Prof. Antonio Fundamentos de Sistemas Operacionais UNIP/2015

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1 Prof. Antonio Fundamentos de Sistemas Operacionais UNIP/2015

2 Disciplinas FUNDAMENTOS DE SISTEMAS OPERACIONAIS Horários Quarta-feira Fundamentos de Sistemas Operacionais Primeira Aula: 19:25h 20:40h Segunda Aula: 21:00h 22:15h

3 Livro Base Fundamentos de Sistemas Operacionais: TANENBAUM, A. S. Sistemas operacionais modernos. 3.ed. São Paulo: Pearson, De: R$ 101,70 até: R$ 153,00

4 Repositório de Aulas

5 Aula-06 Sumário Gerenciamento do processador Escalonamento com múltiplos processadores UNIP/ Prof. Antonio Torres 5

6 Gerenciamento do processador Introdução: A gerência do processador tornou-se uma técnica importante do sistema operacional a medida que os sistemas multiprogramáveis começaram a ser mais utilizados, onde múltiplos processos são compartilhados pela(s) CPU(s). UNIP/ Prof. Antonio Torres 6

7 Gerenciamento do processador Introdução: Esta gerência e a multiprogramação são estruturada com base na política de escalonamento UNIP/ Prof. Antonio Torres 7

8 Gerenciamento do processador Introdução: Um ponto crucial no desenvolvimento de um Sistema Operacional é como alocar de forma eficiente o processador (CPU) para os vários processos prontos para serem executados. UNIP/ Prof. Antonio Torres 8

9 Gerenciamento do processador Introdução: O escalonamento de processos é a forma com que os processadores disponíveis (um ou vários) no Sistema Computacional são distribuídos ou alocados para os vários processos prontos. UNIP/ Prof. Antonio Torres 9

10 Critérios: O critério ajuda a determinar qual processo será usado em qual processador. E de acordo com a seleção dos critérios compõe-se a política de escalonamento. UNIP/ Prof. Antonio Torres 10

11 Critérios: Essa política é um das diferenças entre os sistemas operacionais existentes no mercado, pois cada sistema operacional possui a sua política adequada a suas características. UNIP/ Prof. Antonio Torres 11

12 Critérios: O projeto de um algoritmo de escalonamento deve levar em conta uma série de necessidades. UNIP/ Prof. Antonio Torres 12

13 Critérios: Necessidades: Utilização da CPU: o intuito é manter a CPU ocupada o tempo máximo possível UNIP/ Prof. Antonio Torres 13

14 Critérios: Necessidades: Maximizar a produtividade (throughput): se a CPU estiver ocupada executando processos, então o trabalho estará sendo realizado. Deve-se procurar maximizar o número de processos processados por unidade de tempo. UNIP/ Prof. Antonio Torres 14

15 Critérios: Necessidades: Justiça: o algoritmo de escalonamento deve ser justo com todos os processos, onde cada um deve ter uma chance de usar o processador UNIP/ Prof. Antonio Torres 15

16 Critérios: Necessidades: Minimizar o tempo de resposta: intervalo de tempo entre a submissão de uma solicitação e o momento em que a primeira resposta é produzida UNIP/ Prof. Antonio Torres 16

17 Tipos de escalonamento : Os algoritmos de escalonamentos podem ser classificados em preemptíveis e nãopreemptíveis. UNIP/ Prof. Antonio Torres 17

18 Tipos de escalonamento : Algoritmo de escalonamento é dito preemptível quando o processador alocado para um determinado processo pode ser retirado deste em favor de um outro processo. UNIP/ Prof. Antonio Torres 18

19 Tipos de escalonamento : Algoritmo de escalonamento é nãopreemptível quando o processador alocado para um determinado processo não pode ser retirado deste até que o processo seja finalizado. UNIP/ Prof. Antonio Torres 19

20 Algoritmo de Escalonamento FIFO (First in First out) Trata-se do algoritmo de escalonamento de implementação mais simples. UNIP/ Prof. Antonio Torres 20

21 Algoritmo de Escalonamento FIFO (First in First out) Com este algoritmo de escalonamento, o primeiro processo que solicita a CPU é o primeiro a ser alocado. UNIP/ Prof. Antonio Torres 21

22 Algoritmo de Escalonamento FIFO (First in First out) Os processos que estão prontos para serem executados pela CPU são organizados numa fila, que funciona baseado na política FIFO (First in First out Primeiro a entrar é o primeiro a sair). UNIP/ Prof. Antonio Torres 22

