Resumo Sistemas Operativos

Gestão de Processos:

Processos:

Definição:

• Entidade lógica autónoma formada por alocação de recursos e execução de instruções – representa um programa em execução
• É executado numa “Máquina Virtual”
• Possui memória e outros recursos
• Engloba uma ou mais threads que partilham recursos do processo
• Recursos necessários: CPU, Memória e Dispositivos de E/S
• Recursos são alocados quando: se dá a criação do processo e na execução

Conceitos:

• Processador: Hardware responsável por toda a atividade do sistema; executa ações definidas em instruções máquina
• Processo: Entidade Ativa; executa um conjunto de ações determinadas por um programa
• Programa: Entidade Passiva; sequências de instruções sem atividade própria, essas instruções são executadas por processos.

Pseudo-paralelismo:

• Os sistemas operativos atuais são, na sua maior parte, multiprogramados
• A simulação do paralelismo advém da partilha concorrente do processador, que vem da existência de diversas atividades que disputam o acesso aos recursos do sistema

Características:

Um processo tem um PCB (bloco de controlo), contexto de execução, e um Address Space (Espaço de endereçamento), memória atribuída a cada processo pelo Sistema Operativo.

• Bloco de Controlo:

Esta estrutura contém toda a informação sobre o processo:

1. Estado do Processo
2. Contador de programa: contém o endereço da instrução seguinte a ser executada
3. Registos de CPU: o valor corrente de todos os registos deve ser guardado em memória quando o processo transita de estado
4. Parâmetros de escalonamento: inclui a prioridade do processo
5. Informação de memória
6. Informação de segurança e auditoria
7. Informação referente a entrada/saída

PID (Process ID) é um identificar único do processo.

• Espaço de endereçamento:

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Estados Internos:

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Modelo Computacional:

• Estrutura de dados- Árvore

• Estrutura hierárquica

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Operações sobre processos:

• Processos podem ser (são) executados concorrentemente:

• Criação e Destruição de forma dinâmica.

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Criação de processos:

Existem 4 eventos que podem causar a criação de um novo processo:

1. Inicialização do sistema
2. Execução de uma chamada de sistema dentro de um processo (“fork()”)
3. A pedido de um utilizador; quando executa um programa
4. Início de um “batch job”

Criação de processos filhos:

Quando um processo cria outro processo existem duas possibilidades:

• O “Pai” continua a executar corretamente com o “Filho”
• O “Pai” espera até que alguns ou todos os “Filhos” terminem.

Existem também duas possibilidades em termos do espaço de endereços dos “Filhos”:

• Adquire um duplicado exato do ”Pai”: programa e dados
• É carregado um novo programa[pic 12]

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Colaboração entre processos:

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Término de um processo:

Um processo termina devido a uma das seguintes condições:

1. Saída normal
2. Saída com erro
3. Erro fatal
4. Morto por outro processo: chamada de sistema “kill()”.

O processo quando termina é retirado de execução e liberta o contexto e recursos por ele detidos.

Threads:

Definição:

• Uma thread é um fluxo de atividade que é executada no âmbito de um processo
• Thread ID é um contador do programa, o seu conjunto de registos e uma pilha (stack)
• Um processo pode ter apenas uma linha de execução (single threaded process) ou ter várias linhas de execução (multithreaded process)

Single thread vs Multithread

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Motivação:

Em muitos casos existem várias tarefas a serem realizadas quase ao mesmo tempo, ou seja, concorrentemente. Se uma tarefa bloqueia, as outras podem aproveitar o tempo de CPU do processo.

Por exemplo: quando um browser está a ser executado, podemos ter uma thread que está a carregar as imagens, outra que está a aceitar uma stream da rede e outra que está associada À entrada de dados do teclado.

Diferenças em relação aos processos:

A criação de uma thread é mais leve que a de um processo, a nova thread partilha o espaço de endereços, dados, recursos do processo onde foi criada. Trocar a execução entre threads também é significativamente mais rápida e mais eficiente do que trocar entre processos.

• Vantagens:

• Tempo de resposta: a aplicação continua a funcionar mesmo que uma das threads esteja bloqueada
• Partilha de recursos
• Economia: alocação de memória e recursos a um novo processo é custoso e moroso. Troca de contexto de processos também o é.
• Escalabilidade em arquiteturas multiprocessador: várias threads podem ser executadas em paralelo por vários CPU’s

• Desvantagens/Dificuldades

• Como planear/implementar a divisão de tarefas em atividades
• Equilíbrio da divisão de trabalhos pelas várias tarefas
• Necessidade se sincronização
• Testes e debugging

Modelos de multithreading:

O suporte para threads pode ser providenciado ao nível do utilizador ou ao nível do kernel (a maior parte dos SO’s suporta threads no seu kernel)

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Implementação: Bibliotecas de Threads

As três bibliotecas mais usadas:

• POSIX Pthreads
• WIN32
• Java Threads

Problemas das Threads:

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Escalanador- “Scheduler”

Escalonamento (Um único CPU):

• É a base dos SO’s que suportam multi-programação
• Quando existem 2 ou mais processos no estado Executável, deve existir uma decisão que vai decidir qual se vai executar a seguir
• Quem vai decidir é o Escalanador
• O que coloca um novo processo na CPU é o dispatcher 
• Objetivo: manter o CPU ocupado durante o maior tempo possível, obtendo a maximização da utilização do CPU

Maximização do CPU:

• Um processo está em execução até executar uma operação de E/S
• Dado que esta operação é demorada e deixa o CPU parado, o SO tira este processo do CPU
• O SO dá o CPU a outro processo à espera para ser executado

Escalanador (Scheduler):

• Responsável pela implementação do algoritmo de scheduling, que irá determinar qual o próximo processo a ser executado
• Coloca o próximo processo a ser executado no topo desta lista
• Esta lista é mantida em memória principal
• O Escalanador, após selecionar o processo, aloca CPU para esse processo
• Em geral, cada elemento dessa lista aponta para o Bloco de Controlo do Processo

Dispatcher:

• Responsável pela colocação efetiva de um processo no CPU
• Após a seleção do processo e alocação do CPU pelo Escalanador, o dispatcher dá o controlo do CPU ao processo
• O dispatcher deve ser rápido e eficiente
• Este processo chama-se latência do dispatcher

CPU bound: Processo com poucas rajadas de CPU mas longas

IO bound: Processos com muitas rajadas de CPU mas curtas

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