UNIVERSIDADE LUSÓFONA DE HUMANIDADES E TECNOLOGIAS C SISTEMAS OPERATIVOS

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1 UNIVERSIDADE LUSÓFONA DE HUMANIDADES E TECNOLOGIAS C SISTEMAS OPERATIVOS 2º Semestre 2005/ /7/2007 Resolução 1. Identifique três situações em que ocorra uma transição do modo de execução utilizador para o modo de execução supervisor. 1. Sempre que ocorre uma interrupção gerada por um dispositivo de E/S. A função de tratamento da interrupção é uma função do SO, de forma que, em geral, tem de haver uma transição de nível de privilégio do nível utilizador para o nível supervisor. 2. Quando um processo executa uma chamada ao sistema. Em geral as chamadas ao sistema são implementadas com recurso a uma instrução que gera uma interrupção (trap) que permite, para além da invocação de uma função do SO, também a transição entre os níveis de privilégio. 3. Quando um programa executa uma instrução que resulta numa excepção hardware, como por exemplo um acesso ilegal à memória, uma divisão por zero, ou a execução de uma instrução não reconhecida pelo CPU. Mais uma vez, o tratamento destas excepções é realizado pelo SO que executa em modo supervisor, pelo que há lugar a uma transição de modo de execução. 2. A instrução Test&Set necessita de ser uma instrução privilegiada? Porquê? Não. Esta é apenas uma instrução que executa uma leitura e uma escrita de uma determinada posição de memória de forma atómica (indivisível), pelo que pode ser executada em modo utilizador. 3. Explique como é que, se as operações sobre semáforos wait e signal não forem atómicas, a exclusão mútua pode ser violada. Se wait e signal não forem atómicas, então teremos o mesmo problema com que deparamos quando dois ou mais processos manipulam variáveis partilhadas. Isto é, é possível que entre a leitura e a actualização de uma variável, um processo seja retirado de execução, deixando essa mesma variável num estado incoerente. 4. Diga em que consiste uma espera activa. Em que circunstâncias pode esta ser desejável e indesejável? É uma técnica através da qual um processo verifica repetidamente se uma determinada condição é verdadeira. A ideia é que um outro processo a executar em paralelo eventualmente tornará a condição 1/5

2 verdadeira e permitirá ao processo em espera activa obter aquilo por que espera. 5. Qual a diferença entre um semáforo binário e um semáforo com contagem? Descreva resumidamente uma situação em que um semáforo com contagem seja útil. Um semáforo binário possui apenas dois estados. Isto é, está trancado ou destrancado. Um semáforo com contagem, pode guardar o estado acessível/inacessível (trancado/destrancado) de uma série de recursos idênticos; mais especificamente, conta o número de recursos acessíveis. Este tipo de semáforos é útil, por exemplo, para manter informação sobre o número de slots vazios num buffer de dimensão finita. Um processo que pretenda ocupar um slot espera neste semáforo, bloqueando-se eventualmente se não existir nenhum livre. Um processo que liberta um slot, fornece uma unidade ao semáforo indicando que existe mais um slot livre. 6. Uma técnica comum para a implementação de exclusão mútua numa máquina monoprocessador consiste em inibir as interrupções dentro de uma secção crítica e voltar a permiti-las depois de sair. Explique porque é que esta estratégia funciona. Numa máquina monoprocessador, o SO (entenda-se qualquer função do SO) pode ser executado simultaneamente através de uma chamada ao sistema e através de interrupções. Assim, as funções de tratamento das interrupções podem chamar funções que acedem e modificam dados globais do SO. Pode então surgir uma situação em que o processo que estava a executar no SO quando a interrupção ocorreu também estivesse a aceder aos mesmos dados globais do SO. Esse facto iria causar os habituais problemas de concorrência já estudados. Uma possível solução é, pura e simplesmente, acabar com a razão que conduziu à concorrência, isto é, inibir as interrupções. Como é evidente, esta solução é algo rudimentar e não pode ser generalizada para máquinas multiprocessador. 7. Dê três exemplos de mecanismos hardware cuja existência seja motivada por serviços do SO. 1. Operações atómicas do tipo Test&Set para sincronização. 2. Dois modos de execução (utilizador/supervisor). 3. Registos base e limite para confinamento do espaço de endereçamento de um processo. 4. Interrupções para tratamento das E/S. 5. Uma forma de interrupção gerada por software para implementação das chamadas ao sistema. 2/5

