Faculdade Pernambucana - FAPE

Sistemas Operacionais

Prof. Flávio Gonçalves da Rocha

Processos Um processo é uma abstração de um

programa em execução. O compartilhamento de tempo/multitarefa

possibilita a ilusão de paralelismo para sistemas com 1 processador

Para simplificar o monitoramento de atividades paralelas foi desenvolvido um modelo (processos sequenciais) que torna o paralelismo mais fácil de tratar

ProcessosModelo de Processo

Todo o software executável é organizado em um número de processos seqüenciais ou somente processos

Um processo inclui os valores atuais do controlador de programa, registradores e variáveis.

Processos

A

B

C

D

Um contador de Programa

Alternânciade Processo

A CB D

Quatro Contadoresde Programa

D

C

B

A

Tempo

Processo

(a) Multiprogramação de quatro programas. (b) Modelo conceitual de quatro processos seqüenciais independentes. (c) Só um programa está ativo emqualquer dado instante

ProcessosModelo de Processo

A diferença entre um processo e um programa é sutil:

Um programa é um algoritmo expresso em alguma notação conveniente

Um processo é um tipo de atividade que faz com que o programa seja executado usando para isso, entrada e saída. Além disso, ele apresenta um estado

ProcessosHierarquia de Processos

Na maioria dos SOs é preciso dispor de alguma maneira de criar e de destruir processos conforme necessário.

Os processos precisam de uma maneira de criar outros processos (chamadas de sistemas por exemplo)

Cada processo tem um pai, mas zero, um dois ou mais filhos formando assim, uma hierarquia de processos

ProcessosEstado de um Processo

Os processos, apesar de independentes, freqüentemente precisam interagir entre si

Ex: um processo gera uma saída que outro processo utiliza como entrada

Um processo pode ficar bloqueado se a entrada e saída que estiver esperando ainda não estiver disponível

ProcessosEstado de um Processo

Os três estados que um processo pode estar são:

1. Executando – Utilizando a cpu2. Pronto – Temporariamente pára para permitir que outro

processo execute3. Bloqueado – Incapaz de executar até que algum

evento externo aconteça (chamada BLOCK)

Processos

Executando

ProntoBloqueado

1 23

4

1. O processo bloqueia a entrada2. O agendador seleciona outro processo3. O agendador seleciona esse processo4. A entrada torna-se disponível

Um processo pode estar em execução,em estado bloqueado ou pronto

ProcessosEstado de um Processo

Usando o modelo de processos, torna-se muito mais fácil pensar no que está ocorrendo dentro do sistema

O nível mais baixo do SO é o agendador de processos com uma variedade de processos nele

0 1 ... N-2 N-1

Agendador

dfs A camada mais baixa de um SO estruturado em processosgerencia interrupções e agendamento

ProcessosComunicação entre Processos

Freqüentemente os processos precisam se comunicar com outros processo

Ex: dir | find “05/05/2008” Na comunicação entre processo,

resumidamente, há três questões básicas:1. Como um processo pode passar informações para

outro

ProcessosComunicação entre Processos

2. Como certificar-se que dois ou mais processos não interfiram um com outro quando envolvidos em atividades críticas

3. Sequenciamento adequado quando estão presentes dependências entre processos

fg

Comunicação entre Processos

Condições de Corrida

Processos que trabalham juntos podem compartilhar área comum de armazenamento (memória principal ou arquivo) onde cada um pode ler ou gravar

4567

...

...DiretórioDe Spooler

Out = 4

In = 7

Processo A

Processo B

Se dois processos quiserem colocarsimultaneamente um arquivo na fila de impressão pode haver problema.

Comunicação entre Processos

Condições de corrida

Situações em que dois ou mais processos estão lendo ou gravando alguns dados compartilhados, e o resultado final depende de quem executa precisamente quando, são chamadas condições de corrida (race conditions).

Comunicação entre Processos

Sessões Críticas

Como evitamos condições de corrida? A chave é encontrar alguma maneira de proibir que

mais de um processo leia e grave os dados compartilhados ao mesmo tempo, ou seja, precisamos de uma exclusão mútua.

A parte do programa em que a memória compartilhada é acessada é chamada região crítica ou seção crítica

Comunicação entre Processos

Sessões Críticas

Para se ter processos paralelos que cooperam correta e efetivamente, utilizando dados compartilhados, precisamos sustentar quatro condições:

1. Nenhum dos dois processos pode estar simultaneamente dentro de suas regiões críticas

2. Nenhuma suposição pode ser feita sobre as velocidades ou sobre o número de CPUs

Comunicação entre Processos

Sessões Críticas

3. Nenhum processo que executa fora de sua região crítica pode bloquear outro processo

4. Nenhum processo deve ter de esperar eternamente para entrar em sua região crítica

Comunicação entre Processos

Exclusão Mútua com Espera Ativa/Ocupada Algumas propostas para obter exclusão mútua

Desativando as interrupções Variáveis de bloqueio Alternância estrita A solução de Peterson

lkjo

Comunicação entre Processos

Desativando as interrupções

A solução mais simples é fazer cada processo desativar todas as interrupções imediatamente depois de ele entrar em sua região crítica e reativá-las imediatamente depois de ele sair dela

Nenhuma interrupção ou relógio pode ocorrer A CPU não alternará de um processo para outro

Problemas: E se o processo do usuário não ativar novamente as

interrupções

Comunicação entre Processos

Desativando as interrupções

Em sistemas multiprocessados apenas uma CPU é afetada. A outra pode continuar gerando interrupções para a área compartilhada.

É conveniente para o kernel desativar interrupções por um determinado período enquanto está atualizando variáveis ou listas

Para o SO é útil desativar instruções, mas não é apropriado como um mecanismo geral de exclusão mútua para processos de usuário.

Comunicação entre Processos

Variáveis de Bloqueio

Solução de software Utilizar uma variável (bloqueio) para controlar o

acesso à região crítica. Se a variável for 0 significa que o processo pode

entrar na região crítica, se for 1 não Problema:

Mesmo problema do spooler. A variável pode ser lida simultaneamente

jkjçl

Comunicação entre Processos

Alternância Estrita

Testar continuamente o valor de uma variável até que algum valor apareça é chamado espera ativa

Desperdício de CPU Interessante quando a expectativa for de uma espera

curta

While( TRUE ){ while ( turn != 0 ); critical_region( ); turn = 1; noncritical_region( );}

While( TRUE ){ while ( turn != 1 ); critical_region( ); turn = 0; noncritical_region( );}

Processo 0 Processo 1

Comunicação entre Processos

Alternância Estrita

A utilização de turn não é uma boa idéia quando um dos processos é muito mais lento do que o outro.

Um processo na região não crítica poderá bloquear outro (viola a condição 3).