SO 03

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Conceito de Processos

■ Um Sistema Operacional executa uma variedade de programas: ● Sistemas de Lote (Batch) – jobs ● Sistemas de Tempo Compartilhado – programas do usuário ou tasks (tarefas) ■ Muitos livros usam os temos jobs e processos quase para a mesma coisa. A difereça é muito sutil ■ Processo: um programa em execução; execução de processo deve progredir de forma sequencial ■ Um processo inclui: ● Contador de Programas (PC) ● Pilha ● Seção de dados ● Seção de código

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Estados de um Processo

■

Um processo muda de estado a medida que vai progredindo

em sua execução:

●

novo: Processo foi criado

●

executando: suas instruções estão sendo executadas

●

esperando: o processo está esperando algum evento

ocorrer (geralmente de E/S)

●

pronto: o processo está esperando por uma chance de

usar de ser executado pelo processador

●

terminado: processo finalizou sua execução

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Process Control Block (PCB)

Informações associadas a cada processo:

■

Estado do processo

■

Contador de Programa (PC)

■

Registradores de CPU

■

Informações de Escalonamento de CPU

■

Informações para Gerência de Memória

■

Informações de conta de usuário

■

Informações do status de E/S

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Troca de CPU de Processo para

Processo

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Filas de Escalonamento de Processos

■

Fila de Jobs – conjunto de todos os processos no

sistema

■

Fila de Prontos – conjunto de todos processos

residindo na memória principal, prontos e esperando

para executar

■

Filas de Dispositivos – conjunto de processos

esperando por um dispositivo de Entrada e Saída

■

Processos migram constantemente de uma fila para

outra

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Escalonadores

■

Escalonador de longo prazo (ou escalonador de jobs) –

seleciona que processos devem ser levados para a

Fila

de Prontos

■

Escalonador de curto prazo (ou escalonador de CPU) –

seleciona que processo deve ser o próximo a ser

executado pela CPU

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Escalonadores (Cont)

■

Escalonador de Curto Prazo é invocado muito

frequentemente (milisegundos)

⇒

deve ser rápido

■

Escalonador de Longo Prazo é invocado com pouca

frequência (segundos ou minutos)

⇒

pode ser lento

■

O escalonador de Longo Prazo controla o

grau de

multiprogramação

■

Processos podem ser descritos tanto como:

●

Processo orientado a E/S – gasta mais tempo fazendo

E/S do que computação, com muitos usos curtos de

CPU

●

Processo orientado a CPU – gasta mais tempo

fazendo computação; poucos mas longos usos de CPU

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Troca de Contexto

■

Quando uma CPU troca para outro processo. O sistema deve

salvar o estado do processo anterior e carregar o estado salvo do

processo atual => troca de contexto

■

O Contexto de um processo é representado no PCB

■

Troca de Contexto é puro

overhead; o sistema não faz nada de útil

durante a troca.

■

Desempenho vai depender do suporte do hardware a troca de

contexto

(16)

Criação de Processos

■

Processo

pai cria processos filhos, que por sua vez, cria novos

filhos formando uma

árvore de processos

■

Geralmente um processo é identificado e gerenciado via um

identificador de processo (PID)

■

Opções para compartilhamento de recursos:

●

Pai e filho compartilham todos os recursos

●

Filhos compartilham subconjunto de recursos do processo pai

●

Pais e filhos não compartilham recursos

■

Opções de execução:

●

Pai e filhos executam concorrentemente

●

Pai espera até filhos terminarem

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Criação de Processos (Cont)

■

Espaço de Endereçamento

●

Filho usa espaço de endereçamento do pai, ou

●

Filho possui seu próprio espaço

■

Exemplos no UNIX:

●

fork: system call que cria novo processo

●

exec: system call usada depois de um fork para substituir o

espaço de memória do processo por um novo programa.

●

wait: system call que faz processo pai esperar a finalização do

processo filho para continuar executando.

