Definir formalmente o conceito de processo Descrever as várias funcionalidades relacionadas à manipulação de processos pelo sistema operacional, incluindo escalonamento, criação, terminação e comunicação Apresentar as principais formas de comunicação utilizadas por sistemas cliente-servidor

1. Gerências de Processos: Processos
Sistemas Operacionais I
Prof. Alexandre Duarte : http://alexandrend.com
Centro de Informática | Universidade Federal da Paraíba
Estes slides são baseados no material que acompanha o livro Operating
Systems Concepts de Silberschatz, Galvin and Gagne

2. Objetivos
 Definir formalmente o conceito de processo
 Descrever as várias funcionalidades relacionadas
à manipulaç ão de processos pelo sistema
operacional, incluindo escalonamento, criaç ão,
terminaç ão e comunicaç ão
 Apresentar as principais formas de comunicaç ão
utilizadas por sistemas cliente-servidor

3. O conceito de processo
 Um sistema operacional executa uma variedade de programas:
 Sistemas Batch: jobs
 Sistemas de compartilhamento de tempo: programas do
usuário
 Usaremos os termos job e processo como sinô nimos
 Processo: um programa em execução
 Sua execução avança de forma sequencial
 Um processo inclui:
 Contador de programa
 Pilha
 Seção de dados

4. Um processo na memória

5. Estados de um processo
 Durante sua execuç ão um processo muda de
estado inúmeras vezes
 novo: O processo estásendo criado
 executando: Instruç ões do processo estão
sendo executadas
 esperando: O processo aguarda que algum
evento ocorra
 pronto: O processo aguarda ser escalonado
para um processador
 finalizado: A execuç ão do processo foi
concluída

6. Diagrama de transição entre os estados de
um processo

7. Bloco de Controle de Processo (PCB)
 Informaç ões associadas a cada processo
 Estado do processo
 Contador de programa
 Registradores da CPU
 Informaç ões para escalonamento da CPU
 Informaç ões para gerência de memó ria
 Informaç ão para contabilidade
 Estados das operaç ões de E/S

8. Alternando a CPU entre dois processos

9. Filas de escalonamento de processos
 Fila de jobs: conjunto de todos os processos do
sistema
 Fila de prontos: fila com todos os processos
aguardando apenas pelo escalonamento da CPU
 Filas de dispositivo: conjunto de processos
esperando por um dispositivo de E/S
 Os processo migram entre as diferentes filas

10. Representação do escalonamento de
processos

11. Escalonadores
 Escalonador de longo prazo (ou
escalonador de jobs): seleciona qual processo
deve ser trazido para a fila de prontos
 Escalonador de curto prazo (ou
escalonador de CPU): seleciona qual
processo deve ser executado e aloca a CPU

12. Escalonador de médio prazo

13. Escalonadores
 O escalonador de curto prazo é invocado muito
frequentemente (milissegundos) ⇒ precisa ser rápido
 O escalonador de longo prazo é invocado ocasionalmente
(segundos, minutos) ⇒ pode ser lento
 O escalonador de longo prazo controle o grau de
multiprogramação
 Processos podem ser descritos como:
 Processos limitados por E/S: passam mais tempo
realizando operaç ões de E/S do que computaç ão – várias rajadas
curtas de CPU
 Processos limitados por CPU: passam mais tempo fazendo
computaç ão – poucas rajadas muito longas de CPU

14. Criação de processos
 Um processo Pai cria processos filho, que, por sua vez,
podem criar outros processos, formando uma árvore de
processos
 Geralmente, processos são gerenciados através de um
identificador de processo (pid)
 Compartilhamento de recursos
 Processos pai e filho compartilham tudo
 O processo filho tem acesso a uma parte dos recursos do pai
 Pai e filho não compartilham nada
 Execução
 Pai e filho executam concorrentemente
 Pai aguarda até a conclusão da execuç ão do filho

15. Criação de processos
 Espaç o de endereç amento
 O filho duplica o espaç o do pai
 O filho tem um outro programa carregado em seu
espaç o de endereç amento
 Exemplos no UNIX
 a chamada de sistema fork cria um novo processo
 a chamada de sistema exec é utilizada apó s o fork
para substituir o espaç o de memó ria do processo
com um novo programa

16. Programa em C criando um novo
processo

17. Encerramento de processos
 Um processo executa a sua última instruç ão e solicita
ao sistema operacional que o remova (exit)
 Envio de dados da saída de um processo filho para o pai
(via wait)
 Os recursos utilizados pelo processo são desalocados
 O pai pode finalizar a execuç ão de um processo filho
(abort)
 O filho excedeu o limite de recursos alocados
 A tarefa atribuída ao filho não é mais necessária
 O pai estásendo encerrado
 Alguns SOs não permitem processos ó rfãos
 Todos os filhos são finalizados: terminaç ão em cascata

18. Processos cooperativos
 Processos independentes não podem afetar ou
serem afetados pela execuç ão de outros processos
 Processos cooperativos podem afetar e serem
afetados pela execuç ão de outros processos
 Vantagens da utilizaç ão de processos cooperativos
 Compartilhamento de informação
 Velocidade de computação
 Modularidade
 Conveniência