23 Algoritmo de Escalonamento FIFO (First in First out) Vejamos um exemplo. Considerando o seguinte conjunto de processos: Processo Duração de Execução A 12 B 8 C 15 D 5 UNIP/ Prof. Antonio Torres 23

24 Algoritmo de Escalonamento FIFO (First in First out) Supondo que a ordem de chegada dos processos seja: A B C D. Dessa forma, baseado na política FIFO, a ordem de execução dos processos é mostrado através da Figura (diagrama de tempo): UNIP/ Prof. Antonio Torres 24

25 Algoritmo de Escalonamento FIFO (First in First out) Para este conjunto de tarefas o tempo de espera do processo A é de 0 (zero) unidades de tempo; para o processo B de 12 unidades de tempo; para o processo C de 20 unidades de tempo; e para o processo D de 35 unidades de tempo. O tempo médio de espera na fila de prontos é de ( )/4, que equivale a 16,75 unidades de tempo. UNIP/ Prof. Antonio Torres 25

26 Algoritmo de Escalonamento FIFO (First in First out) Nesta política de escalonamento o tempo médio de espera é, com frequência, um tanto longo. UNIP/ Prof. Antonio Torres 26

27 Algoritmo de Escalonamento FIFO (First in First out) Outro ponto é que processos importantes podem ser obrigados a esperar devido à execução de outros processos menos importantes dado que o escalonamento FIFO não considera qualquer mecanismo de distinção entre processos. UNIP/ Prof. Antonio Torres 27

28 Algoritmo de Escalonamento Menor Tarefa Primeiro Algoritmo de escalonamento de Menor Tarefa Primeiro (SJF shortest job first), no qual o processo que tem o menor ciclo de processamento (tempo de execução) será selecionado para usar o processador. UNIP/ Prof. Antonio Torres 28

29 Algoritmo de Escalonamento Menor Tarefa Primeiro Considerando o seguinte conjunto de processos: Processo Duração de Execução A 12 B 8 C 15 D 5 UNIP/ Prof. Antonio Torres 29

30 Algoritmo de Escalonamento Menor Tarefa Primeiro Considerando o mesmo conjunto de tarefas apresentados, teríamos o diagrama de tempo apresentado na Figura: UNIP/ Prof. Antonio Torres 30

31 Algoritmo de Escalonamento Menor Tarefa Primeiro Nesta política de escalonamento, o tempo de espera do processo A é de 13 unidades de tempo; para o processo B de 5 unidades de tempo; para o processo C de 25 unidades de tempo; e para o processo D de 0 unidades de tempo. UNIP/ Prof. Antonio Torres 31

32 Algoritmo de Escalonamento Menor Tarefa Primeiro O tempo médio de espera na fila de prontos é de ( )/4, que equivale a 10,75 unidades de tempo. UNIP/ Prof. Antonio Torres 32

33 Algoritmo de Escalonamento Menor Tarefa Primeiro Em média, nessa política de escalonamento, os processos tiveram que esperar menos para serem executados pelo processador UNIP/ Prof. Antonio Torres 33

34 Algoritmo de Escalonamento Menor Tarefa Primeiro A dificuldade real com o algoritmo de Menor Tarefa Primeiro é saber o tempo de duração da próxima solicitação de CPU. UNIP/ Prof. Antonio Torres 34

35 Algoritmo de Escalonamento Menor Tarefa Primeiro Assim, trata-se de um algoritmo ótimo porém, não pode ser implementado, pois não há modo de saber o tempo de duração do próximo pico de CPU. UNIP/ Prof. Antonio Torres 35

36 Algoritmo de Escalonamento Menor Tarefa Primeiro Uma abordagem possível é tentar aproximar-se do algoritmo de Menor Tarefa Primeiro. UNIP/ Prof. Antonio Torres 36

37 Algoritmo de Escalonamento Round Robin Conhecido também como algoritmo de escalonamento circular, também organiza a lista de processos prontos como uma fila simples, semelhante ao algoritmo FIFO. UNIP/ Prof. Antonio Torres 37

38 Algoritmo de Escalonamento Round Robin No entanto, cada processo recebe uma fatia de tempo do processador, comumente chamado de quantum UNIP/ Prof. Antonio Torres 38

39 Algoritmo de Escalonamento Round Robin Um processo executa durante um quantum específico. Se o quantum for suficiente para este processo finalizar, outro processo do início da fila é selecionado para executar. UNIP/ Prof. Antonio Torres 39