3 6. Vectores de interrupção (que permitem agulhar para uma função de tratamento da interrupção em função da sua origem) para tratamento das interrupções. 8. Diga em que consiste uma situação de trashing num SO. Uma situação em que o sistema passa muito tempo a transferir páginas de e para memória secundária, e pouco tempo a processar as aplicações. Em geral isto deve-se ao facto da memória não ser suficiente ou a estar a ser utilizado um mau algoritmo de substituição. 9. Diga o que entende por Working Set. Num dado intervalo de tempo, o conjunto de páginas necessárias para evitar a ocorrência de (demasiadas) faltas de página (trashing). 10. No contexto da gestão de memória, explique os seguintes conceitos: Fragmentação interna. Em que circunstâncias ocorre? Espaço desperdiçado no interior de um bloco de memória atribuído a um processo. Ocorre por exemplo na paginação Fragmentação externa. Em que circunstâncias ocorre? Espaço resultante das sucessivas operações de reserva/libertação de memória com dimensões variáveis, que ao fim de algum tempo dão origem a inúmeros blocos de memória livre de variadas dimensões. Ocorre por exemplo na segmentação Compactação. Quando é necessária? A compactação é uma forma de resolver o problema criado pela fragmentação externa. Num sistema com a memória muito fragmentada, pode acontecer que embora a dimensão total da memória livre seja bastante, não exista nenhum bloco com a dimensão suficiente para satisfazer um determinado pedido. A compactação arruma todo o espaço livre num único bloco, eliminando assim a fragmentação. 11. Dada a seguinte sequência de referencias a páginas e uma tabela de páginas com 3 posições, calcule o número de faltas de página para cada um dos seguintes algoritmos de substituição. 5, 4, 8, 2, 7, 4, 5, 9, 1, 8, 7, 4, 5, 2, 7 Nota: Assuma que a memória está inicialmente vazia e que, portanto, as páginas iniciais também geram faltas de página. 3/5

4 11.1. FIFO Óptimo 12. Dada a seguinte informação, onde um valor maior de prioridade significa uma maior prioridade, desenhe os diagramas de Gantt que ilustrem a execução dos processos e calcule o seu tempo médio de espera usando os seguintes algoritmos de scheduling: Processo Tempo de Tempo de Chegada Execução Prioridade P P P P P Round-Robin com um quantum de Shortest Job First, não preemptivo Prioridades, preemptivo (use FCFS quando prioridades forem iguais). 4/5

5 13. Que características determinam o tempo de acesso a um disco magnético? Explique detalhadamente cada uma delas. Seek time: Tempo necessário para a cabeça se deslocar para o cilindro desejado. Tempo de Latência: Tempo necessário para o sector desejado passar debaixo da cabeça. Determinado pela velocidade de rotação. Tempo de Transferência: Determinado pela taxa de rotação, quantidade de informação a transferir, e pela densidade da informação no disco. 14. No contexto do tratamento de E/S pelo SO diga em que circunstancias será mais eficiente a utilização de interrupções do que polling e vice-versa. As interrupções são mais eficientes quando mais do que um processo está em condições de executar. Se um processo que executa uma operação de E/S se bloquear até que esta se complete, outros processos podem usar o processador enquanto esse processo espera. A notificação da conclusão da operação de E/S, e o consequente desbloqueio do processo em espera são desencadeados na sequência de uma interrupção gerada pelo dispositivo de E/S quando termina a operação que lhe foi solicitada. O polling é mais eficiente quando apenas um processo está em condições de executar (sistema que não suporte multiprocessamento p.e. MS-DOS). Também pode ser mais eficiente se o dispositivo de E/S for tão rápido que a operação solicitada possa ser completada antes que outro processo tivesse chance de executar. Neste caso não faria sentido dar a chance de outro processo executar e esperar pela interrupção que indicaria o fim da operação. 5/5