Aula 04. Capítulo 3 Gerência de Processos. 3.1 Conceito de Processo. 3.2 Escalonamento de Processos. 3.3 Opera ões sobre Processos

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1 Aula 04 Capítulo 3 Gerência de Processos 3.1 Conceito de Processo 3.2 Escalonamento de Processos 3.3 Opera ões sobre Processos 3.4 Comunica ão entre Processos

2 3.1 Conceito de Processo Um sistema operacional executa uma variedade de programas: Sistemas Batch tarefas (jobs). Sistemas de tempo compartilhado programas de usuário ou tarefas. O livro texto usa os termos tarefa e processo quase que indistintamente, embora é preferível o termo processo. Processo um programa em execução, que precisará de certos recursos para realizar sua tarefa. Recursos : tempo de CPU, memória, arquivos e dispositivos de E/S.

3 3.1 Conceito de Processo Esses recursos são alocados ao processo quando ele é criado ou enquanto está sendo executado. A execução do processo precisa ocorrer de maneira sequencial Um processo é mais do que um código de programa, ele inclui também: contador de programa que representa a atividade atual; Pilha que contém o dados temporários (como parâmetros de métodos, endereços de retorno e variáveis locais); seção de dados que contém variáveis globais

4 Estado do Processo Conforme um processo é executado, ele muda de estado Novo (New): O processo está sendo criado; Executando (Running): As instruções estão sendo executadas; Esperando (Wainting): O processo está esperando que ocorra algum evento; Pronto (Ready): O processo está esperando para ser atribuído a um processador; Terminado (Terminated): O processo terminou sua execução;

5 Diagrama de Estado do Processo

6 Bloco de Controle de Processo (Process Control Block) Contém informações associadas a cada processo: Estado do processo Contador de programa Registradores da CPU Informação de escalonamento de CPU Informação de gerenciamento de memória Informação contábil Informação de status de E/S O PCB serve simplesmente como repositório de informações que podem variar de processo a processo.

7 Bloco de Controle de Processo (Process Control Block - PCB)

8 Troca da CPU de um Processo para Outro

9 3.2 Escalonamento de Processos O objetivo da multiprogramação é ter processos em execução o tempo todo, para maximizar a utilização da CPU. O objetivo do tempo compartilhado á alternar a CPU entre processos de forma tão frequente que os usuários possam interagir com cada programa durante sua execução.

10 Filas de Escalonamento de Processo A medida que os processos entram no sistema, são colocados numa fila de tarefas. Fila de tarefas (Job Queue) conjunto de todos os processos no sistema Fila de prontos (Ready Queue) conjunto de todos os processos residindo na memória principal que estão prontos e esperando para serem executados Fila de dispositivo (Device Queue) conjunto dos processos esperando um dispositivo de E/S Migração de processo entre as diversas filas

11 Fila de Prontos e Várias Filas de Dispositivo de E/S

12 Representa ão do Escalonamento de Processos

13 Escalonadores Escalonador de longo prazo (ou escalonador de tarefas) seleciona os processos que devem ser trazidos para a fila de prontos Escalonador de curto prazo (ou escalonador de CPU) seleciona os processos que devem ser executados em seguida e aloca a CPU Escalonador de médio prazo realiza operações de swapping (troca). Ele troca processos que estão na memória, enviando para o disco e depois buscando do ponto em que havia sido suspenso.

14 Acr scimo do Escalonamento de M dio prazo

15 Escalonadores O escalonador de curto prazo é chamado freqüentemente (milissegundos) precisa ser veloz O escalonador de médio prazo é chamado raramente (segundos ou minutos) pode ser lento O escalonador de longo prazo controla o grau de multiprogramação Os processos podem ser descritos como: Processos I/O-Bound gasta mais tempo realizando E/S do que cálculos; muitos surtos de CPU curtos Processos CPU-Bound gasta mais tempo realizando cálculos; poucos surtos de CPU muito longos

16 Troca de Contexto Quando a CPU passa para outro processo, o sistema precisa salvar o estado do processo antigo e carregar o estado salvo do novo processo O tempo da troca de contexto é custo adicional; o sistema não realiza qualquer trabalho útil durante a troca O tempo depende do suporte do hardware

17 Criação de Processo Os processos pai criam processos filhos, que, por sua vez, criam outros processos, formando uma árvore de processos Compartilhamento de recursos Pai e filhos compartilham todos os recursos Filhos compartilham um subconjunto dos recursos do pai Pai e filho não compartilham recurso algum Execução Pai e filhos são executados concorrentemente Pai espera até que os filhos terminem

18 Cria ão de Processo Espa o de endere os C pia filha do processo pai Filho cont m um programa carregado Exemplos do UNIX Chamada de sistema fork cria novo processo Chamada de sistema exec usada ap s um fork para substituir o espa o de mem ria do processo por um novo programa