40 Algoritmo de Escalonamento Round Robin Se durante sua execução o processo se bloquear (antes do término do quantum), outro processo da fila de prontos também é selecionado. Se terminar a fatia de tempo do processo em execução, ele é retirado do processador, que é disponível para outro processo. Trata-se de um algoritmo de escalonamento preemptível. UNIP/ Prof. Antonio Torres 40

41 Algoritmo de Escalonamento Round Robin Para escalonar este conjunto de tarefas utilizando o algoritmo de escalonamento Round Robin, com quantum de 4 unidades de tempo, teríamos o diagrama de tempo representado através da Figura: UNIP/ Prof. Antonio Torres 41

42 Algoritmo de Escalonamento Round Robin Uma grande questão relacionada à política de escalonamento Round Robin é a definição do quantum. A troca de contexto (alternar entre um processo e outro) requer certa quantidade de tempo para ser realizada. Sendo assim, se o quantum definido for muito pequeno, ocasiona uma grande quantidade de trocas de processos e a eficiência da CPU é reduzida; de forma análoga, a definição do quantum muito grande pode tornar a política Round Robin numa FIFO comum. UNIP/ Prof. Antonio Torres 42

43 Algoritmo de Escalonamento por Prioridades Nesta política, os processos são organizados na fila de prontos baseado em prioridades. Quem tiver maior prioridade vai para o início da fila. Quem tiver menor prioridade vai se encaixando no final da fila. Esta prioridade pode ser uma atribuição externa ao sistema UNIP/ Prof. Antonio Torres 43

44 Algoritmo de Escalonamento por Prioridades Vejamos um exemplo. Considere o seguinte conjunto de Processos: Processo Duração Execução A 2 10 B 4 8 C 3 6 D 1 4 UNIP/ Prof. Antonio Torres 44

45 Algoritmo de Escalonamento por Prioridades Dessa forma, baseado na política de escalonamento por prioridades (quanto menor o número, maior a prioridade), a ordem de execução dos processos é mostrado através da Figura (diagrama de tempo): UNIP/ Prof. Antonio Torres 45

46 Algoritmo de Escalonamento por Prioridades Alguns aspectos devem ser considerados na política de escalonamento por prioridades: Primeiro, se no sistema existir uma quantidade grande e interativa de processos de alta prioridade, podemos chegar a uma situação onde processos de baixa prioridade nunca executarão UNIP/ Prof. Antonio Torres 46

47 Algoritmo de Escalonamento por Prioridades Alguns aspectos devem ser considerados na política de escalonamento por prioridades: Uma possível solução para este problema é a utilização de prioridades dinâmicas. Dessa forma, os processos de baixa prioridade podem ter suas prioridades lentamente aumentadas, tendo, assim, chances de utilizar o processador UNIP/ Prof. Antonio Torres 47

48 Algoritmo de Escalonamento Múltiplas Filas Comumente, em um Sistema Operacional, existem vários processos de mesmo tipo (mesma categoria, baseado na prioridade e consumo de recursos). Dessa forma, ao invés de termos apenas uma única fila de prontos, poderíamos construir várias filas de prontos e agrupar os processos de mesma categoria nessas filas. Para cada fila poderíamos definir prioridades diferentes e políticas de escalonamentos específicas. Este tipo de algoritmo de escalonamento é conhecido como algoritmo de Múltiplas Filas. UNIP/ Prof. Antonio Torres 48

49 Algoritmo de Escalonamento Múltiplas Filas Um exemplo deste algoritmo seria considerar duas filas de prontos, uma com maior prioridade e outra de menor prioridade, as duas funcionando segunda a política Round Robin. Dessa forma, se a fila mais prioritária tiver processos, estes terão prioridade sobre o processador. Caso a fila mais prioritária estiver vazia, os processos prontos da fila menos prioritária irão concorrer ao processador. UNIP/ Prof. Antonio Torres 49

50 Algoritmo de Escalonamento Múltiplas Filas A partir dos vários algoritmos apresentados, é possível desenvolver vários outras combinações e estratégias de escalonamento. Tipicamente, a maioria dos sistemas trabalham com fatia de tempo, sendo muito comum utilizar prioridades para favorecer determinados processos que realizam tarefas para o próprio Sistema Operacional. UNIP/ Prof. Antonio Torres 50

51 Escalonamento com múltiplos processadores Escalonamento com múltiplos processadores: Escalonamento da CPU mais complexo quando várias CPUs estão disponíveis. Processadores homogêneos dentro de um multiprocessador. Compartilhamento de carga. Multiprocessamento assimétrico apenas um processador acessa as estruturas de dados do sistema, reduzindo a necessidade de compartilhamento de dados. UNIP/ Prof. Antonio Torres 51