So mod5b aula1

Resumo Conceitos de Multiprocessamento
Arquitetura de Sistemas Operativos
! Prof. Hernani
Hernani Costa
hpcosta@dei.uc.pt
Sistemas Operativos 2011/2012
Hernani Costa hpcosta@dei.uc.pt
TGPSI 09/12 Sistemas Operativos Modulo 5B

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1 Conceitos de Multiprocessamento
Introduc~ao
Gest~ao de Programas
Controlo de Recursos de Hardware

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Introduc~ao
Os sistemas operativos gerem um conjunto de func~oes basicas
que t^em evoludo ao longo dos tempos.
Vamos ent~ao analisar a evoluc~ao de algumas dessas func~oes:
Gest~ao de programas
Controlo de recursos de hardware:
Gest~ao do Microprocessador
Gest~ao da Memoria
Gest~ao dos perifericos de entrada e sada

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A func~ao mais importante de um sistema operativo, e que
afeta diretamente a sua

abilidade, e o metodo como este
gere a execuc~ao dos programas.

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Gest~ao de Programas - Monotarefa
No caso dos sistemas operativos classi

cados por monotarefa,
estes executam apenas uma tarefa de cada vez.
Vejamos o seguinte exemplo:

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Imaginemos que estamos a usar um editor de texto e temos
necessidade de ir buscar informac~ao a uma folha de calculo.
Neste tipo de sistema operativo temos de sair do editor de
texto para podermos entrar na folha de calculo e fazer o
mesmo para voltarmos ao editor de texto.

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Voltando ao editor de texto e na hora da impress~ao do
documento e necessario aguardar que todo o documento seja
impresso ou passado para a memoria da impressora, para que
seja possvel trabalhar novamente com o editor de texto.
Quem ja utilizou o sistema operativo MS-DOS ja passou por
estas situac~oes.

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Gest~ao de Programas - Multitarefa
Um sistema operativo multitarefa permite que um utilizador
trabalhe com dois ou mais programas em simult^aneo.
Na pratica o microprocessador n~ao executa diversos
programas de uma so vez, mas reserva uma frac~ao de tempo
para cada um dos programas.

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Gest~ao de Programas - Multitarefa
Existem diferentes tecnicas de gest~ao da multitarefa.
Consoante o metodo utilizado, a estabilidade do sistema
operativo e afetada.

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Gest~ao de Programas - Multitarefa Cooperativa
Neste caso de multitarefa cooperativa, os utilizadores
podem executar dois ou mais programas, mas o programa que
se encontra em primeiro plano ganha o controlo sobre o
microprocessador e mantem esse controlo ate que a tarefa
termine.
So depois e que o microprocessador e libertado para se ocupar
com os restantes programas.
Neste caso o que e que acontece se um dos programas para de
funcionar?

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Gest~ao de Programas - Multitarefa Cooperativa
O programa que esta parado, ou travado, n~ao liberta o
microprocessador, consequentemente o computador
congela, ou

ca suspenso, e o utilizador tem que reiniciar
o computador.
O Windows 3.11 e as vers~oes anteriores a vers~ao Mac OS 8
utilizavam este tipo de multitarefa.

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Gest~ao de Programas - Multitarefa Preemptiva
A multitarefa preempetiva e melhor do que a anterior e
permite que o sistema operativo recupere o controlo caso um
aplicativo interrompa a sua execuc~ao.
O utilizador perde todos os trabalhos que n~ao tinham sido
guardados no programa que travou, mas a falha neste
aplicativo n~ao vai in
uenciar o funcionamento do restante
sistema.

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Gest~ao de Programas - Multitarefa Preemptiva
Os sistemas operativos atuais para computadores pessoais ja
utilizam este tipo de multitarefa, como e o caso do Unix,
Linux, Windows 95, 98, M. Windows NT, 2000 e XP, Mac OS
8 e vers~oes mais recentes, e o OS/2, entre outros.
No entanto, nem todos os sistemas que utilizam a multitarefa
preemptiva, a gerem de modo e

ciente.