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Separação de Processos no Unix (C)

int main() { pid_t pid;

/* fork another process */ pid = fork();

if (pid < 0) { /* error occurred */ fprintf(stderr, "Fork Failed"); exit(-1);

}

else if (pid == 0) { /* child process */ execlp("/bin/ls", "ls", NULL); }

else { /* parent process */

/* parent will wait for the child to complete */

wait (NULL);

printf ("Child Complete"); exit(0);

} }

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Finalização de Processos

■ Processo executa sua última instrução e pede para SO deletálo (system call exit) ● Dados de saída são enviados do filho para o pai (através de wait) ● Recursos do processo são desalocados pelo SO ■ Pai pode terminar a execução dos processos filho (system call abort) ● Filho excedeu o uso de recursos alocados ● Tarefa assimilada ao filho não é mais necessária ● Pai terminou sua execução  Alguns SOs não permitem que filhos continuem executando se seu pai terminar – _{Nesse caso, deve haver uma}finalização em cascata

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Comunicação Interprocessos

■ Processos num sistema podem ser independentes ou cooperativos ■ Processos cooperativos podem afetar ou ser afetado por outros processos, incluindo o compartilhamento de dados ■ Razões para a existência de processos cooperativos: ● Compartilhamento de dados ● Aceleração na execução ● Modularidade ● Conveniência ■ Cooperação entre processo necessita de Comunicação Interprocessos (IPC) ■ Dois modelos de IPC:

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Modelos de Comunicação

a) Por troca de mensagens b) Por memória compartilhada

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Problema do ProdutorConsumidor

■ Paradigma para cooperação entre processos: ● Produtor produz informação ● Consumidor consome (usa e apaga) a informação produzida ■ Implementação: ● Dados produzidos pelo consumidor são armazenados em memória (buffer) ● Consumidor lê o dado do buffer e o remove (consumo) ■ Dois modelos de implementação de buffer: ● Buffer ilimitado: não impõe limite no tamanho do buffer ● Buffer limitado: assume que há um tamanho máximo fixo para o buffer

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Buffer Limitado – Memória Compartilhada

■ Memória compartilhada

#define BUFFER_SIZE 10

typedef struct {

. . .

} item;

item buffer[BUFFER_SIZE];

int in = 0;

int out = 0;

■ Solução é correta, mas apenas BUFFER_SIZE elementos podem ser usados

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Buffer Limitado – Produtor

while (true) {

/* produz um item aqui! */

while (((in = (in + 1) % BUFFER_SIZE count) == out)

; /* não há buffer livre – não faz nada!! */

buffer[in] = item;

in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;

}

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Buffer Limitado – Consumidor

while (true) {

while (in == out)

; // nada para consumir – não faz nada!!

// remove um item do buffer item = buffer[out];

out = (out + 1) % BUFFER SIZE; return item;

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Comunicação Interprocesso – Troca de Mensagens

■ Mecanismo para comunicação entre processos e sincronização de ações ■ Sistema de mensagens – processos se comunicam entre si sem compartilhamento de variáveis ■ IPC oferece duas operações (system calls): ● send(message) – message size fixed or variable ● receive(message) ■ If P and Q wish to communicate, they need to: ● establish a communication link between them ● exchange messages via send/receive ■ Implementation of communication link ● physical (e.g., shared memory, hardware bus) ● logical (e.g., logical properties)

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Questões de Implementação

■ Como os enlaces são estabelecidos? ■ Pode um enlace ser associado a mais de dois processos? ■ Quantos enlaces podem ser estabelecidos entre cada par de processos? ■ Qual a capacidade de um enlace? ■ O tamanho da mensagem que um enlace pode acomodar deve ser fixo ou variável? ■ O enlace é uni ou bidirecional?

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Comunicação Direta

■ Um processo deve nomear o outro explicitamente: ● send (P, message) – envia uma mensagem para o processo P ● receive(Q, message) – recebe uma mensagem do processo Q ■ Propriedades do enlace de comunicaçäo: ● Enlaces são estabelecidos automaticamente ● Um enlace é associado exatamente a um par de processos comunicantes ● Entre cada par há exatamente um enlace ● O enlace pode ser unidirecional, mas é geralmente bidirecional.

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Comunicação Indireta

■ Mensagens são dirigidas e recebidas de caixas de mensagens (mailbox) ● