Execução

PROCESSOS
Prof. Maicon A. Sartin
[email protected]
Cenários em Sistemas
Multitarefas
Um usuário pode executar diversas
atividades simultâneas
 Música
 Editoração de texto
 Navegar na Internet
Servidor pode ter vários usuários
conectados
 Acesso remoto
 Servidor de e-mails
Introdução
 Processo
 Entidade Ativa, ao contrário do programa, que é
uma entidade passiva
 Um ambiente onde se executa um programa
 O SO gerencia os processos por SC que podem
realizar diversas operações:
 Criar, eliminar, sincronizar, suspender,…
 Um algoritmo/sistema operacional é preemptivo
quando:
 Um processo entra e pode ser retirado da CPU, antes
do término da sua execução
Introdução
 Criar um Processo
#include <stdio.h>
int main()
{
int i, pid;
printf("Processo Principal (main)!! ID = : %d \n",getpid() );
pid = fork() ;
if (pid > 0)
{
printf("Eu sou o pai !! ID = : %d \n",getppid()) ;
}
else if (pid == 0)
{
printf("Eu sou o filho!! ID = : %d \n",getpid() );
}
}
Introdução
 Cada processo tem sua própria CPU virtual
 Trazendo a visão de exclusividade ao usuário
 A CPU física é compartilhada por vários processos
 Multiprogramação
 Tempo Compartilhado
 O Escalonador seleciona qual processo deve usar
a CPU a cada momento e por quanto tempo
Estrutura dos Processos
 O processo constitui-se de três elementos para
manter as informações básicas à execução de um
programa
 Contexto de hardware
 Contexto de software
 Espaço de endereçamento
C o n te x t o d e
S o f tw a r e
C o n te x to d e
H a rd w a re
Pro g ra m a
E sp a ço d e
E n d e r e ç a m e n to
Estrutura dos Processos
S is te m a O p e r a c io n a l
 Contexto de hardware
 Conteúdo de registradores
P ro ce sso A
P ro ce sso B
e x e c u ta n d o
 Fundamental na implementação
de sistemas time-sharing
 O processo em execução na CPU
pode ser interrompido e restaurado
Posteriormente
S a lv a r e g is tr a d o r e s d o
Pro ce sso A
C a r r e g a r e g is tr a d o r e s d o
P ro ce sso B
e x e c u ta n d o
S a lv a r e g is tr a d o r e s d o
P ro ce sso B
 Quando isso ocorre há a necessidade
de mudança de contexto
e x e c u ta n d o
C a r r e g a r e g is tr a d o r e s d o
Pro ce sso A
Estrutura dos Processos
 Contexto de Software
 Define-se caracterísitcas na criação do processo:
 Nº máx. de arquivos abertos simultaneamente
 Possui três grupos de informações: identificação,
Quotas e privilégios
 Identificação
 Processo com identificação única - PID (Process Identification)
 Processo com identificação do usuário (UID)
Estrutura dos Processos
 Contexto de Software
 Quotas
 Limites de cada recurso no qual o processo pode alocar
– Se ultrapassado o limite o processo fica lento ou não
executa
 Ex.:





Número máximo de arquivos abertos simultaneamente
Número máximo de operações de E/S pendentes
Número máximo de processos e subprocessos a serem criados
Tamanho máximo do buffer para operações de E/S
Tamanho máximo da memória a ser alocada
 Privilégios
 Define o que o processo pode fazer em relação ao sistema e
a outros processos
Estrutura dos Processos
 Espaço de endereçamento
 É a área da memória do processo onde o programa será executado e
deve ser protegido dos demais processos
nom e
P ID
o w n e r (U I D )
r e g i s tr a d o r e s
g e r a is
p r io r id a d e d e
e xe cu çã o
d a ta / h o r a
d e cr ia ç ã o
r e g i s tr a d o r P C
C o n te x t o d e
S o f tw a r e
C o n te x to d e
H a rd w a re
r e g i s tr a d o r S P
te m p o d e
p ro ce ssa d o r
q u o ta s
Pro g ra m a
p r iv ilé g io s
E sp a ço d e
E n d e r e ç a m e n to
e n d e r e ço s d e m e m ó ria
p r in c ip a l a lo ca d o s
r e g i s tr a d o r
d e s ta tu s
Estados do Processo
 Em sistemas multiprogramáveis um processo não
é executado todo tempo pela CPU
 Desde a criação do processo até o seu término
ele passa por uma série de estados
 Existem três tipos de estados: Execução, Pronto e
Espera
Estados do Processo
 Execução (running)
 O processo está sendo executado pela CPU
 Com um processador, quantos processos em execução?
 E quando há vários processadores?
 O SO determina a utilização do processador pelas
políticas de escalonamento
 Pronto (ready)
 Aguarda uma oportunidade para executar, dependendo
do SO para a alocação da CPU
Estados do Processo
 Espera (wait)
 Aguarda um evento externo ou algum recurso para poder
prosseguir seu processamento
 Ex.: Término de Operação de E/S
 Bloqueado(Blocked) – Em alguns sistemas
 Espera x Bloqueado
 Um processo em estado de bloqueado
 espera ser autorizado para utilizar o recurso
 Um processo em estado de espera
 Agurada pela conclusão de uma operação em um recurso que já foi
garantido
Estados do Processo
 Um processo muda de estado diversas vezes,
durante seu processamento
 Em função de eventos originados por ele
próprio1 ou pelo SO2
1. Eventos voluntários
2. Eventos involuntários
Estados do Processo
 Existem quatro mudanças de estado:
 Pronto  Execução
 Na criação do processo ele é colocado em uma lista de processos no
estado pronto, onde aguarda uma oportunidade para ser executado
 Execução  Espera
 Por eventos gerados pelo próprio processo.
 Ex.: Operação de E/S
 Espera  Pronto
 Quando a operação solicitada é atendida ou o recurso esperado é
concedido
 Execução  Pronto
 Por eventos gerados pelo sistema
 Ex. Fim da fatia de tempo que o processo possui para sua execução
Mudanças de Estados do
Processo
E s ta d o d e E x e c u ç ã o
d
b
a
c
E s ta d o d e E s p e r a
E s ta d o d e P r o n to
Mudanças de Estados do
Processo
Controle do Processo
 O SO materializa o processo através de uma
estrutura chamada bloco de controle do processo
(PCB)
 Através do PCB o SO mantém todas as
informações sobre o processo
p o n te ir o s
E s ta d o d o p r o c e s s o
N o m e d o p ro ce sso
P r io r id a d e d o p r o c e s s o
R e g i s tr a d o r e s
L i m i te s d e m e m ó r i a
L i s ta d e a r q u i v o s a b e r to s
..
..
..
..
Controle do Processo
 Pode haver vários processos em estados de
pronto ou de espera
 O SO gerencia os processos pelas listas
encadeadas, onde cada PCB tem um ponteiro
para seu sucessor
L is ta d e
p ro ce sso s
e m e s ta d o
d e p r o n to
.
..
..
..
.
.
..
..
..
.
PCB# 5
PCB# 1
.
..
..
..
.
.
..
..
..
.
L is ta d e
p ro ce sso s
e m e s ta d o
d e e sp e ra
PCB# 9
PCB# 2
.
..
..
..
.
