Processos. Estados principais de um Processo: Contexto de um Processo. Nível de um Processo.
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- Ana Laura Alcântara Palhares
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1 Página 1 de 5 Processos Consiste num método de descrição das actividades de um sistema operativo; Todo o software incluído no sistema operativo é organizado num grupo de programas executáveis. Cada um destes programas quando activo forma um processo juntamente com o ambiente de execução associado; Cada processo pode "correr" num processador diferente, mas na prática é utilizada a multi-programação (cada processador "corre" vários processos), logo o sistema operativo deve fazer o escalonamento de processos de forma a ser efectuada a comutação de processos; Os sistemas operativos baseados neste modelo, fornecem primitivas para a criação e destruição de processos; Cada processo pode criar por sua vez processos filho independentes, podendo este continuar a sua execução concorrentemente com eles, ou então bloquear até à sua conclusão. Estados principais de um Processo: (1) Activo; (2) Bloqueado; (3) Pronto a executar; São possíveis quatro transições: (1) (2) : o processo não pode continuar porque está à espera de I/O (ex: teclado, ler/escrever num ficheiro, etc.); (1) (3) : o processo ultrapassou o tempo de CPU ( o tempo que o processo tem para estar em execução); (3) (1) : todos os processos já executaram e está na altura do primeiro processo voltar a executar; (2) (3) : o evento pelo qual o processo foi bloqueado já "chegou" e é necessário desbloquear o processo de forma a estar pronto para ser executado. Se nenhum processo está activo, então este processo é executado. Contexto de um Processo É toda a informação necessária à descrição completa do estado actual de um processo: PCB (Bloco de Controlo do Processo) Identificação do processo, grupo, etc; Informação sobre o escalonamento: estado, prioridade, etc; Localização e tamanho dos contextos de memória, de dados, de stack, ficheiros e código; Registos de controlo; Código; Dados do programa; Stack; Descritores de ficheiros. Nível de um Processo Resulta do facto de um processo depender de outro, ser colocado a um nível inferior: Nível 1 : processos do utilizador - programas do utilizador que usam serviços do supervisor; Nível 2 : processos do supervisor - executam funções como gestão de memória, ficheiros, escalonamento, etc; Nível 3 : I/O - respondem tipicamente a interrupts;
2 Página 2 de 5 Nível 4 : excepções : executam acções de manutenção do sistema (os erros e excepções são tratados aqui). Gestão de Processos Processos que executam funções como : criação e eliminação de processos; protecção de processos; sincronização de processos; comutação e escalonamento de processos. Protecção de Processos De modo a evitar que um processo do utilizador tenha acesso a um processo do supervisor, ou mesmo de outros utilizadores, é necessário garantir a integridade do sistema. Esta integridade deve basear-se em duas partes: Segurança - prevenção dos craches; Privacidade - acesso controlado. Sincronização de Processos A sincronização de processos é necessária para controlar a ordem em que cada processa opera sobre os dados e recursos partilhados. Comutação de Processos Os processos do utilizador cooperam com processos de mais alto nível de prioridade, actuando concorrentemente sobre o mesmo CPU. É necessário escolher o melhor algoritmo de escalonamento para a atribuição de tempo de CPU a cada processo. A comutação deve ter em conta vários aspectos: Justiça : cada processo deve ter a sua "fatia" de tempo de CPU; Eficiência : 100% de utilização do CPU; Tempo de Resposta: minimizar o tempo de resposta de sistemas interactivos; Throughput - maximizar o número de processos por hora. Uma das técnicas mais usadas é a preempção ( técnica de suspender processos durante um período de tempo). System Calls para manuseamento de Processos fork() - única maneira de criar um processo em Unix. Cria uma cópia exacta do processo original (código, dados, stack, descritor de ficheiros, etc), criando uma relação pai-filho, mas seguindo ambos "caminhos" diferentes; Todas as variáveis têm valores idênticos até à execução do fork, mas qualquer alteração feita em um, não se reflecte no outro, a partir dessa altura; O uid (User Identifier) do pai é copiado para o filho; Ao filho é atribuído um novo pid (Process Identifier);
3 Página 3 de 5 Geralmete o pai e o filho precisam de executar código diferente, logo o fork retorna 0 para o filho e retorna o pid do filho para o pai, sendo assim possível saber-se em qualquer altura qual dos dois processos está a ser executado. n = wait (estado) - obriga o pai a esperar pela terminação de qualquer processo. A n é associado o pid do primeiro processo filho que terminar e o respectivo valor de retorno é associado a estado. exit(estado) - termina um processo filho, retornando estado como valor de saída. O estado é guardado na tabela de processos, na qual o respectivo processo à assinalado com Zombie, até o pai o ir buscar através da system call wait (ou quando terminar a sua execução), originando assim uma eliminação definitiva da tabela de processos. n=getpid() - associa a n o valor do pid do processo corrente. n= getppid() - associa a n o valor do pid do pai do processo corrente. sleep(n) - adormece o processo corrente durante n segundos. a = WEXITSTATUS(n) - a variável a fica com o valor dos 8 bits menos significativos de n. Funcionamento de Algumas System Calls Fork ( int pid = fork() ) 1. Verifica se há lugar na Tabela de Processos; 2. Tenta alocar memória para o filho; 3. Altera mapa de memória e copia para a tabela; 4. Copia imagem do pai para o filho; 5. Copia para a tabela de processos a informação do processo pai (pid, prioridades, estado, etc); 6. Atribui um pid ao filho 7. Informa o Kernel (Núcleo do Sistema Operativo) e o sistema de ficheiros que foi criado um novo processo. Exit (exit(int estado) ) O funcionamento depende do pai estar à espera ou não. Se o pai está à espera, então a entrada na tabela é limpa, e o espaço de memória é desalocado (o processo termina definitivamente); Se o pai não está à espera, o processo fica Zombie, activando um bit na entrada correspondente da tabela; o scheduler (o responsável pelo escalonamento dos processos) recebe uma mensagem de modo a evitar o processo. Se o processo pai morre antes do filho fazer exit, e de modo a evitar que o processo fique Zombie eternamente, este é adoptado pelo processo tty (processo que "lê" o login) correspondente, já que este está sempre a fazer wait.
4 Página 4 de 5 Wait (int pid=wait(int *estado) ) Obriga o processo a esperar pelo fim de um filho de modo a libertar o espaço correspondente na tabela e originar uma eliminação definitiva. Obriga a uma pesquisa da tabela de processos, para descobrir se existe algum processo filho; Se existir um processo filho Zombie, ele é limpo da tabela de processos e o seu pid é retornado para o wait, assim como o argumento do exit do processo Zombie; Se não houver nenhum filho Zombie, e existir algum filho no scheduler, então o processo é bloqueado até o filho executar o exit; Se não existir nenhum filho na tabela de processos, o wait retorna um valor de erro. Nota: Se um processo estiver em wait e receber um sinal, este desbloqueia de imediato. Exemplo #include <unistd.h> #include <sys/wait.h> main() pid_t pid, pid2; int estado; pid = fork(); /* Cria um PROCESSO */ if (pid < 0) printf("erro ao criar o processo\n"); exit(-1); else if (pid >0) /* Código que só vai ser executado pelo Processo PAI */ printf("eu sou o PAI\n"); pid2 = wait(&estado); printf("o filho com o pid %d terminou\n",pid2); else /* Código que só vai ser executado pelo Processo FILHO */ printf("processo Filho\n");
5 Página 5 de 5 printf("repetido\n");
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