Sistemas Operacionais. Capítulo 7 Sincronização e Comunicação entre Processos

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1 Sistemas Operacionais Capítulo 7 Sincronização e Comunicação entre Processos Baseado no Livro e Material de Apoio de Arquitetura de Sistemas Operacionais 3ª edição - LTC Francis Berenger Machado Luiz Paulo Maia Cap. 7 Sincronização e Comunicação 1 Sumário Introdução Aplicações concorrentes Especificação de concorrência em programas Problemas de compartilhamento de recursos Exclusão mútua Sincronização condicional Semáforos Monitores Troca de mensagens Deadlock Cap. 7 Sincronização e Comunicação 2 1

2 Aplicações Concorrentes Sincronização e comunicação entre processos Sincronização Processo gravador gravação leitura Processo leitor dado Buffer Comunicação entre processos através de troca de mensagens ou troca de dados na memória compartilhada para isso. É necessário a sincronização dos processos concorrentes através de mecanismos do Sistema Operacional. - Garantia de integridade e confiabilidade na execução de aplicações concorrentes. Cap. 7 Sincronização e Comunicação 3 Especificação de Concorrência em Programas Concorrência em programas Processo principal PARBEGIN Comando_1; Comando_2;.. Comando_n; PAREND Processo 1 Processo 2 Processo n Processo principal Cap. 7 Sincronização e Comunicação 4 2

3 Especificação de Concorrência em Programas X := SQRT (1024) + (35.4 * 0.23) - (302 / 7) PROGRAM Expressao; VAR X, Temp1, Temp2, Temp3 : REAL; BEGIN PARBEGIN (ou COBEGIN) Temp1 := SQRT (1024); Temp2 := 35.4 * 0.23; Temp3 := 302 / 7; PAREND; (ou COEND) X := Temp1 + Temp2 - Temp3; WRITELN ('x = ', X); END. Cap. 7 Sincronização e Comunicação 5 Exclusão Mútua Na concorrência pode ocorrer problemas de compartilhamento de mesmos recursos, causando quebra de integridade, chamada de Race Conditions. Enquanto um processo estiver acessando determinado recurso, todos os demais processos devem agurdar a conclusão. Esta idéia de exclusividade de acesso é chamado de Exclusão Mútua (Mutual Exclusion) Região Crítica é a porção do código do programa onde é feito o acesso ao recurso compartilhado. BEGIN Entra_Regiao_Critica; Regiao_Critica; Sai_Regiao_Critica; END. (protocolo de entrada) (protocolo de saída) Cap. 7 Sincronização e Comunicação 6 3

4 Soluções de hardware Exclusão Mútua Desabilitação de interrupções quando entrar na região crítica e reabilitação de interrupções após deixar a região crítica. BEGIN. Desabilita_Interrupcoes; Regiao_Critica; Habilita_Interrupcoes;. END. Cap. 7 Sincronização e Comunicação 7 Soluções de hardware Exclusão Mútua Instrução Test-and-Set (linguagem de HW indivisível e atômico) Test-and-Set (X,Y); Cap. 7 Sincronização e Comunicação 8 4

5 Exclusão Mútua Soluções de software Algoritmo para exclusão mútua entre N processos Cap. 7 Sincronização e Comunicação 9 Semáforos Exclusão mútua utilizando semáforos Sincronização condicional utilizando semáforos Semáforo Binário MUTEXES (Mutual Exclusion Semaphores) Semáforo Contador pode assumir qualquer valor Cap. 7 Sincronização e Comunicação 10 5

6 Monitor 18/04/2012 Semáforos Semáforo binário na exclusão mútua Processo deseja entrar na região crítica Recurso não em uso Recurso em uso UP (S) - processo sai da região crítica Processo acessa a região crítica Libera processo da fila de espera Fila de espera de processos Cap. 7 Sincronização e Comunicação 11 Monitores Mecanismo estruturado de alto nível Procedimentos e variáveis encapsulados dentro de um módulo. Somente um processo pode estar executando um dos procedimentos do monitor em um determinado instante. Toda vez que solicitado o monitor verifica se já existe outro processo executando algum procedimento do monitor. Declaração de variáveis globais Procedimentos Proc. 1 Proc. 2 Fila de entrada Proc. n Inicialização de variáveis Cap. 7 Sincronização e Comunicação 12 6

7 Monitor 18/04/2012 Monitores Estrutura do monitor com varáveis de condição Declaração de variáveis globais Procedimentos Proc. 1 Condição C1 Proc. 2 Condição C2 Fila de entrada Proc. n Condição Cn Inicialização de variáveis Filas de espera Cap. 7 Sincronização e Comunicação 13 Comunicação direta Troca de Mensagens Troca de mensagens para processos endereçados formalmente Cap. 7 Sincronização e Comunicação 14 7

8 Comunicação indireta Troca de Mensagens Mailbox ou Port Buffer Cap. 7 Sincronização e Comunicação 15 Condições necessárias Exclusão mútua Espera por recurso Não-preempção Espera circular Deadlock Mecanismos Prevenção Detecção Correção Cap. 7 Sincronização e Comunicação 16 8

9 Deadlock Espera circular solicita o Recurso 2 Recurso 1 alocado ao Recurso 2 Recurso 1 Recurso 2 alocado ao solicita o Recurso 1 Cap. 7 Sincronização e Comunicação 17 9