PCB# 4
Hierarquia de Processos
 Um processo pode criar outros processos de
maneira hierárquica
 Um processo pai cria seu(s) processo(s) filho(s),
um processo filho pode criar seus próprios
processos
 O Unix chama esta hierarquia de “grupo de
processos”
 O Windows não tem esse conceito,
ficam no mesmo nível
P ro ce sso A
Pro ce sso C
Pro ce sso B
P ro ce sso D
P ro ce sso E
Hierarquia de Processos
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(){
int pid;
pid = fork(); /* Cria outro processo */
if (pid < 0)
{/* houve erro -- não foi possível criar o processo*/
fprintf(stderr, "falha na execução do Fork");
exit(-1);
}
else if(pid == 0)
{/* processo filho foi criado*/
execlp(/bin/ls","ls",NULL);
}
else
{/* processo pai */
wait(NULL); /* pai esperará até que o filho termine */
printf("Filho já terminou!");
exit(0);
}
}
Hierarquia de Processos
 Na criação de processos existem duas
possibilidades:
 Em termos de execução:
1. O pai continua a ser executado simultaneamente com seus
filhos;
2. O pai espera até que algum ou todos os seus filhos tenham
terminado.
 Em termos do espaço de endereços:
1. O processo filho é uma duplicata do pai (mesmo programa
e dados);
2. o processo filho tem um novo programa carregado nele.
Tipos de Processos
 Os processos podem ser classificados quanto ao
tipo de processamento que realizam em:
 CPU-Bound
 Passam a maior parte do tempo no estado de
execução
 Realiza poucas operações de E/S e muitos cálculos
 Ex.: Aplicações matemáticas e científicas
 I/O-Bound
 Passam a maior parte do tempo no estado de espera
 Realiza um elevado número de E/S
 Ex.: Aplicações comercias e processos interativos
Tipos de Processos
 Processos CPU-bound x I/O-bound
E/S
E/S
U CP
U CP
(a ) C P U - b o u n d
te m p o
(b ) I / O - b o u n d
te m p o
Thread (Processo leve)
 Unidade básica de utilização da CPU




ID de Thread
Um contador de programa
Um conjunto de registradores
Uma pilha
 Thread = subconjuntp das informações
pertinentes a um processo
 É possível ter várias threads independentes
dentro de um mesmo processo
Thread (Processo leve)
 Processo
 agrupamento de recursos + fluxo de execução
 Thread
 fluxo de execução
 Thread = subconjunto das informações
pertinentes a um processo
 É possível ter várias threads independentes
dentro de um mesmo processo
Threads
 Processo Multithread
C o n te x to
d e h a rd w a re
C o n te x to
d e h a rd w a re
Th re a d 1
T h re a d 2
T h re a d 3
C o n te x t o d e
s o f tw a r e
C o n te x to
d e h a rd w a re
E sp a ço d e
e n d e r e ç a m e n to
 Monothread e Multithread
Threads
 (a) Três processos, cada um com a sua thread
 (b) Um processo com três threads
Threads
 Uso de Threads
 Um processador de texto com três Threads
Threads
 Uso de Threads
 Servidor Web multithread
PThreads
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
void *message_thread1();
int main()
{
pthread_t tid;
//identificador do fluxo
pthread_attr_t attr;
//conjunto de atributos p/ o fluxo
pthread_attr_init(&attr);//Define os atributos
pthread_create(&tid, &attr, message_thread1, NULL); //Cria Thread
pthread_join(tid, NULL); //espera que a thread termine
}
void *message_thread1() // o fluxo começará a controlar nesta função
{
char *message1 = "Thread 1";
printf("%s \n", message1);
pthread_exit(0);
}
Threads em Java
class Trabalhadora extends Thread
{
public void run(){
System.out.println("Eu sou uma Thread Trabalhadora");
}
}
public class primeira
{
public static void main (String args[]){
Thread runner = new Trabalhadora();
runner.start();
System.out.println("Eu sou a thread principal");
}
}
Ciclo de vida da Thread
Referências
MACHADO, F. B. "Arquitetura de sistemas operacionais".
LTC, 1997.
LAUREANO, Marcos. ”Sistemas Operacionais”.
Universidade Federal Paraná, 2009.
Curitiba:
GUALEVE, J. A. F. “Sistemas Operacionais”.
Universidade Católica de Brasília, 2006.
Brasília: