Os Sistemas Operacionais

1. Defina o conceito de processo.

Um processo é um programa em execução, incluindo os valores dos registradores, o valor do PC, o valor das variáveis, etc. Conceitualmente, cada processo tem sua própria CPU virtual.

2. Diga quais são e explique os estados e as transições entre processos.

Executando (running): usando a CPU num determinado instante. Pronto (ready): pronto para executar. Bloqueado (blocked): impossibilitado de executar enquanto algum evento externo ocorra.

3. Uma vez que um processo do usuário está de posse da CPU, em que condições o sistema operacional pode voltar a executar?

4. Defina o comportamento dos processos ditos CPU-bound e IO-bound.

CPU-Bound é quando passa a maior parte do tempo no estado de execução, ou seja, utilizando o processador. Esse tipo de processo realiza poucas operações de leitura e gravação e é encontrado em aplicações científicas que efetuam muitos cálculos. Já o I/O Bound (ligado à E/S – Entrada e Saída) é quando passa a maior parte do tempo no estado de espera, pois realiza um elevado número de operações de Entrada e Saída. Esse tipo de processo é encontrado em aplicações comerciais, que se baseiam em leitura, processamento e gravação.

5. Um computador te 4GB de RAM da qual o sistema operacional ocupa 512MB. Os processos ocupam 256MB cada e têm as mesmas características. Se a meta é a utilização 99% da CPU, qual é a espera de E/S máxima que pode ser tolerada?

20% de espera E/S

6. O que é um thread? Quais as vantagens em sua utilização?

Um thread pode ser definido como uma sub-rotina de um programa que pode ser executado de forma assíncrona, ou seja, executada paralelamente ao programa chamador. A grande vantagem no uso de threads é a possibilidade de minimizar a alocação de recursos do sistema, além de diminuir o overhead na criação, troca e eliminação de processos.

7. Quais as vantagens e desvantagens do compartilhamento do espaço de endereçamento entre threads de um mesmo processo?

Como threads de um mesmo processo compartilham o mesmo espaço de endereçamento, não existe qualquer proteção no acesso à memória, permitindo que um thread possa alterar facilmente dados de outros. Para que threads trabalhem de forma cooperativa, é fundamental que a aplicação implemente mecanismos de comunicação e sincronização entre threads, a fim de garantir o acesso seguro aos dados compartilhados na memória. Por outro lado, o compartilhamento do espaço de endereçamento é extremamente simples e rápido.

8. Compare os pacotes de threads em modo usuário e modo kernel?

Threads em modo usuário (TMU) são implementados pela aplicação e não pelo sistema operacional. Para isso, deve existir uma biblioteca de rotinas que possibilita à aplicação realizar tarefas como criação/eliminação de threads, troca de mensagens entre threads e uma política de escalonamento. Neste modo, o sistema operacional não sabe da existência de múltiplos threads, sendo responsabilidade exclusiva da aplicação gerenciar e sincronizar os diversos threads existentes. Threads em modo kernel (TMK) são implementadas diretamente pelo núcleo do sistema operacional, através de chamadas de rotinas do sistema que oferecem todas as funções de gerenciamento e sincronização. O sistema operacional sabe da existência d e cada thread e pode escalá-los individualmente. No caso de múltiplos processadores, os threads de um mesmo processo podem ser executados simultaneamente.

9. Defina:

i) Condição de corrida

É uma situação que pode ocorrer em todos os casos onde um determinado recurso computacional tem acesso concorrente (mesmo não sendo aparente de alguma forma).

ii) Seção crítica

Cada processo tem um segmento de código, chamado seção crítica, em que o processo pode estar alterando variáveis comuns.

iii) Exclusão mútua

É o princípio de que só um processo tem acesso à região crítica em um dado momento.

10. Como e porque ocorrem condições de corrida e como evitar?

A chamada condição de corrida ocorre quando um recurso é requisitado simultaneamente por dois processos, e isso ocorre devido a falhas de comunicação durante a solicitação do recurso. Esse problema deve ser solucionado para evitar problemas no funcionamento do sistema operacional.

11. Explique o conceito de starvation.

É quando um processo não consegue ser executado, de forma alguma, pois sempre existem processos de prioridade maior para serem executados, de forma que o processo "faminto" nunca consiga tempo de processamento.

12. O que é espera