Sistemas Operacionais. Concorrência

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1 Sistemas Operacionais Concorrência

2 Sumário 1. Introdução 2. Sistemas Multiprogramáveis 3. Interrupções e Exceções 4. Operações de E/S 1. Entrada e Saída Controlada por Programa 2. Evolução da Entrada e Saída Controlada por Programa 3. Entrada e Saída Controlada por Interrupção 4. Entrada e Saída por Acesso Direto à Memória (DMA)

3 1. Introdução Sistemas Operacionais podem ser vistos como um conjunto de rotinas executadas de forma concorrente e ordenada. O conceito de concorrência é o princípio básico para o projeto e a implementação dos sistemas multiprogramáveis.

4 2. Sistemas Multiprogramáveis Os sistemas operacionais multiprogramáveis surgiram devido às limitações existentes nos sistemas monoprogramáveis. Quais eram as limitações dos sistemas monoprogramáveis/monotarefas? Nos sistemas monoprogramáveis somente um programa pode estar em execução por vez. O processador permanece dedicado, exclusivamente, a tarefa em execução, desperdiçando o seu uso.

5 2. Sistemas Multiprogramáveis Por exemplo: enquanto uma leitura em disco é realizada, o processador permanece ocioso.

6 2. Sistemas Multiprogramáveis Os sistemas monoprogramáveis podem subutilizar outro recurso além do processador? Em sistemas monoprogramáveis pode também ocorrer a subutilização da memória principal. Qual é a principal diferença entre os sistemas multiprogramáveis e monoprogramáveis? Nos sistemas multiprogramáveis, vários programas podem estar residentes em memória, concorrendo pela utilização do processador. Dessa forma, quando um programa solicita, por exemplo, uma operação de E/S, outros programas podem utilizar o processador.

7 2. Sistemas Multiprogramáveis A concorrência deve ser implementada da seguinte maneira: 1. O programa perde o uso do processador. 2. O programa retorna para continuar o processamento. 3. O estado do programa deve ser idêntico ao do momento em que foi interrompido. O programa deverá continuar sua execução exatamente na instrução seguinte àquela em que havia parado, aparentando ao usuário que nada aconteceu.

8 3. Interrupções e Exceções Interrupção e exceção são eventos inesperados que ocorrem no sistema, ocasionando um desvio forçado no seu fluxo de execução. Qual a principal diferença entre interrupção e exceção? A principal diferença é o motivo pelo qual o evento é gerado. A interrupção é gerada por algum evento externo ao programa, independente da instrução que está sendo executada. Já a exceção é depende de instrução do próprio programa. Por exemplo: divisão de número por zero e ocorrência de overflow em operação aritmética.

9 3. Interrupções e Exceções As interrupções são geradas por eventos assíncronos. Podem ocorrer múltiplas vezes simultaneamente. Diversos dispositivos podem informar ao processador que estão prontos. Interrupção de Interrupção

10 3. Interrupções e Exceções A exceção é gerada por um evento síncrono. Os eventos síncronos só podem ocorrer um de cada vez. A mesma entrada, a exceção ocorrerá sempre na mesma instrução. Exceção de Exceção

11 4. Operações de E/S O processador não se comunica diretamente com os dispositivos de E/S, mas sim por meio do controlador ou interface de E/S.

12 4. Operações de E/S Existem basicamente 3 métodos (fundamentais) pelos quais o processador gerencia as operações de E/S. 1. Entrada e Saída Controlada por Programa: O processador sincroniza-se com o controlador, para o início da transferência de dados. Após iniciada a transferência, o programa fica permanentemente testando o estado do controlador, para saber quando a operação está concluída.

13 4. Operações de E/S Qual o problema que existe em relação ao método de Entrada e Saída Controlada por Programa? O processador é mantido ocupado até o término da operação de E/S (busy wait). Enorme desperdício de tempo do processador. O processador executa uma instrução muito mais rapidamente que a realização de uma operação de E/S.

14 4. Operações de E/S 1. Evolução da Entrada e Saída Controlada por Programa Após o início da transferência dos dados, o processador fica livre para realizar outras tarefas. O processador deveria testar os controladores, de tempos em tempos, para saber se as transferências de dados já haviam terminado (polling). Contudo o processamento ainda é interrompido frequentemente para testar estados.

15 4. Operações de E/S 2. Entrada e Saída Controlada por Interrupção O processador permanece livre para o processamento de outras tarefas, após a execução de um comando de leitura ou gravação. O próprio controlador interrompe o processador para avisar do término da operação. Ao invés do processador verificar periodicamente o estado do controlador.

16 4. Operações de E/S Passos da Entrada e Saída Controlada por Interrupção: 1. O controlador, ao receber um sinal de leitura, fica encarregado de ler os blocos do disco e armazená-los em registradores próprios. 2. O controlador sinaliza uma interrupção ao processador. 3. A rotina de tratamento de interrupção transfere os dados dos registradores do controlador para a memória principal. 4. Ao término da transferência, o processador pode voltar a executar o programa interrompido. O método de Entrada e Saída pode ser melhorado? Como?

17 4. Operações de E/S 3. Entrada e Saída por Acesso Direto à Memória (DMA) principal Operação de leitura

18 4. Operações de E/S A extensão do conceito de DMA possibilitou o surgimento do Canal de Entrada e Saída introduzido pela IBM. O canal é um processador com capacidade de executar programas de entrada e saída, permitindo o controle total sobre operações de E/S. As instruções do programa de entrada e saída são armazenadas na memória principal pelo processador principal (UCP). O Canal de Entrada e Saída realiza a transferência e, ao final, gera uma interrupção, avisando do término da operação.

19 4. Operações de E/S Processador de Entrada e Saída A evolução do Canal de Entrada e Saída permitiu que este possuísse sua própria memória. Diminuindo ainda mais a intervenção do processador. Essa evolução é chamada de Processador de Entrada e Saída. Os dois termos (canal ou processador de E/S) são empregados indistintamente.

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