Sistemas Operacionais. Prof. Pedro Luís Antonelli Anhanguera Educacional

Transcrição

1 Sistemas Operacionais Prof. Pedro Luís Antonelli Anhanguera Educacional

2 Processador INTRODUÇÃO Projetado apenas para executar instruções Não é capaz de distinguir qual programa está em execução

3 Processo INTRODUÇÃO Base para a multiprogramação Programa alocar recursos Compartilhar dados Trocar informações Sincronizar sua execução Gerência de Processos é a principal tarefa do SO

4 ESTRUTURA DO PROCESSO Sistema Multiusuário Cada usuário é associado a um processo Processo Programa em execução Ambiente onde um programa é executado Informações sobre a execução Recursos do sistema utilizados Espaço de endereçamento Tempo de processador Área em disco

5 ESTRUTURA DO PROCESSO Processo é formado por MACHADO, fig.5.2, pag 67 Estrutura de um processo

6 ESTRUTURA DO PROCESSO Contexto de Hardware Armazena o conteúdo dos registradores da UCP, registradores de uso específico e registrador de status Contexto de Software Especifica as características e limites dos recursos que podem ser alocados pelo processo Composto por 3 grupos de informações: Identificação Quotas Privilégios

7 ESTRUTURA DO PROCESSO Contexto de Software Composto por 3 grupos de informações: Identificação PID (Process Identification) Referência aos processos UI (User Identification) Identificação do usuário Quotas Limites de cada recurso do sistema que um processo pode alocar Exemplo: Número maquina de arquivos abertos

8 ESTRUTURA DO PROCESSO Privilégios Direitos que definem ações que um processo pode fazer em relação a ele mesmo ou a outro processos do SO Exemplo: Conta root ou administrador

9 ESTRUTURA DO PROCESSO Espaço de Endereçamento Área de memória pertencente ao processo onde instruções e dados do programa são armazenados para execução. Cada processo possui seu próprio espaço de endereçamento. MACHADO, fig.5.4, pag 70 Características da estrutura de um processo

10 ESTRUTURA DO PROCESSO MACHADO, fig.5.4, pag 70 Características da estrutura de um processo

11 INFORMAÇÕES SOBRE OS PROCESSOS No Windows digite: <CTRL>+<ALT>+<DEL>

12 INFORMAÇÕES SOBRE OS PROCESSOS No Linux digite: gnome-system-monitor

13 ESTRUTURA DO PROCESSO- 14/03/2012 Bloco de Controle do Processo (PCB) Estrutura de dados do SO que implementa um Processo MACHADO, fig.5.5, pag 71 Bloco de controle do processo (PCB)

14 ESTADO DO PROCESSO Um processo pode estar em três estados Execução (Running) Quando está sendo utilizado pela UCP Somente um processo pode ser executado a cada instante Pronto (Ready) Quando aguarda apenas para ser executado Espera / Bloqueado (Wait) Quando aguarda por algum evento externo ou por algum recurso para prosseguir seu processamento

15 MUDANÇAS DE ESTADO DO PROCESSO Pronto -> Execução Quando um processo é criado, o sistema o coloca em uma fila de processos prontos, onde aguardará uma oportunidade para ser executado. Cada SO tem seus próprios critérios e algoritmos para a escolha da ordem em que os processos serão executados (escalonamento).

16 MUDANÇAS DE ESTADO DO PROCESSO Pronto -> Execução (continuação) Esta transição também ocorre quando todos os processos já tiveram o seu tempo de execução (fatia de tempo) e agora é novamente a vez do primeiro processo da fila de prontos ser executado pela CPU. Causada por eventos gerados pelo sistema. Isto é de forma involuntária ao processo.

17 MUDANÇAS DE ESTADO DO PROCESSO Execução -> Espera( Bloqueado) - Um processo executando pode passa para o estado bloqueado por meio de eventos gerados pelo próprio processo. Ex: uma operação de E/S. - Um processo, quando em execução, também pode passar para o estado bloqueado por por eventos gerados pelo sistema. Ex: S.O. suspende por um período a execução de um processo.

