Sistemas Operacionais I Parte V Operações nos Processos. Roteiro. Prof. Gregorio Perez Introdução. Operações nos Processo

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1 Sistemas Operacionais I Parte V Roteiro Introdução Operações nos Processo Término Processos Cooperativos Comunicação entre Processos Questões Prof. Gregorio Perez gregorio@uninove.br Sistem as Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 2 Introdução Os processos podem executar de forma concorrente SO provê mecanismos especiais Destruição (término) Processos Cooperativos Comunicação inter-processos Interprocess communication (IPC) 2007 Sistem as Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 3

2 Um processo pode criar novos processos O processo criador é chamado de processo pai O processo criado é chamado de processo filho ou subprocesso Exatamente um processo pai cria um processo filho Quando um processo pai é destruído, o SO pode responder de duas formas: Destruir todos os processos filhos do processo pai destruído Permitir os processos filhos continuarem independentes de seus pais 2007 Sistem as Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 4 Processo Pai cria processos filhos Processos filhos podem criar novos processos filhos Árvore de processos A Compartilhamento recursos Pais e filhos compartilham todos os recursos Filhos compartilham um subconjunto dos recursos dos pais Pais e filhos não compartilham recursos B E H F C G D Execução Pais e filhos executam concorrentemente Pai espera até que o filho acabe II 2007 Sistem as Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 5 Espaço de endereços Cópia filha do processo pai Filho contém um programa carregado Exemplo do UNIX Processo é identificado por um número inteiro (identificador de processo) Cópia filha do processo pai A chamada de sistema fork cria novo processo que consiste em uma cópia do espaço de endereçamento do processo original Permite que o processo pai se comunique facilmente com o filho Ambos continuam a execução da instrução após fork Código de retorno de fork é zero para o filho, enquanto o identificador de processo filho é retornado ao pai 2007 Sistem as Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 6

3 Exemplo do UNIX Filho contém um programa carregado Pode substituir o espaço de memória do processo por um novo programa A chamada de sistema execlp usada após um fork A chamada execlp carrega um arquivo binário na memória e inicia a execução Os 2 processos podem se comunicar e depois seguir seu caminho O pai pode criar mais filhos ou emitir uma chamada wait até o término do filho pai prossegue wait fork() filho exec() exit() 2007 Sistem as Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 7 Nova imagem do processo criada em C #include <stdio.h> int main(int argc, char *argv[]) { int pid; pid = fork(); /* cria outro processo */ if (pid < 0) { /* ocorreu erro na execução do Fork */ fprintf(stderr, Falha no Fork "); exit(-1); else if (pid == 0) { /* processo filho */ execlp("/bin/ls","ls",null); exit(1); else { /* processo pai */ wait(null); /* pai espera o término do filho */ printf( Filho terminou "); exit(0); 2007 Sistem as Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 8 Árvore de Processos (UNIX) pagedaemon raiz swapper init usuário 1 usuário 2 usuário Sistem as Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 9

4 Árvore de Processos (Linux) init kswap khubd pdflush login xfs klogd bash vi myprog finger 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 10 Árvore de Processos (Solaris) Init pid = 1 Sched Pid = 0 Pageout pid = 2 Fsfhush pid = 3 Netscape pid = 7785 inetd pid = 140 telnetdeamon pid = 7776 Csh pid = 7778 Emacs pid = 8105 dtlogin pid = 251 Xsession pid = 284 sdt_shel pid = 340 Csh pid = 1400 ls pid = 2123 Cat pid = Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 11 Término Processo executa uma última instrução e pede para o SO que o termine (exit) Saída de dados do filho para o pai (via wait) Recursos dos processo são liberados pelo SO Pai pode terminar a execução do processo filho (abort) Filho pode ter excedido os recursos alocados Tarefa associada ao filho não é mais requerida Se pai está saindo (término do pai) Término em Cascata Alguns SO (p.e., VMS) não permitem que filho continue sem pai Todos os filhos são eliminados (término em cascata) Normalmente, este término em cascata é iniciado pelo SO 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 12