19 Término de processo O processo executa sua instrução final e pede ao sistema operacional que o termine (exit()) Envia os dados de saída do filho para o pai (através do wait()) Os recursos do processo são desalocados pelo sistema operacional

20 Término de processo O pai pode terminar a execução dos processos filhos (abort()) O filho excedeu os recursos alocados A tarefa atribuída ao filho não é mais necessária Se o pai está terminando Alguns sistemas operacionais não permitem que o filho continue se seu pai tiver terminado Todos os filhos terminaram término em cascata

21 Processos Cooperantes Um processo independente não pode afetar ou ser afetado pela execução de outro processo Um processo cooperante pode afetar ou ser afetado pela execução de outro processo Vantagens da cooperação de processos Compartilhamento de informações Agilidade na computação Modularidade Conveniência

22 Problema Produtor-Consumidor Paradigma para os processos cooperativos, um processo produtor gera informa ões que são consumidas por um processo consumidor O buffer ilimitado (unbounded-buffer) não coloca qualquer limite pr tico no tamanho do buffer O buffer limitado (bounded-buffer) considera que existe um tamanho de buffer fixo

23 Comunicação Entre Processos (Interprocess Communication - IPC) Mecanismo para que os processos se comuniquem e sincronizem suas ações Sistema de mensagens Os processos se comunicam entre si sem recorrer às variáveis compartilhadas O recurso de IPC oferece duas operações: send(mensagem) tamanho de mensagem fixo ou variável receive(mensagem)

24 Comunicação Entre Processos (Interprocess Communication - IPC) Se P e Q desejam se comunicar, eles precisam: estabelecer um enlace de comunicação entre eles trocar mensagens através de send/receive Implementação do enlace de comunicação físico (memória compartilhada, barramento do hardware) lógico (propriedades lógicas)

25 Questões de Implementação Como os enlaces são estabelecidos? Um enlace pode ser associado a mais de dois processos? Quantos enlaces podem existir entre cada par de processos de comunicação? O que é a capacidade de um enlace? O tamanho de uma mensagem que o enlace pode acomodar é fixo ou variável? Um enlace é unidirecional ou bidirecional?

26 Comunicação Direta Os processos precisam nomear explicitamente um ao outro: send (P, mensagem) envia uma mensagem ao processo P receive(q, mensagem) recebe uma mensagem do processo Q Propriedades do enlace de comunicação Os enlaces são estabelecidos automaticamente Um enlace é associado a exatamente um par de processos de comunicação Entre cada par existe exatamente um enlace O enlace pode ser unidirecional, mas normalmente é bidirecional

27 Comunicação Indireta As mensagens são enviadas e recebidas a partir de caixas de correio (também chamadas de portas) Cada caixa de correio possui uma identificação exclusiva Os processos só podem se comunicar se tiverem uma caixa de correio compartilhada Propriedades de um enlace de comunicação Um enlace é estabelecido apenas se os processos compartilharem uma caixa de correio Um enlace pode ser associado a muitos processos Cada par de processos pode compartilhar vários enlaces de comunicação O enlace pode ser unidirecional ou bidirecional

28 Comunicação Indireta Operações criar uma nova caixa de correio enviar e receber mensagens através da caixa de correio excluir uma caixa de correio As primitivas são definidas como: send(a, mensagem) enviar uma mensagem à caixa de correio A receive(a, mensagem) receber uma mensagem da caixa de correio A

29 Comunica ão Indireta Compartilhamento de caixa de correio P 1, P 2 e P 3 compartilham a caixa de correio A P 1, envia; P 2 e P 3 recebem Quem ficar com a mensagem? Solu ões Permitir que um enlace seja associado a, no m ximo, dois processos Permitir que apenas um processo por vez execute uma opera ão receive Permitir que o sistema selecione arbitrariamente o receptor. O emissor notificado de quem foi o receptor.

30 Sincronismo A troca de mensagens pode ser bloqueante ou não bloqueante Bloqueante considerada s ncrona No send bloqueante, o emissor bloqueado at que a mensagem seja recebida No receive bloqueante, o receptor bloqueado at que uma mensagem esteja dispon vel Não bloqueante considerada ass ncrona No send não bloqueante, o emissor envia a mensagem e continua No receive não bloqueante, o receptor recebe uma mensagem v lida ou um nulo

31 Buffers Fila de mensagens associadas ao enlace; implementadas de três maneiras 1. Capacidade zero 0 mensagem O emissor precisa esperar o receptor (rendezvous - encontro) 2. Capacidade limitada tamanho finito de n mensagens O emissor precisa esperar se a fila encher 3. Capacidade ilimitada tamanho infinito O emissor nunca espera