Capítulo 4: Processos. Silberschatz, Galvin and Gagne 2002 4.2 Operating System Concepts Processos Conceito de Processo Escalonamento de Processos Operações

Capítulo 4: Processos

Silberschatz, Galvin and Gagne 20024.2Operating System Concepts

Processos

• Conceito de Processo• Escalonamento de Processos• Operações sobre Processos• Processos Cooperativos• Comunicação entre Processos• Comunicação em Sistemas Cliente-Servidor


Conceito de Processo•Um SO executa vários programas

•Sistemas Batch•serviços (jobs)

•Sistemas de tempo compartilhado (Time-sharing)•programas de usuário ou tarefas

•Serviço e processo são sinônimos


Conceito de Processo (cont.)

•Processo – um programa em execução•a execução de um processo é sequencial

•Um processo inclui:•Contador de instruções (PC)•Pilha (stack)•Seção de dados


Estado do Processo•Um processo passa por vários estados •Novo•Em execução•Em espera•Pronto•Terminado


Diagrama de Estado dos Processos


Bloco de Controle de Processos

•Guarda informações associadas a um processo• Estado do processo• Contador de instruções• Registradores da CPU• Alocação da CPU• Gerenciamento de memória• Contabilidade• Estado de operações de E/S


PCB


Transferência da CPU entre processos


Filas para Escalonamento•Fila de Processos

•Todos os processos do sistema•Fila de Processos Prontos

•Na memória principal •Prontos para entrar em execução

•Fila de Dispositivos •Esperando por um dispositivo de E/S


Diagrama das Filas


Escalonamento de Processos


Escalonadores

•Escalonador de longo prazo•Quais processos devem ser carregados na memória

•Escalonador de curto prazo•Qual processo que deve ser executado •Aloca a CPU


Escalonamento de médio prazo


Escalonadores (cont.)

•O escalonador da CPU é usado muito freqüentemente •Tem que ser rápido

•O escalonador de processos é usado pouco freqüentemente •Pode ser lento


Escalonadores (cont.)

•O escalonador controla o grau de multiprogramação

•Processos podem ser descritos como•Dependentes de E/S •Dependentes da CPU

•Mistura ideal de processos•Um pouco de cada


Mudança de Contexto

•Para transferir o controle da CPU •É preciso

•salvar o estado do processo antigo •carregar o estado do novo processo

•O tempo de mudança de contexto é desperdiçado•O sistema não realiza trabalho útil

•Duração depende do hardware


Criação de processos•Processo pai cria processos filho•Filhos criam outros processos

•Resultando árvore de processos •Forma de compartilhamento de

recursos entre pais e filhos•todos •Um subconjunto •Nenhum


Criação de Processos• Modos de execução

• Pai e filhos executam concorrentemente

• Pai espera até que os filhos terminem a execução

• Espaço de endereços• Filho é cópia do pai• Filho tem um programa que deve ser

carregado para sua execução


Exemplo - UNIX

•Chamada ao sistema fork cria um novo processo

•exec usada após fork para substituir o espaço de memória do processo com novo programa


Árvore de processos em um sistema UNIX


Término de Processos•Depois do último comando uma

chamada ao SO (exit) é feita para remover o processo do sistema•Dados de saída do filho para o pai (via wait)

•Recursos do processo são de-alocados pelo sistema operacional


Término de processos• O processo pai pode terminar a execução dos

filhos (abort)• Filho excedeu recursos alocados• A tarefa atribuida ao filho não é mais necessária• O processo pai está terminando

•O SO não permite que a execução de um processo filho continue se a do seu pai já terminou

•Finalização em cascata


Processos Cooperativos

• Processos independentes •não podem afetar ou serem afetados pela execução de outro processo

• Processos cooperativos •podem afetar ou serem afetados pela execução de outro processo


Processos Cooperativos (cont.)

•Vantagens de processos cooperativos•Compartilhamento de informações

•Aumento de velocidade de processamento

•Modularidade•Conveniência


Produtor-Consumidor

•Paradigma para processos cooperativos.

