Baixado 333 vezes
Carregado porWellington Oliveira
Sistemas Operacionais Processos e Threads - Wellington Pinto de Oliveira
O documento discute processos e threads em sistemas operacionais. Aborda tópicos como criação e término de processos, hierarquia de processos, estados de processos, implementação de processos, modelo de threads, comunicação interprocesso usando regiões críticas, semáforos, monitores e problemas clássicos como produtor-consumidor, jantar dos filósofos e escalonamento.
Mais conteúdo relacionado
Semelhante a Sistemas Operacionais Processos e Threads - Wellington Pinto de Oliveira
Sistemas Operacionais Processos e Threads - Wellington Pinto de Oliveira
- 1. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 1 Processos e Threads Capítulo 2 2.1 Processos 2.2 Threads 2.3 Comunicação interprocesso 2.4 Problemas clássicos de IPC 2.5 Escalonamento
- 2. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 2 Processos O Modelo de Processo • Multiprogramação de quatro programas • Modelo conceitual de 4 processos sequenciais, independentes • Somente um programa está ativo a cada momento
- 3. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 3 Criação de Processos Principais eventos que levam à criação de processos 1. Início do sistema 2. Execução de chamada ao sistema de criação de processos 3. Solicitação do usuário para criar um novo processo 4. Início de um job em lote
- 4. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 4 Término de Processos Condições que levam ao término de processos 1. Saída normal (voluntária) 2. Saída por erro (voluntária) 3. Erro fatal (involuntário) 4. Cancelamento por um outro processo (involuntário)
- 5. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 5 Hierarquias de Processos • Pai cria um processo filho, processo filho pode criar seu próprio processo • Formam uma hierarquia – UNIX chama isso de “grupo de processos” • Windows não possui o conceito de hierarquia de processos – Todos os processos são criados iguais
- 6. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 6 Estados de Processos (1) • Possíveis estados de processos – em execução – bloqueado – pronto • Mostradas as transições entre os estados
- 7. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 7 Estados de Processos (2) • Camada mais inferior de um SO estruturado por processos – trata interrupções, escalonamento • Acima daquela camada estão os processos sequenciais
- 8. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 8 Implementação de Processos (1) Campos da entrada de uma tabela de processos
- 9. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 9 Implementação de Processos (2) Esqueleto do que o nível mais baixo do SO faz quando ocorre uma interrupção
- 10. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 10 Threads O Modelo de Thread (1) (a) Três processos cada um com um thread (b) Um processo com três threads
- 11. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 11 O Modelo de Thread (2) • Items compartilhados por todos os threads em um processo • Itens privativos de cada thread
- 12. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 12 O Modelo de Thread (3) Cada thread tem sua própria pilha
- 13. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 13 Uso de Thread (1) Um processador de texto com três threads
- 14. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 14 Uso de Thread (2) Um servidor web com múltiplos threads
- 15. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 15 Uso de Thread (3) • Código simplificado do slide anterior (a) Thread despachante (b) Thread operário
- 16. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 16 Uso de Thread (4) Três maneiras de construir um servidor
- 17. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 17 Implementação de Threads de Usuário Um pacote de threads de usuário
- 18. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 18 Implementação de Threads de Núcleo Um pacote de threads gerenciado pelo núcleo
- 19. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição TU vs TN • Criar uma thread de usuário é mais rápido • Thread de usuário pode ser executado em SO não preparados para threads • Tratamento de interrupção é melhor em threads de núcleo 19
- 20. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 20 Implementações Híbridas Multiplexação de threads de usuário sobre threads de núcleo
- 21. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 21 Ativações do Escalonador • Objetivo – imitar a funcionalidade dos threads de núcleo – ganha desempenho de threads de usuário • Evita transições usuário/núcleo desnecessárias • Núcleo atribui processadores virtuais para cada processo – deixa o sistema supervisor alocar threads para processadores • Problema: Baseia-se fundamentalmente nos upcalls - o núcleo (camada inferior) chamando procedimentos no espaço do usuário (camada superior)
- 22. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 22 Threads Pop-Up • Criação de um novo thread quando chega uma mensagem (a) antes da mensagem chegar (b) depois da mensagem chegar
- 23. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 23 Convertendo Código Monothread em Código Multithread (1) Conflitos entre threads sobre o uso de uma variável global
- 24. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 24 Convertendo Código Monothread em Código Multithread (2) Threads podem ter variáveis globais privadas
- 25. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 25 Comunicação Interprocesso Condições de Disputa Dois processos querem ter acesso simultaneamente à memória compartilhada
- 26. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 26 Regiões Críticas (1) Quatro condições necessárias para prover exclusão mútua: 1. Nunca dois processos simultaneamente em uma região crítica 2. Nenhuma afirmação sobre velocidades ou números de CPUs 3. Nenhum processo executando fora de sua região crítica pode bloquear outros processos 4. Nenhum processo deve esperar eternamente para entrar em sua região crítica
- 27. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 27 Regiões Críticas (2) Exclusão mútua usando regiões críticas
- 28. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição Exclusão Mutua com Espera Ociosa • Desabilitando interrupções: Pode-se desabilitar as interrupções evitando o processo de escalonamento; • Utilizando variáveis de impedimento: Como solução de software pode-se implementar variáveis compartilhadas (lock), usadas para verificar se algum processo está em uma região crítica. 28
- 29. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 29 Exclusão Mútua com Espera Ociosa (1) Solução proposta para o problema da região crítica (a) Processo 0. (b) Processo 1.
