O documento aborda threads em sistemas operacionais, explicando sua importância como unidades de uso da CPU e os benefícios de sua implementação, como responsividade e escalabilidade. Discutem-se diferentes modelos de multi-threading e bibliotecas que gerenciam threads, como POSIX Pthreads e Java threads, além de questões relacionadas à criação, cancelamento e manipulação de threads. Também é mencionado o conceito de pools de threads e a ativação do escalonador, que facilita a execução de threads em um ambiente com múltiplos núcleos.

1. Gerências de Processos: Threads
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
 Introduzir a noç ão de thread, uma unidade
fundamental de utilizaç ão de CPU e que
representa a base da maioria dos sistemas
computacionais modernos
 Questões relacionadas a criaç ão de threads

3. Processo com thread único e com
múltiplos threads

4. Benefícios
 Responsividade
 Compartilhamento de recursos
 Economia
 Escalabilidade

5. Programação com múltiplos núcleos
 Sistemas com múltiplos núcleos pressionam os
programadores
 Os desafios incluem
 Particionamento das atividades
 Balanç o
 Particionamento dos dados
 Dependência dos dados
 Teste e depuraç ão

6. Arquitetura de um servidor multi-threaded

7. Execução concorrente em um sistema
de núcleo único

8. Execução paralela em um sistema com múltiplos
núcleos

9. Threads do usuário
 Gerencia de threads feita por bibliotecas
carregadas no nível do usuário
 Três principais bibliotecas de threads:
 POSIX Pthreads
 Win32 threads
 Java threads

10. Threads do Núcleo
 Gerenciadas pelo pró prio sistema operacional
 Exemplos
 Windows XP/2000
 Solaris
 Linux
 Tru64 UNIX
 Mac OS X

11. Modelos de Multi-threading
 Muitos-para-um
 Um-para-um
 Muitos-para-muitos

12. Muitos-para-um
 Muitas threads do
usuário mapeadas
para uma única
thread do núcleo
 Exemplos:
 Solaris Green
Threads
 GNU Portable
Threads

13. Um-para-um
 Cada thread do usuário é mapeada uma uma thread
do núcleo
 Exemplos
 Windows NT/XP/2000
 Linux
 Solaris 9 e posterior

14. Muitos-para-muitos
 Permite que muitas
threads do usuário
sejam mapeadas em
muitas threads do
núcleo
 Exemplos
 Solaris antes da
versão 9
 Windows NT/2000
como o pacote
ThreadFiber

15. Modelo em dois níveis
 Similar ao M:M
porém também
permite que uma
thread do usuário seja
associada a uma
thread do núcleo
 Exemplos
 IRIX
 HP-UX
 Tru64 UNIX
 Solaris 8 e anteriores

16. Bibliotecas de threads
 Bibliotecas de threads oferecem uma API para
criaç ão e manipulaç ão de threads
 Duas formas primárias de implementaç ão
 Biblioteca localizada inteiramente no espaç o do
usuário
 Biblioteca localizada no núcleo com suporte do
SO

17. Pthreads
 Pode ser fornecida tanto no nível do usuário
quanto no núcleo
 API padrão POSIX (IEEE 1003.1c) para
criaç ão e sincronizaç ão de threads
 A API especifica unicamente o comportamento
da biblioteca, a implementaç ão fica a cargo
dos desenvolvedores
 Comum em sistemas operacionais UNIX
(Solaris, Linux, Mac OS X)

18. Java Threads
 Threads em Java são gerenciados pela JVM
 Tipicamente implementados de acordo com o
modelo de threads do sistema operacional
“hospedeiro”
 Threads em Java podem ser criados
 Estendendo a classe Thread
 Implementando a interface Runnable

19. Questões relacionadas a criação de
threads
 As chamadas de sistema fork() e
exec()
 Cancelamento de threads
 Assíncrono versus adiado
 Manipulaç ão de sinais
 Pools de Thread
 Dados específicos de threads
 Ativaç ões do escalonador

20. As chamadas de sistema fork() e exec()
 O fork() duplica apenas o thread que invocou
a chamada ou todos os threads do
programa ?
 O que acontece com o exec() ?

21. Cancelamento de threads
 Cancelar uma thread antes de sua
conclusão
 Duas abordagens
 Cancelamento assíncrono: termina
a thread alvo imediatamente
 Cancelamento adiado: permite que
a thread alvo verifique periodicamente
se ela deve ser cancelada

22. Manipulação de sinais
 Sinais são utilizados no UNIX para notificar um processo de
que um determinado evento ocorreu
 Todos os sinais seguem o mesmo padrão
 São gerados por um evento particular
 São entregues a um processo
 São manipulados pelo processo
 Opções:
 Entregar o sinal para a thread a qual ele se aplica
 Entregar o sinal para todas as threads do processo
 Entregar o sinal para certas threads do processo
 Escolher uma thread específica para receber todos os sinais do
processo

23. Pools de threads
 Cria um número de threads em um pool onde
elas aguardam por trabalho
 Vantagens:
 Geralmente é um pouco mais rápido requisitar
uma thread jáexistente do que criar uma nova
thread
 Permite que o número de threads na(s)
aplicaç ão(ões) seja limitado ao tamanho do pool

24. Dados específicos de threads
 Permite que cada thread tenha sua pró pria
có pia dos dados
 Útil quando não se tem controle sobre o
processo de criaç ão de threads (ex., quando
se usa um thread pool)

25. Ativações do escalonador
 Tanto o modelo M:M quanto o de
dois níveis utilizam uma estrutura de
dados intermediária (LWP) entre as
threads do núcleo e do usuário
 O LWP funciona como um
processador virtual para a aplicação
no qual a aplicação pode agendar a
execução de uma thread
 O núcleo, em seguida, atribui uma de
suas threads para executar a thread
do usuário associada a um LWP

26. Ativações do escalonador
 Para esse esquema funciona, o núcleo precisa
notificar a aplicaç ão sobre certos eventos de
escalonamento de threads
 Essa notificaç ão é feita através de um
procedimento chamado upcall e a esse
esquema de comunicaç ão é conhecido com
ativação do escalonador