i c a 5 CALL S a i R e g i a o C r i t i c a

45 5-Solução de Peterson; (Processos - Parte 1) 45 / 46

46 (Processos - Parte 1) 46 / 46