Gerenciamento de Processos e Comunicação Interprocesso

Sistemas Operacionais
-Gerência de Processos

Ernesto Massa
(slides fornecidos pela Prentice Hall
e adaptados para esta disciplina)

1
Pearson Education Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição

Processos e Threads

 Processos

 Threads

 Comunicação interprocesso
 Problemas clássicos de IPC

 Escalonamento

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2
Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição

Processos
a) Multiprogramação
b) Como vemos a multiprogramação:
 processos sequenciais
 independentes
a) Ocupação real do processador

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3

Transições de Estado
programa
carga
novo encerrado

final de
admissão execução

em
pronto escalonamento
execução

espera por
evento ou I/O
evento ou I/O
concluído
em espera

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4

Estados de Processos
 Camada mais inferior de um SO em
camadas trata interrupções,
escalonamento.
 Acima desta camada estão os
processos sequenciais.

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5

Processos: Contexto
 Implementado através dos “Blocos de
Controle de Processos” – (BCP), também
chamada de “Tabela de Processos”;
 Dividido em três elementos básicos:
 Contexto de Software:
 Id do Processo;

 Descrição dos Arquivos utilizados;

 Parâmetros de Escalonamento;

 Estado Corrente, etc.

 Contexto de Hardware:
 Registradores;

 Dispositivos alocados, etc.

 Espaço de Endereçamento.
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Threads
 (a) Três processos cada um com um
thread
 (b) Um processo com três threads

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Threads
 Contexto do Processo
 Items compartilhados por todas as threads em
um processo
 Contexto da Thread
 Itens privativos de cada thread

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8

Threads
 Cada thread tem sua própria pilha

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Uso de Threads
 Um processador de texto com três threads

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Uso de Thread
 Um servidor web com múltiplos
threads

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Threads de Usuário
 Modelo de pacote
de threads de
usuário
 Vantagem
 Velocidade
 Desvantagem
 Gerenciamento
de threads no
espaço do
usuário
 O Bloqueio de
uma thread
bloqueia todo o
processo

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Threads de Núcleo
 Modelo de
pacote de
threads
gerenciado
pelo kernel

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Threads Pop-Up
 Criação de nova thread quando chega uma
mensagem
 (a) antes da mensagem chegar
 (b) depois da mensagem chegar

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Comunicação entre Processos
 Processos Independentes.
 Não afetam nem são afetados por outros
processos.
 Processos Cooperados.
 Compartilham:
 Memória;

 Arquivos;

 Dispositivos de E/S;

 Etc.

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15

Comunicação entre Processos
 Interprocess Comunication (IPC)
 Dois processos querem escrever
simultaneamente em uma memória
compartilhada

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Condições de Corrida (Disputa)
 Condições de Corrida:
 Situações onde dois ou mais processos estão
acessando dados compartilhados.
 O resultado final pode variar de acordo com a
ordem de execução.

 Mecanismo de Sincronização.
 Garante o compartilhamento de recursos e a
comunicação entre os processos.
 Garante a integridade e a confiabilidade dos
dados compartilhados.

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17

Condições de Corrida
 Exemplo 1: 1 3
7 7

Processo Processo
A
2
7 B 4
7+1 7-1

6 5
8 6
 Resultado Final: Contador = 8 (ERRO!)

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18

 Exemplo 2: Processo
2 suspenso
A
8 recebe CPU
10

Y 1 9

5 6 7 8
próxima
4
entrada

3 7
6 4 5
X 7 8
Processo 3 recebe CPU
 Valor armazenado pelo B 7 suspenso
processo B é perdido.
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 Região Crítica:
 Parte do código onde é feito acesso a recursos
compartilhados, e que podem levar a
condições de corrida.
 Ex: Processo A.
 Código normal
 Início da Seção Crítica (Protocolo de Entrada)
 Seção Crítica
 Término da Seção Crítica (Protocolo de Saída)
 Código normal

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20

Concorrência em programas
 Enquanto um processo estiver usando um
recurso, os outros devem aguardar até
que o recurso esteja liberado.
 Exclusão Mútua.
 Exclusividade no acesso a um determinado
recurso.
 A exclusão mútua deve afetar os
processos concorrentes quando um deles
estiver em uma região crítica.

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Regiões Críticas
 Quatro condições são necessárias
para prover exclusão mútua:
 Nunca dois processos simultaneamente
em uma região crítica
 Nenhuma afirmação pode ser feita sobre

velocidades ou números de CPUs
 Nenhum processo executando fora de sua

região crítica pode bloquear outros
processos
 Nenhum processo deve esperar

eternamente para entrar em sua região
crítica
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Regiões Críticas
 Exclusão mútua usando regiões
críticas

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Soluções de Hardware
 Desabilitação das interrupções:
 Solução mais simples para a exclusão mútua;
 Falha de Proteção:
 O processo precisa voltar a habilitar as
interrupções.
 Não aplicável para múltiplas CPUs.
 Este recurso só deve ser permitido ao SO.
 Instrução Test-and-Set.
 Utilização de uma variável para testar a
possibilidade de executar a região crítica.
 O teste e o bloqueio é realizado através de uma
única instrução (TSL).
 O processo impedido de executar sua região
crítica executa um loop de espera.
 Gasto de CPU.
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Soluções de Software
 Em geral, as soluções por software
resolvem a exclusão mútua, mas geram a
espera ocupada
(Busy Wait):
 Teste contínuo de uma variável até que ocorra
uma mudança no seu valor;
 O processo impedido de executar sua região
crítica executa um loop de espera.
 Gasto de CPU.

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 Variável de Travamento;
 Uma variável é utilizada para informar se algum
outro processo está em sua respectiva região
crítica;
 Gera uma nova condições de corrida.
 Estrita Alternância.
 Processos se alternam na execução da região
crítica;
 Processos podem estar bloqueados, sem
ninguém estar em sua região crítica;
 É necessário que os processos possuam
freqüência semelhante na execução da região
crítica.

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 Estrita Alternância
 Solução proposta para o problema da
região crítica.
busy wait
(a) Processo 0 (b) Processo 1

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 Solução de Peterson:
 Chamadas a rotinas antes de entrar e
após sair da região crítica;
 A rotina de entrada só retorna quando
não houver outro processo executando
a sua região crítica.

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 Solução de Peterson:

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 Problema de Inversão de
Prioridades:
 Processo com baixa prioridade em sua
região crítica;
 Processo com alta prioridade em busy
waiting;
 Starvation.

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 Implementações de uso das regiões
críticas sem a espera ocupada:
 Semáforos (Counting Semaphores);
 Semáforos Binários
 Mutex (Mutual Exclusion Semaphores);

 Monitores.

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 Chamadas sleep e wakeup:
 Sleep:
 Coloca o processo chamador no estado de
espera.
 Wakeup:
 Coloca um outro processo que está em
espera no estado de pronto.

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 Semáforos:
 Ferramenta de sincronização criada por
Dijkstra (1965);
 Características:
 Variável inteira;

 Não negativa.

 Manipulados exclusivamente por duas
operações atômicas:
 DOWN (generalização do sleep)

 UP (generalização do wakeup)

 Implementados como chamada ao sistema.

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