•Dois casos•Área de armazenamento ilimitada•Área de armazenamento limitada


Área limitada – Solução de memória compartilhada

• Dado compartilhado#define BUFFER_SIZE 10Typedef struct {. . .} item;item buffer[BUFFER_SIZE];int in = 0;int out = 0;

• Máximo BUFFER_SIZE-1 elementos


Área limitada – Processo Produtor

item nextProduced;

while (1) {while(((in+1)%BUFFER_SIZE)== out); /* do nothing */buffer[in] = nextProduced;in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;}


Área limitada – Processo Consumidor

item nextConsumed;

while (1) {while (in==out);

/* do nothing */nextConsumed = buffer[out];out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;}


Comunicação entre Processos

•Mecanismo para •Comunicação•Sincronização de processos

•Sistema de mensagens •sem uso de memória compartilhada



• Duas operações:• Send (mensagem)

•tamanho da mensagem fixa ou variável • Receive (mensagem)

• Para processos P e Q se comunicarem, eles precisam:• Estabelecer um canal de comunicação entre eles• Trocar mensagens via send/receive



•Implementação do canal de comunicação•Física (por exemplo, memória compartilhada)•Lógica (por exemplo, propriedades lógicas)


Questões de implementação

•Como são estabelecidos os canais?

•Um canal pode estar associado a mais de dois processos?

•Quantos canais podem existir entre cada par de processos?


Questões de implementação

•Qual é a capacidade de um canal?

•Um canal pode acomodar mensagens de tamanho variáveis?

•O canal é unidirecional ou bidirecional?


Comunicação Direta•Os processos devem indicar explicitamente o seu par•Send (P, mensagem) – envia mensagem para o processo P

•Receive (Q, mensagem) – recebe mensagem do processo Q


Propriedades do Canal (Comunicação Direta)

•Canais estabelecidos automaticamente

•Canal associado exatamente com um par de processos

•Canal normalmente bidirecional


Comunicação Indireta•Mensagens são enviadas e recebidas em caixas postais (portas)•Cada caixa postal tem uma identidade

•Processos só podem se comunicar se compartilharem uma caixa postal


Propriedades do Canal (Comunicação Indireta)

• O canal estabelecido somente se processos compartilham caixa postal

• Um canal pode ser associado com vários processos

• Cada par de processos pode compartilhar vários canais de comunicação

• Canal unidirecional ou bidirecional


Comunicação Indireta• Operações

• Criar nova caixa postal• Enviar e receber mensagens • Destruir caixa postal

• Primitivas são definidas como:Send (A, mensagem) – envia mensagem para caixa postal AReceive (A, mensagem) – recebe mensagem da caixa postal A


Comunicação Indireta• Compartilhamento de caixa postal

• P1, P2, e P3 compartilham caixa postal A• P1 envia; P2 e P3 recebem• Quem pega a mensagem?

• Soluções• Canal só pode ser associado 2 processos• Permitir que apenas um processo execute

a operação receive por vez• Permitir que o SO selecione o recipiente.

Remetente notificado sobre quem recebeu


Sincronização•Passagem de mensagem pode

ser ou blocante ou não-blocante

•Blocante é síncrona•Não-blocante é assíncrona•As primitivas send e receive

podem ser ou bloqueantes ou não-bloqueantes


Buffering• Fila de mensagens associada ao canal• Implementada de três maneiras

• Capacidade zero•0 mensagens. Remetente deve esperar pelo recipiente (rendez-vous)

• Capacidade limitada •n mensagens. Remetente deve esperar se o canal estiver cheio

• Capacidade ilimitada•comprimento infinito. Remetente nunca bloqueado


Comunicação Cliente-Servidor

•Sockets•Chamadas de Procedimentos Remotos (RPC)

•Invocação do Método Remoto (RMI - Java)


Sockets• Final de um canal de comunicação• Usa concatenação de endereço IP

e porta como identificador• O socket 161.25.19.8:1625

•porta 1625•host 161.25.19.8

• Comunicação feita entre pares de sockets


Comunicação entre Sockets


Chamada de Procedimento Remoto

• Stubs• No cliente

•substituto (proxy) do procedimento

•localiza o servidor

•junta os parâmetros

• No servidor •recebe mensagem

•recolhe parâmetros

•executa procedimento

Transforma chamadas remotas em “locais”


Execução de RPC


Invocação do Método Remoto

•Mecanismo em Java similar a RPC


Recolhimento de Parâmetros

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