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1Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Processos e Threads
Capítulo 2
2.1 Processos2.2 Threads2.3 Comunicação interprocesso2.4 Problemas clássicos de IPC2.5 Escalonamento
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2Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
ProcessosO Modelo de Processo
• Multiprogramação de quatro programas• Modelo conceitual de 4 processos sequenciais, independentes• Somente um programa está ativo a cada momento
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3Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Criação de Processos
Principais eventos que levam à criação de processos
1. Início do sistema2. Execução de chamada ao sistema
de criação de processos3. Solicitação do usuário para criar um
novo processo4. Início de um job em lote
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4Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Término de Processos
Condições que levam ao término de processos
1. Saída normal (voluntária)
2. Saída por erro (voluntária)
3. Erro fatal (involuntário)
4. Cancelamento por um outro processo (involuntário)
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5Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Hierarquias de Processos
• Pai cria um processo filho, processo filho pode criar seu próprio processo
• Formam uma hierarquia– UNIX chama isso de “grupo de processos”
• Windows não possui o conceito de hierarquia de processos– Todos os processos são criados iguais
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6Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Estados de Processos (1)
• Possíveis estados de processos– em execução– bloqueado– pronto
• Mostradas as transições entre os estados
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7Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Estados de Processos (2)
• Camada mais inferior de um SO estruturado por processos– trata interrupções, escalonamento
• Acima daquela camada estão os processos sequenciais
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8Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Implementação de Processos (1)
Campos da entrada de uma tabela de processos
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9Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Implementação de Processos (2)
Esqueleto do que o nível mais baixo do SO faz quando ocorre uma interrupção
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10Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
ThreadsO Modelo de Thread (1)
(a) Três processos cada um com um thread(b) Um processo com três threads
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11Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
O Modelo de Thread (2)
• Items compartilhados por todos os threads em um processo
• Itens privativos de cada thread
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12Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
O Modelo de Thread (3)
Cada thread tem sua própria pilha
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13Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Uso de Thread (1)
Um processador de texto com três threads
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14Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Uso de Thread (2)
Um servidor web com múltiplos threads
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15Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Uso de Thread (3)
• Código simplificado do slide anterior(a) Thread despachante(b) Thread operário
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16Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Uso de Thread (4)
Três maneiras de construir um servidor
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17Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Implementação de Threads de Usuário
Um pacote de threads de usuário
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18Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Implementação de Threads de Núcleo
Um pacote de threads gerenciado pelo núcleo
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19Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Implementações Híbridas
Multiplexação de threads de usuário sobre threads de núcleo
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20Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Ativações do Escalonador
• Objetivo – imitar a funcionalidade dos threads de núcleo– ganha desempenho de threads de usuário
• Evita transições usuário/núcleo desnecessárias • Núcleo atribui processadores virtuais para cada
processo– deixa o sistema supervisor alocar threads para
processadores
• Problema:Baseia-se fundamentalmente nos upcalls - o núcleo (camada inferior) chamando procedimentos no espaço do usuário (camada superior)
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21Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Threads Pop-Up
• Criação de um novo thread quando chega uma mensagem(a) antes da mensagem chegar(b) depois da mensagem chegar
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22Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Convertendo Código Monothread em Código Multithread (1)
Conflitos entre threads sobre o uso de uma variável global
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23Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Convertendo Código Monothreadem Código Multithread (2)
Threads podem ter variáveis globais privadas
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24Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Comunicação InterprocessoCondições de Disputa
Dois processos querem ter acesso simultaneamente à memória compartilhada
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25Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Regiões Críticas (1)
Quatro condições necessárias para prover exclusão mútua:
1. Nunca dois processos simultaneamente em uma região crítica
2. Nenhuma afirmação sobre velocidades ou números de CPUs
3. Nenhum processo executando fora de sua região crítica pode bloquear outros processos
4. Nenhum processo deve esperar eternamente para entrar em sua região crítica
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26Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Regiões Críticas (2)
Exclusão mútua usando regiões críticas
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27Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Exclusão Mútua com Espera Ociosa (1)
Solução proposta para o problema da região crítica(a) Processo 0. (b) Processo 1.