18 MUDANÇAS DE ESTADO DO PROCESSO Espera ( Bloqueado) -> Pronto - Um processo no estado de bloqueado/espera passa para o estado de pronto quando a operação solicitada é atendida ou o recurso esperado é concedido. - Um processo no estado de bloqueado/espera sempre terá que passar pelo estado de pronto antes de poder ser novamente selecionado para execução. - Não existe mudança de estado de bloqueado/espera para o estado de execução diretamente.

19 MUDANÇAS DE ESTADO DO PROCESSO Execução -> Pronto Um processo em execução pode passa para o estado de pronto quando ocorrer o término da sua fatia de tempo, por exemplo. Nesse caso, o processo volta para a fila de processos prontos, onde aguarda uma nova fatia de tempo; Causada por eventos gerados pelo sistema. Isto é de forma involuntária ao processo.

20 MUDANÇAS DE ESTADO DO PROCESSO - RESUMO

21 MUDANÇAS DE ESTADO DO PROCESSO Atenção: - Um processo em estado Pronto ou Espera pode não se encontrar na memória principal! - Isto ocorre quando não existe espaço suficiente para todos os processo na RAM e parte do contexto do processo é levada para o HD. - Uma técnica conhecida como swapping retira processos da RAM e os traz de volta seguindo critérios de cada SO. Neste caso, os processos em estado bloqueado/espera e pronto podem estar residentes ou não residentes na RAM.

22 MUDANÇAS DE ESTADO DO PROCESSO COM Swapping

23 CRIAÇÃO E ELIMINAÇÃO DE PROCESSOS - Processos são criados e eliminados por vários motivos; - Um processo é criado quando o SO adiciona um novo PCB ( Bloco de Controle de Processo) à sua estrutura. A partir do PCB o SO já pode gerenciar o processo; - Quando um processo é eliminado seus recursos associados são desalocados e o SO elimina o PCB. - A criação de um processo não o coloca na lista de processo no estado de pronto.

24 CRIAÇÃO E ELIMINAÇÃO DE PROCESSOS Além dos 3 estados de um processo, a maioria dos SO têm mais 2 estados (um para criação e outro para eliminação). - Criação (New) : O SO criou um novo PCB, porém o processo não está na lista de prontos; - Terminado (Exit): Não pode ser mais executado, porém o SO ainda mantém seu PCB e o SO usa o PCB para contabilizar os recursos usados. Após isto, o processo pode deixar de existir.

25 CRIAÇÃO E ELIMINAÇÃO DE PROCESSOS

26 CONCORRÊNCIA DENTRO DE UMA MESMA APLICAÇÃO Existem maneiras diferentes de implementar concorrência dentro de uma aplicação. Uma delas é subdividir o código em partes para trabalharem de forma cooperativa. Essa divisão pode ser de 3 formas: - Processos Independentes; - Subprocessos; - Threads.

27 PROCESSOS INDEPENDENTES O uso de processo independentes é a forma mais simples de implementar a concorrência em sistemas multiprogramáveis; Neste caso não existe vínculo do processo criado com o seu criador; A criação de um processo independente exige a alocação de um PCB.

28 SUBPROCESSOS São processos criados dentro de uma estrutura hierárquica: - Processo criador = processo pai; - Novo processo = subprocesso ou processo filho. Um subprocesso pode criar outros subprocessos. Existe a dependência entre o processo pai e filho, ou seja, se o processo pai morre, o filho morre automaticamente. Os subprocessos também possuem seu próprio PCB. Os subprocessos podem compartilhar quotas com seu pai.

29 PROCESSOS x SUBPROCESSOS

30 PROCESSOS x SUBPROCESSOS A criação e eliminação de processos independentes e subprocessos demanda recursos do sistema (CPU, RAM,...). Além disso, como cada processo tem seu espaço de endereçamento, a comunicação e sincronização entre processos é pouco eficiente.

31 THREADS O mecanismo de Threads foi introduzido para reduzir o tempo gasto na criação, eliminação e troca de contexto de processos. Em um ambiente multithread um processo suporta múltiplos threads (um para cada parte do código da aplicação). Neste caso não há a necessidade de vários processos para a implementação da concorrência economizando recursos do sistema. Threads compartilham a CPU da mesma forma que um processo, ou seja, enquanto um thread espera por E/S, outro pode ser executado.