19. O problema do Produtor/Consumidor
 Um paradigma para processos cooperativos
 Processos produtores produzem informaç ão que
é consumida por processos consumidores
 Buffer-ilimitado não impõem nenhum limite prático
ao tamanho do buffer
 Buffer-limitado assume que háum tamanho fixo
para o buffer

20. Buffer limitado: solução com memória
compartilhada

21. Processo Produtor

22. Processo Consumidor

23. Comunicação entre processos
 Processos cooperativos precisam de mecanismos para
comunicaç ão entre processos (IPC)
 Dois modelos: Troca de mensagens x Memó ria compartilhada

24. Troca de Mensagens
 Processos se comunicam sem fazer uso de variáveis
compartilhadas
 O sistema de IPC oferece duas operações:
 send(message)
 receive(message)
 Se P e Q desejam se comunicar, eles precisam:
 estabelecer um canal de comunicaç ão entre si
 trocar mensagens utilizando send/receive
 Os canais de comunicação podem ser:
 físicos (ex., região de memó ria compartilhada, barramento de
hardware)
 ló gicos

25. Questões de implementação
 Como os canais são estabelecidos?
 Um canal pode ser associado a mais de dois
processos?
 Quantos canais de comunicaç ão podem ser
estabelecidos entre todos os pares de
processos em comunicaç ão?
 Qual é a capacidade de um canal?
 O tamanho da mensagem é fixo ou variável?
 O canal é unidirecional ou bi-direcional?

26. Comunicação Direta
 Os processos precisam ser identificados
explicitamente
 send (P, message)
 receive(Q, message)
 Propriedades do canal de comunicaç ão
 Estabelecimento automático
 Um único canal exclusivo para cada par de processos
 O canal pode ser unidirecional mas geralmente é
bidirecional

27. Comunicação Indireta
 As mensagens são enviadas e recebidas de caixas de
mensagens
 Cada caixa de mensagem tem um identificador único
 Processos só podem se comunicar se compartilharem
uma mailbox
 Propriedades do canal de comunicaç ão
 Canal estabelecido se os processos compartilham uma
mailbox
 Um canal pode ser associado com vários processos
 Cada par de processo pode compartilhar diversos canais
de comunicação
 Canais podem ser unidirecionais ou bidirecionais

28. Comunicação Indireta
 Operaç ões
 criar uma nova mailbox
 enviar e receber mensagens através de uma
mailbox
 destruir uma mailbox
 Primitivas definidas como
 send(A, message)
 receive(A, message)

29. Comunicação Indireta
 Compartilhamento de mailbox
 P1, P2, e P3 compartilham a mailbox A
 P1, envia; P2 e P3 executam o receive ao mesmo tempo.
 Quem ficou com a mensagem?
 Soluç ões
 Permitir que um link só possa ser associado a no máximo
dois processos
 Permitir que apenas um processo execute o receive em
um dado instante
 Permitir que o sistema escolha arbitrariamente o receptor
e notificar o emissor da escolha.

30. Sincronização
 Troca de mensagens pode ser tanto bloqueante quanto não-
bloqueante
 Bloqueante é considerada síncrona
 send bloqueante faz o emissor esperar até que a
mensagem seja recebida
 receive bloqueante faz o receptor esperar até que uma
mensagem esteja disponível
 Não-bloqueante é considerada asíncrona
 send não-bloqueante faz o emissor enviar a mensagem e
continuar sua execuç ão
 receive não-bloqueante faz o receptor receber uma
mensagem válida ou null

31. Buffering
 Fila de mensagens associada ao canal
 Três opç ões de implementaç ão
 Capacidade nula: emissor precisar aguardar pelo
receptor (rendezvous)
 Capacidade limitada: emissor precisar aguardar
se o canal estiver cheio
 Capacidade ilimitada: emissor nunca aguarda

32. Comunicação em sistemas cliente-
servidor
 Sockets
 Chamada remota de procedimentos (RPC)
 Chamada remota de métodos (RMI - Java)

33. Sockets
 Um socket é definido como um ponto final
para comunicaç ão
 Concatenaç ão de endereç o IP e porta
 O socket 161.25.19.8:1625 se refere a
porta 1625 na máquina 161.25.19.8
 A comunicaç ão se dápor meio de pares de
sockets

34. Comunicação via sockets

35. Chamada remota de procedimentos
 Abstrai o conceito de chamada de
procedimentos entre processos em um
sistema conectado via rede
 Stubs: proxies no lado cliente para o
procedimento real no servidor
 O stub no lado cliente localiza o servidor e
empacota os parâmetros do procedimento
 O stub no lado servidor desempacota os
parâmetros e invoca a chamada localmente

36. Invocação remota de métodos (RMI)
 RMI é a soluç ão Java para RPC
 Permite que um programa Java em uma JVM
invoque um método em um objeto criado em uma
outra JVM