Gest~ao de Programas - Multitarefa Multithreading
Um sistema mais recente de multitarefa e designado por
multithreading e permite que o computador execute mais
do que uma tarefa de um unico programa.
Para facilitar o multithreading, os programadores devem
dividir os programas em tarefas distintas, denominadas por
threads.
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Por exemplo, podemos ter uma thread a tratar da impress~ao,
enquanto que outra trata da recuperac~ao de

cheiros.
Com este tipo de multitarefa o utilizador pode estar a executar
uma tarefa de um programa aplicativo e em simult^aneo
podem estar a ser executadas outras tarefas desse programa.
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Podemos tambem obter bene

cio quando se executam varios
programas aplicativos.
A thread do programa que se encontra em segundo plano
continua a trabalhar, enquanto o utilizador esta a trabalhar
com o programa aplicativo em primeiro plano.
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Os sistemas operativos mais e

cazes combinam a multitarefa
preempetiva e multithreading.
Os sistemas operativos para computadores pessoais
mencionados na multitarefa preempetiva tambem suportam o
multithreading.
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No caso da multitarefa preempetiva e do multithreading, o
sistema operativo tem que gerir quanto tempo cada tarefa vai
ocupar no microprocessador.
Quando mandamos imprimir um documento e de imediato
continuamos a escrever, n~ao nos podemos esquecer que o
sistema operativo vai atribuir uma frac~ao de tempo a cada
tarefa e para o utilizador parece que este esta a realizar tudo
em simult^aneo.

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Este tipo de processamento por partilha no tempo do
microprocessador e conhecido por pseudoparalelismo.
Neste caso, o tempo de execuc~ao das duas tarefas e o
somatorio das duas a trabalhar isoladamente.

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Nos sistemas informaticos constitudos por mais do que um
microprocessador, e possvel atribuir a cada um uma tarefa
diferente para que o trabalho seja distribudo por todos.
Os sistemas operativos t^em de estar preparados para poderem
realizar esta gest~ao e nem todos os sistemas operativos mais
recentes t^em esta potencialidade.
O Linux, Unix, Windows NT, 2000, XP, o Mac OS 8 e vers~oes
mais recentes, s~ao exemplos de sistemas operativos que
suportam multiprocessamento.

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Multiprocessamento
Assim, o multiprocessamento e a capacidade de um sistema
operativo executar simultaneamente dois ou mais processos.
Pressup~oe a exist^encia de dois ou mais processadores.

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Multiprocessamento
A ideia e ter mais de um processador que funciona na mesma
memoria mas executa processos simultaneamente.
Difere da multitarefa, pois esta simula a simultaneidade,
utilizando-se de - usando - varios recursos, sendo o principal a
partilha de tempo de uso do processador entre varios
processos.

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Caractersticas do Multiprocessamento
Um multiprocessador e um sistema integrado de
computac~ao com as seguintes caractersticas:
Envolve dois ou mais processadores fsicos (separados ou
multiplos nucleos encapsulados no mesmo chip) ou logicos
(processadores com a tecnologia HyperThreading da Intel)
com o mesmo poder computacional e cada um capaz de
executar processos autonomamente.
Os processadores partilham um unico espaco de
enderecamento de memoria.
O sistema de hardware e como um todo gerido por um unico
sistema operativo.

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Caractersticas do Multiprocessamento
O sistema operativo com suporte a multiprocessamento deve
ser capaz de:
suportar multitarefa;
manter multiplas

las de processos, uma para cada
processador.

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Arquitetura de Sistemas Multiprocessados
Sistemas multiprocessados podem ser basicamente de dois
tipos: SMP e NUMA.

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Multiprocessamento simetrico (SMP)
Os processadores partilham a mesma memoria, embora
possam ter caches separadas.
O sistema operativo deve estar preparado para trabalhar com
coer^encia de caches e, principalmente, evitar condic~oes de
corrida na memoria principal.

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Acesso n~ao uniforme a memoria (NUMA)
A cada processador e associado um bloco de memoria.
O sistema operativo trata cada bloco separadamente, pois
cada bloco tem um custo de acesso diferente, dependendo de
qual o processador a que esta associado e onde esta a ser
executado o processo que tenta aceder a memoria.

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