Sistemas Operativos. Threads. 3º ano - ESI e IGE (2011/2012) Engenheiro Anilton Silva Fernandes (afernandes@unipiaget.cv)

Transcrição

1 Sistemas Operativos Threads 3º ano - ESI e IGE (2011/2012) Engenheiro Anilton Silva Fernandes (afernandes@unipiaget.cv)

2 Dos Processos para os Threads O conceito de thread foi introduzido na tentativa de reduzir o tempo gasto em criação, eliminação e troca de contexto de processos nas aplicações concorrentes, bem como economizar recursos do sistema como um todo. Em um ambiente multithread, um único processo pode suportar múltiplos threads, cada qual associado a uma parte do código da aplicação.

3 Dos Processos para os Threads Neste caso, não é necessário haver diversos processos para a implementação da concorrência. Threads compartilham o processador da mesma maneira que um processo, ou seja, enquanto um thread espera por uma operação de E/S, outro thread pode ser executado. cada thread possui seu próprio contexto de hardware, porém compartilha o mesmo contexto de software e espaço de endereçamento com os demais threads do processo.

4 Dos Processos para os Threads O compartilhamento do espaço de endereçamento permite que a comunicação de threads dentro do mesmo processo seja realizada de forma simples e rápida. Ambiente MONOTHREAD Processo Thread

5 Dos Processos para os Threads Ambiente MULTITHREADS Processo Contexto de Hardware Contexto de Hardware Contexto de Hardware Contexto de Software Thread 1 Thread 2 Thread 3 Espaço de Endereçamento

6 Dos Processos para os Threads Ambiente MULTITHREADS Thread de Entrada Buffer Thread de Exibição Thread de Gravação

7 Dos Processos para os Threads Ambiente MULTITHREADS Processo Servidor Solicitações Thread Processo Cliente Thread Processo Cliente Thread Processo Cliente

8 Modelo de Threads Processos Leves (lightweight process) Pois possuem somente algumas propriedades dos processos Contador de programa Indica qual a próxima instrução a ser executada Registradores que contém as variáveis atuais Pilha sobre a história de execução Um para cada procedimento não retornado Sistemas Operativos [2011/12] - Eng.º Anilton Silva Fernandes <afernandes@ipiaget.net>

9 Modelo de Threads Diferença entre thread e processo Processos são usados para agrupar recursos Threads são entidades escalonadas para a execução sobre a CPU Threads permitem que múltiplas execuções ocorram no mesmo ambiente do processo de forma independente

10 Modelo de Threads Múltiplas threads executando em paralelo é semelhante a múltiplos processos executando em um computador Threads compartilham um mesmo espaço de endereçamento Processos compartilham um espaço físico de memória, discos e impressoras e recursos semelhantes Multithread: possibilidade de execução de vários threads para um mesmo processo

11 Modelo de Threads a) Três Cada processos. thread opera Cada em um possui espaço seu de próprio endereçamento espaço de diferente endereçamento e thread de controle b) Todos os threads compartilham o mesmo espaço de endereçamento b) Um único processo com três threads de controle

12 Modelo de Threads Execução de múltiplos threads em sistema com uma única CPU Semelhante a execução de vários processos A CPU alterna entre os threads Ilusão de paralelismo Sistemas Operativos [2011/12] - Eng.º Anilton Silva Fernandes <afernandes@ipiaget.net>

13 Modelo de Threads Threads distintos em um processo não são tão independentes quando processos distintos Pois compartilham o mesmo espaço de endereçamento Compartilham variáveis globais Pode ler e escrever a pilha de execução do outro thread

14 Modelo de Threads Não há proteção entre threads É impossível Não há necessidade No caso de processos, há utilizadores diferentes e possivelmente hostis Cada processo é propriedade do usuário Todos threads de um processo são propriedades de um único usuário Sistemas Operativos [2011/12] - Eng.º Anilton Silva Fernandes <afernandes@ipiaget.net>

15 Modelo de Threads Itens compartilhados entre threads Se um thread abre um arquivo, este arquivo é visível para todos os threads do processo, podendo ler e escrever nesse arquivo Os threads podem compartilhar recursos e cooperar na realização de uma tarefa

16 Modelo de Threads Assim como em processos tradicionais Processos com um único thread Um thread pode estar em um dos vários estados Sistemas Operativos [2011/12] - Eng.º Anilton Silva Fernandes <afernandes@ipiaget.net>

17 Modelo de Threads Cada thread possui sua própria pilha

18 Modelo de Threads Cada thread chama procedimentos diferentes Por isso cada thread possui sua própria pilha Exemplo: Se o procedimento X chamar o procedimento Y e esse chamar o procedimento Z enquanto Z estiver executando X, Y e Z estarão todos na pilha Sistemas Operativos [2011/12] - Eng.º Anilton Silva Fernandes <afernandes@ipiaget.net>

19 Threads O que são? Qual a diferença entre threads e processos? Porque usar threads?

20 Threads Em uma aplicação ocorrem muitas atividades ao mesmo tempo Muitas vezes as atividades são independentes Muitas vezes elas podem bloquear de tempos em tempos Parando a aplicação Sistemas Operativos [2011/12] - Eng.º Anilton Silva Fernandes <afernandes@ipiaget.net>

21 Threads O modelo de programação fica mais simples se decompormos a aplicação em múltiplos threads Com os threads há a capacidade de entidades paralelas compartilharem o endereço e os dados entre elas mesmas

22 Threads Thread são mais fáceis de criar e destruir do que processos São mais simples Em alguns sistemas é 100 vezes mais rápido criar um thread do que um processo Há um aumento de desempenho quando os threads são orientados à E/S e têm grande computação para ser feita

23 Threads Sistemas Operativos [2011/12] - Eng.º Anilton Silva Fernandes <afernandes@ipiaget.net>

24 Threads Exemplo: dada uma planilha eletrônica. Os cálculos são dependentes das entradas do usuário. Dada a entrada os cálculos são efetuados de forma encadeada. Podemos criar threads para Efetuar os cálculos Interagir com o usuário Fazer backups

25 Threads Exemplo: servidores WEB. Requisições de páginas que chegam a um servidor são devolvidas aos clientes. As páginas principais são mais acessadas do que outras páginas. A página principal da Sony é mais acessada do que a página sobre configurações de uma determinada câmera

26 Threads Esse fato é usado para melhorar o desempenho As páginas mais acessadas são colocas na memória Essa coleção é chamada de cache Uma forma de organizar o servidor é utilizando threads

27 Threads Sistemas Operativos [2011/12] - Eng.º Anilton Silva Fernandes <afernandes@ipiaget.net>

28 Threads Threads tornam possível manter a idéia de processos sequenciais que fazem chamada ao sistema de bloqueio e mesmo assim conseguem obter paralelismo Essas chamadas tornam a programação mais fácil e o paralelismo melhora o desempenho