5 Processos Cooperativos Processos Independentes Processo não pode afetar ou ser afetado pela execução de outro processo Processos Cooperativos Processo pode afetar ou ser afetado pela execução de outro processo Vantagens dos processos cooperativos Compartilhamento de Informações Velocidade de Computação Modularidade Conveniência 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 13 Processos Cooperativos Produtor - Consumidor Paradigma para processos cooperativos Processo Produtor produz informação que é consumida por um processo Consumidor Programa produz caracteres que são consumidos pelo dispositivo de impressão Compilador produz código assembly que é consumido pelo montador Execução Concorrente Buffer é preenchido pelo Produtor Buffer é esvaziado pelo Consumidor 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 14 Processos Cooperativos Produtor - Consumidor Produtor consome um item enquanto um Consumidor está consumindo outro item Produtor e Consumidor devem ser sincronizados Consumidor não tentar consumir um item ainda não produzido Consumidor deve esperar a produção Buffer não limitado Não há limite prático no tamanho do buffer Produtor sempre pode produzir novos itens Buffer limitado Assume que há um tamanho fixo do buffer Produtor deve esperar se buffer estiver cheio 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 15

6 Produtor Consumidor (Buffer Limitado) Solução para Memória Compartilhada public class BufferLimitado implements Buffer { private static final int BUFFER_SIZE = 5; // tamanho do Buffer private int count; // número de itens no buffer private int in; // aponta para próxima posição livre private int out; // aponta próxima posição cheia private Object [ ] buffer; public BufferLimitado() { // buffer inicialmente está vazio count = 0; in = 0; out = 0; buffer = new Object[BUFFER_SIZE]; public void inserir (Object item) { // produdores chamam este método... public Object remover () {... // consumidores chamam este método 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 16 Produtor Consumidor (Buffer Limitado) Solução para Memória Compartilhada public void inserir (Object item) { while (count == BUFFER_SIZE) ; // não faz nada -- nenhum buffer livre ++count; // acrescenta um item ao buffer buffer[in] = item; in = (in + 1) % BUFFER_SIZE; public Object remover () { Object item; while (count == 0) ; // não faz nada -- nada para consumir --count; // remove um item do buffer item = buffer [out]; out = (out + 1) % BUFFER_SIZE; return item; 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 17 Comunicação entre Processos Interprocess Communication (IPC) Mecanismo que permite aos processos Comunicarem entre si Sincronizarem suas ações Sistema de Mensagens Comunicação sem compartilhar o mesmo espaço de endereçamento Ambientes Distribuídos Particularmente útil Processos em diferentes computadores 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 18

7 Comunicação entre Processos Recurso IPC fornece pelo menos duas operações send (mensagem) tamanho fixo ou variável receive (mensagem) Mensagem de Tamanho Fixo Implementação (nível do sistema) mais simples A programação é mais difícil Mensagem de Tamanho variável Implementação (nível do sistema) mais complexa A programação é mais simples 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 19 Comunicação entre Processos Se dois processos P e Q querem se comunicar, devem: Estabelecer um link de comunicação entre eles Trocar mensagens através de send/receive Implementação do link de comunicação física (p.e., memória compartilhada, barramento,...) lógica (p.e., propriedades lógicas) Implementação Lógica Comunicação direta ou indireta Comunicação simétrica ou assimétrica Buffering automático ou explícito Enviar por cópia ou por referência Mensagem de tamanho fixo ou variável 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 20 Comunicação Direta Destino ou Remetente devem ser identificados explicitamente send (P, mensagem) envia mensagem para P receive (Q, mensagem) recebe mensagem de Q Propriedades do canal (link) de comunicação Um canal é estabelecido automaticamente Um canal é associado com exatamente um par de processos Entre cada par existe exatamente um canal O canal pode ser unidirecional, mas normalmente é bidirecional 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 21

