Resumo Threads Sistemas Operacionais

Sistemas Operacionais

Processos

• Base para implementação de um sistema multiprogramável;
• Caracterizado por um programa em execução;
• O processador apenas executa os processos, não sendo capaz de distinguir qual programa se encontra em execução;
• Um processo pode: alocar recursos, compartilhar dados, trocar informações e sincronizar a execução;
• Ambiente onde o programa é executado;
• Um processo é uma instância de um programa e possuí dados de entrada, saída e um estado – é a maneira que o SO vê um programa e possibilita sua execução;
• Um programa pode ter várias instâncias em execução, em diferentes processos – maneira como o programador vê a tarefa a ser executada;

Estrutura

• Contexto de Hardware – Armazena as informações referentes ao processo (pilha de execução).

- Armazena o conteúdo dos registradores gerais.

- Quando um processo está em execução, seu contexto de hardware está armazenado nos registradores.
- Quando um processo perde a utilização da UCP o sistema salva as informações do contexto de hardware;

- A troca de processos – mudança de contexto..

• Contexto de Software – Características do processo..
  As informações são provenientes do arquivo de contas.

Identificação – PID (identificação do processo), UID (identificação do usuário ou processo que o criou). Apenas objetos da mesma UID podem ser acessados. 

Quotas – Limites para acesso dos recursos do SO que cada processo pode alocar. Caso uma quota seja insuficiente o processo pode ser executado lentamente ou ser interrompido.

 
Privilégios – As ações que um processo pode fazer em relação à:

Ele mesmo – permite que suas características sejam alteradas.

Outros processos – Além de alterar suas características, também pode alterar as dos outros.

Sistema Operacional – Gerencia do ambiente, desativação do sistema....

• Espaço de Endereçamento – Área da memória pertencente ao processo, onde as instruções e dados do programa são armazenados.

- Cada processo possuí seu próprio espaço de endereçamento.

Bloco de Controle

• Um processo é implementado através de uma estrutura de controle – bloco de controle do processo;
• PCB - Contém todas as informações do contexto de hardware, software e espaço de endereçamento.;
• Residem em uma área da memória principal.

Estados do Processo

• Um processo não deve alocar a UCP com exclusividade em sistemas multiprogramáveis;
• Processos passam por diferentes estados ao longo do seu processamento, de acordo com eventos síncronos e assíncronos;

• Processo Ativo:
• Execução – Quando o processo está sendo executado pelo processador.
• Pronto – Aguardando para ser executado.
• Espera – Aguarda algum evento externo ou algum recurso para prosseguir processamento.

pronto – execução

execução – espera

espera – pronto

pronto - execução

• Processo:
• Execução – Pronto – Espera
• Criação – SO adiciona um novo PCB à sua estrutura e aloca espaço de endereçamento na memória para uso.
  A partir da criação, o SO reconhece a existência do processo, mas ainda não o colocou na lista de processos prontos.
• Terminado – O processo não pode ter mais nenhuma execução, porém o SO ainda terá suas informações presentes na memória.

Um processo terminado não é mais considerado ativo, mas como o PCB ainda existe, o SO pode recuperar suas informações.

Pode ocorrer por: termino de execução, eliminação por outro processo ou eliminação forçada.

Concorrência

Uma maneira de implementar a concorrência em processos é subdividir o código em partes para trabalhar de forma cooperativa.

Processos Independentes

• Maneira mais simples de implementação;
• Não existe vínculo do processo criado com o criador;
• Exige alocação de um PCB independente;
• Consumo de recursos: alocação e desalocação de contexto de software, hardware e espaço de endereçamento.

Processos Subprocessos

• Estrutura hierárquica – pais e filhos;
• Dependência entre processo criador (pai) e o subprocesso (filho);
• Caso o pai deixe de existir os filhos são automaticamente eliminados;
• Cada subprocesso possuí seu próprio PCB;
• O processo pai cede parte de suas Quotas com os filhos.
• Consumo de recursos: alocação e desalocação de contexto de software, hardware e espaço de endereçamento.

Threads

• Tentativa de reduzir o tempo gasto na criação, eliminação e troca de contextos;
• Economiza recursos do SO;
• Compartilham o processador da mesma maneira que um processo – enquanto um thread aguarda uma operação outra pode ser executada;
• Compartilha o mesmo contexto de software e espaço de endereçamento, uma vez que o espaço referenciado pelo loader é o mesmo do contexto de software e espaço de endereçamento;

Multithread – Compartilham o mesmo espaço de endereçamento e contexto de software.

Foreground e Background

• Todo processo é associado à sua estrutura pelo menos dois canais de comunicação.
• Foreground – Permite a comunicação direta entre o usuário e o processo. Canais de entrada e saída.
• Background – Não existe comunicação com o usuário e o processo. Processamento batch.
• Pipe – Faz a ligação entre os processos, sendo possível associar o canal de saída de um processo ao canal de entrada de outro.

CPU-Bound e I/O-Bound

• Processos classificados de acordo com o modo que utilizam o processador e os dispositivos de E/S.
• CPU-Bound – Quando passa a maior parte do tempo em estado de execução, poucas operações de leitura e gravação.
• I/O-Bound – Quando passa a maior parte do tempo em estado de espera

Sinais

• Permite notificar processos de eventos gerados pelo SO ou por outros processos;
• Maior parte gerado pelo SO ou pelo hardware – exceções, interrupções, alarmes;
• O SO é notificado do problema através de uma exceção, o sistema deve notificar o processo que gerou o problema através de um sinal.

Threads

• Antigamente os SO suportavam apenas processos com uma única thread (monothread);
• Lightweight – Espaço de endereçamento de um processo compartilhado por várias aplicações;

Conceitos

• Sub-rotina de um programa que pode ser executada de forma assíncrona, paralela ao programa que a chamou;
• Conjunto de threads compões as linhas de execução de um processo;
• Possuem recursos particulares – PC, registradores e pilha.;
• Compartilham um mesmo espaço de endereçamento e contexto de software.;
• Sub-rotina de um programa que pode ser executada de forma assíncrona, paralela ao programa que a chamou;
• São implementadas internamente dentro de uma estrutura de dados – TCB.
• Cada thread tem sua própria pilha de execução, embora compartilhem espaço de endereçamento;
• Usuário vê o programa, o SO reconhece o processo, não as threads.;
• São concorrentes dentro do processo em que foram criadas;
• Processos são concorrentes e Threads são simultâneas;
• Threads são sincronizadas, caso contrário uma interferiria na outra.

• Exemplo: Editor de texto

Threads – identação, fonte, correção, mudança de linha;

Monothread

• Suporta apenas um programa no seu espaço de endereçamento.
• Aplicações concorrentes com o uso de múltiplos processos independentes e subprocessos.
• Endereçamento individual e protegido 
• Um processo com uma Thread;
• Threads concorrentes;
• Problemas – Consumo de diversos recursos do sistema devido a alocação e desalocação dos recursos e comunicação lenta.

Multithread

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