- 30. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição Exclusão Mutua com Espera Ocisoa • Testar continuamente uma variável até que algum valor apareça é chamado de espera ociosa. • Um variável que usa a espera ociosa é chamada de spin lock. 30
- 31. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 31 Exclusão Mútua com Espera Ociosa (2) Solução de Peterson para implementar exclusão mútua
- 32. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição Exclusão Mutua com Espera Ociosa • Pode-se implementar a exclusão mútua com ajuda do hardware utilizando a instrução TSL; • TSL é Teste e atualize a variável de impedimento. • As operações de leitura e armazenamento são indivisíveis (garantido pelo hardware). 32
- 33. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 33 Exclusão Mútua com Espera Ociosa (3) Entrando e saindo de uma região crítica usando a instrução TSL
- 34. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição Dormir e Acordar A solução de Peterson e TSL são corretas mas ambas apresentam o defeito de precisar da espera ociosa. Este problema não só consome CPU como pode causar problemas imprevistos. Um exemplo é o problema da inversão de prioridade. 34
- 35. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição Dormir e Acordar Podemos bloquear/desbloquear processos, uma das maneiras mais simples é implementar sleep e wakeup. 35
- 36. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição Dormir e Acordar • Problema do produtor-consumidor: Imagine um problema em que dois processo estão escrevendo e lendo dados em um buffer. Um escreve mais informações em uma taxa mais alta que o outro que faz a leitura (limpa ao ler). 36
- 37. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 37 Dormir e Acordar Problema do produtor-consumidor com uma condição de disputa fatal
- 38. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição Dormir e Acordar • Imagine se o consumidor ainda não estiver logicamente adormecido, então o sinal para acordar é perdido, então ele da próxima vez que analisar o count verá 0 e dormirá. Mais cedo o produtor encherá todo o buffer e também dormirá. Cadê o príncipe encantado nestas horas? 38
- 39. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição Semáforos • Estuda a introdução de uma nova variável inteira para contar o número de sinais de acordar salvos para uso futuro. • Existe duas funções chamadas down e up 39
- 40. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 40 Semáforos O problema do produtor-consumidor usando semáforos
- 41. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição Mutexes • Quando não é preciso usar a capacidade do semáforo de contar, lança-se mão de uma versão mais simples de semáforos. • Um mutex é uma variável que pode estar em um dos dois estados seguintes: desimpedido ou impedido. • Por ser muito simples os mutexes podem ser implementados facilmente no espaço do usuário. 41
- 42. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 42 Mutexes Implementação de mutex_lock e mutex_unlock
- 43. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 43 Monitores (2) • Delineamento do problema do produtor-consumidor com monitores – somente um procedimento está ativo por vez no monitor – o buffer tem N lugares
- 44. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 44 Monitores (4) Solução para o problema do produtor-consumidor em Java (parte 2)
- 45. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 45 Barreiras • Uso de uma barreira a) processos se aproximando de uma barreira b) todos os processos, exceto um, bloqueados pela barreira c) último processo chega, todos passam
- 46. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 46 Jantar dos Filósofos (1) • Filósofos comem/pensam • Cada um precisa de 2 garfos para comer • Pega um garfo por vez • Como prevenir deadlock
- 47. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 47 Jantar dos Filósofos (2) Uma solução errada para o problema do jantar dos filósofos
- 48. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 48 Jantar dos Filósofos (3) Uma solução para o problema do jantar dos filósofos (parte 1)
- 49. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 49 Jantar dos Filósofos (4) Uma solução para o problema do jantar dos filósofos (parte 2)
- 50. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 50 O Problema dos Leitores e Escritores Uma solução para o problema dos leitores e escritores
- 51. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 51 O Problema do Barbeiro Sonolento (1)
- 52. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 52 O Problema do Barbeiro Sonolento (2) Solução para o problema do barbeiro sonolento
- 53. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 53 Escalonamento Introdução ao Escalonamento (1) • Surtos de uso da CPU alternam-se com períodos de espera por E/S a) um processo orientado à CPU b) um processo orientado à E/S
- 54. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 54 Introdução ao Escalonamento (2) Objetivos do algoritmo de escalonamento
- 55. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 55 Escalonamento em Sistemas em Lote (1) Um exemplo de escalonamento job mais curto primeiro
- 56. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 56 Escalonamento em Sistemas em Lote (2) Escalonamento em três níveis
- 57. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 57 Escalonamento em Sistemas Interativos (1) • Escalonamento por alternância circular (round- robin) a) lista de processos executáveis b) lista de processos executáveis depois que B usou todo o seu quantum
- 58. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 58 Um algoritmo de escalonamento com quatro classes de prioridade Escalonamento em Sistemas Interativos (2)
- 59. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 59 Escalonamento em Sistemas de Tempo-Real Sistema de tempo-real escalonável • Dados – m eventos periódicos – evento i ocorre dentro do período Pi e requer Ci segundos • Então a carga poderá ser tratada somente se 1 1 m i i i C P= ≤∑
- 60. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 60 Política versus Mecanismo • Separa o que é permitido ser feito do como é feito – um processo sabe quais de seus threads filhos são importantes e precisam de prioridade • Algoritmo de escalonamento parametrizado – mecanismo no núcleo • Parâmetros preenchidos pelos processos do usuário – política estabelecida pelo processo do usuário
- 61. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 61 Escalonamento de Threads (1) Possível escalonamento de threads de usuário • processo com quantum de 50-mseg • threads executam 5 mseg por surto de CPU
- 62. Pearson Education SistemasOperacionais Modernos – 2ª Edição 62 Escalonamento de Threads (2) Possível escalonamento de threads de núcleo • processo com quantum de 50-mseg • threads executam 5 mseg por surto de CPU