8 Comunicação Simétrica e Assimétrica Simétrico Remetente é conhecido send (P, mensagem) receive (Q, mensagem) Assimétrico Remetente não é conhecido send (P, mensagem) receive (id, mensagem) 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 22 Comunicação Indireta O enviou e recebimento é feito por caixas de correio (portas) Dois processos só podem se comunicar se tiverem uma caixa de correio em comum send (A, mensagem) - envia mensagem para a caixa de correio A receive (A, mensagem) - recebe mensagem da caixa de correio A Propriedades do canal (link) de comunicação Um canal é estabelecido apenas se a par de processos tiverem uma caixa de correio compartilhada Um canal pode ser associado a mais de dois processos Entre cada par podem existir vários canais diferentes O canal pode ser unidirecional ou bidirecional 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 23 Comunicação Cliente Servidor Sockets Remote Procedure Calls (RPC) Remote Method Invocation (RMI - Java) 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 24

9 Comunicação Cliente Servidor Sockets Soquetes são definidos como ponto final da comunicação Concatenação de endereço IP e porta Soquete :1625 porta 1625 host Comunicação é realizada entre um par de soquetes web server ( ) socket ( :80) Host X ( ) socket ( :1625) 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 25 Comunicação Cliente Servidor Remote Procedure Calls (RPC) Chamadas de Procedimento Remotos (RPC) São chamadas de procedimentos abstratas entre processos em sistemas em rede Stubs indicador no lado do cliente para o procedimento real no servidor O stub do lado do cliente localiza o servidor e disponibiliza os parâmetros O stub do lado do servidor recebe a mensagem desempacota os parâmetros disponibilizados realiza o procedimento no servidor 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 26 Comunicação Cliente Servidor Remote Method Invocation (RMI) Invocação Remota de Métodos Mecanismo em Java similar aos RPCs Permite que um programa em Java em uma máquina invocar um método em um objeto remoto cliente val = server.metodoqualquer(a,b) stub A, B, metodoqualquer Boolean return valor JVM Programa java Objeto remoto skeleton Objeto remoto 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 27 JVM boolean metodoqualquer(object x, Object y) { // implementação de metodoqualquer...

10 Questões Quantos pais um filho pode ter? Explique O que é uma árvore de processos? Como pode ocorrer o compartilhamento de recursos entre processos pais e filhos O que ocorre com o processo filho quando um processo pai é terminado? Um processo pai pode terminar um processo filho? Por que um processo pai terminaria um processo filho? O que é um processo cooperativo? O que pode acontecer se um processo cooperativo tiver buffer limitado? Quando ocorre um término em cascata? Explique 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 28 Questões Quais são os benefícios e as desvantagens de cada um dos seguintes? Considere os níveis tanto do sistema quanto do programador. Comunicação síncrona e assíncrona Buffer automático e explícito Mensagens de tamanho fixo e de tamanho variável Por que é vantajoso criar uma hierarquia de processos em vez de uma lista encadeada? Sinais são interrupções de software que notificam ao processo que um evento ocorreu. Diferentes de mensagens, sinais não permitem que processos especifiquem dados para trocar com outros processos e dependem do SO e das interrupções suportadas por um processador. Por que Sistemas Distribuídos adotam troca de mensagem e não sinais? 2007 Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 29 Referência Bibliográfica Sistemas Operacionais Deitel, Deitel e Choffnes; Ed. Pearson 3a Edição Sistemas Operacionais, Conceitos e Aplicações A. Silberschatz, P. Galvin, G. Gagne; Ed. Campus Tradução da 6a Edição /slides/slides.html Sistemas Operacionais Modernos Andrew Tanenbaum; Ed. Pearson 2a Edição Sistemas Operacionais I - SO I Parte V - prof. Gregorio Perez 30