32 THREADS Cada thread possui seu próprio contexto de Hardware, porém divide o mesmo contexto de Software e espaço de endereçamento com os demais threads do processo.

33 PROCESSOS dos tipos FOREGROUND e BACKGROUND Um processo possui sempre dois canais de comunicação associados a ele: Um canal de entrada de dados (Input) Um canal de saída de dados (Output) Dependendo de do tipo desses canais os processos podem ser classificados como Foreground ou Background.

34 PROCESSOS do tipo FOREGROUND Permite a comunicação direta do usuário com o processo durante o seu processamento. Tem como base processamento interativo (teclado, mouse e monitor, etc)

35 PROCESSOS do tipo BACKGROUND Não permite a comunicação com o usuário durante o processamento. Tem como base processamento tipo batch (arquivos de E/S)

36 Processo Foreground e Background - PIPE É possível associar a saída de um processo a entrada de um outro. Para isso usa-se um pipe ( cano, tubo ) ligando os processos. Exemplo em UNIX : cat arq1 arq2 arq3 grep linguagem Obs: - O comando cat do sistema operacional Unix é usado para unir, criar e exibir arquivos; - O comando grep scaneia a saída linha por linha procurando pelos argumentos especificados na sintaxe do comando. Portanto temos que : o comando cat está sendo usado para concatenar 3 arquivos e comando grep mostrará as linhas da saída de cat com a palavra linguagem.

37 Processo Foreground e Background - PIPE

38 PROCESSOS do tipo CPU-BOUND E I/O-BOUND CPU-Bound ( limitado pelo processamento) Ligado a CPU passa a maior parte do tempo usando o processador ( estado de execução) e pouco utiliza as operação de E/S. Exemplo: Programas de cálculo ou análise, próprias de programas científicos. I/O-Bound ( limitado pelas entradas/saídas) Esse tipo de processamento usa pouco a CPU e passa a maior parte do seu tempo no estado de bloqueado (ou espera), pois realiza muita operações de E/S. Exemplos: - Aplicações comerciais (leitura X gravação); - Processos interativos ( logon e entrada de dados); - Manipulação de Banco de Dados.

39 PROCESSOS do tipo CPU-BOUND E I/O-BOUND

40 SINAIS É um mecanismo que permite notificar processos de eventos gerados pelo SO ou por outros processos. O uso de sinais é fundamental para gerência de processos. Exemplo: O uso do Ctrl+C para interromper um programa: - Neste caso o SO gera um sinal informando ao processo o evento; - No momento que o processo identifica a chegada do sinal, uma rotina específica de tratamento é executada. MACHADO, fig.5.17, pag 82 Uso de sinais

41 SINAIS A maioria dos sinais são gerados pelo SO ou pelo Hardware, como a ocorrência de exceções, interrupções de terminais, quotas excedidas e alarmes de tempo. Em outras situações, os eventos são gerados a partir de outros processos com o propósito de sincronizar suas exceções. Um processo não responde instantaneamente a um sinal e os sinais ficam pendentes até que o processo seja escalonado.

42 SINAIS O tratamento de um sinal é semelhante ao de interrupção. Quando um sinal é tratado, o contexto do processo é salvo e a execução desviada para um código de tratamento de sinal. Depois disso o programa volta a ser processado do ponto que parou. O mecanismo de sinais está para o processo assim como as interrupções e exceções estão para o SO.

43 PROCESSOS DO SISTEMA OPERACIONAL Serviços do SO realizados através de processos: Auditoria e segurança; Serviços de rede; Contabilização do uso de recursos; Contabilização de erros; Gerencia de impressão; Gerencia de jobs batch; Temporização; Comunicação de eventos; Interface de comandos Shell.

44 BIBLIOGRAFIA MACHADO, F. B. & MAIA, L. P., Arquitetura de Sistemas Operacionais, 4 Edição, São Paulo, LTC, TANENBAUM, A. S. Sistemas Operacionais Modernos: 2ª edição, São Paulo, editora Prentice Hall, SILBERSCHATZ, A. Sistemas Operacionais Conceitos: São Paulo, editora LTC, 2004.