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28Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Exclusão Mútua comEspera Ociosa (2)
Solução de Peterson para implementar exclusão mútua
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29Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Exclusão Mútua comEspera Ociosa (3)
Entrando e saindo de uma região crítica usando a instrução TSL
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30Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Dormir e Acordar
Problema do produtor-consumidor com uma condição de disputa fatal
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31Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Semáforos
O problema do produtor-consumidor usando semáforos
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32Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Mutexes
Implementação de mutex_lock e mutex_unlock
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33Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Monitores (1)
Exemplo de um monitor
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34Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Monitores (2)
• Delineamento do problema do produtor-consumidor com monitores– somente um procedimento está ativo por vez no monitor– o buffer tem N lugares
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35Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Monitores (3)
Solução para o problema do produtor-consumidor em Java
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36Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Monitores (4)
Solução para o problema do produtor-consumidor em Java (parte 2)
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37Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Troca de Mensagens
O problema do produtor-consumidor com N mensagens
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38Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Barreiras
• Uso de uma barreiraa) processos se aproximando de uma barreirab) todos os processos, exceto um, bloqueados pela
barreirac) último processo chega, todos passam
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39Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Jantar dos Filósofos (1)
• Filósofos comem/pensam• Cada um precisa de 2
garfos para comer• Pega um garfo por vez• Como prevenir deadlock
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40Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Jantar dos Filósofos (2)
Uma solução errada para o problema do jantar dos filósofos
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41Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Jantar dos Filósofos (3)
Uma solução para o problema do jantar dos filósofos (parte 1)
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42Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Jantar dos Filósofos (4)
Uma solução para o problema do jantar dos filósofos (parte 2)
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43Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
O Problema dos Leitores e Escritores
Uma solução para o problema dos leitores e escritores
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44Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
O Problema do Barbeiro Sonolento (1)
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45Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
O Problema do Barbeiro Sonolento (2)
Solução para o problema do barbeiro sonolento
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46Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
EscalonamentoIntrodução ao Escalonamento (1)
• Surtos de uso da CPU alternam-se com períodos de espera por E/Sa) um processo orientado à CPUb) um processo orientado à E/S
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47Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Introdução ao Escalonamento (2)
Objetivos do algoritmo de escalonamento
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48Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Escalonamento em Sistemas em Lote (1)
Um exemplo de escalonamento job mais curto primeiro
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49Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Escalonamento emSistemas em Lote (2)
Escalonamento em três níveis
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50Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Escalonamento emSistemas Interativos (1)
• Escalonamento por alternância circular (round-robin)a) lista de processos executáveisb) lista de processos executáveis depois que B usou todo o seu quantum
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51Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Um algoritmo de escalonamento com quatro classes de prioridade
Escalonamento emSistemas Interativos (2)
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52Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Escalonamento emSistemas de Tempo-Real
Sistema de tempo-real escalonável• Dados
– m eventos periódicos
– evento i ocorre dentro do período Pi e requer Ci segundos
• Então a carga poderá ser tratada somente se
1
1m
i
i i
C
P
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53Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Política versus Mecanismo
• Separa o que é permitido ser feito do como é feito– um processo sabe quais de seus threads filhos
são importantes e precisam de prioridade
• Algoritmo de escalonamento parametrizado– mecanismo no núcleo
• Parâmetros preenchidos pelos processos do usuário– política estabelecida pelo processo do usuário
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54Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Escalonamento de Threads (1)
Possível escalonamento de threads de usuário• processo com quantum de 50-mseg• threads executam 5 mseg por surto de CPU
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55Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição
Escalonamento de Threads (2)
Possível escalonamento de threads de núcleo• processo com quantum de 50-mseg• threads executam 5 mseg por surto de CPU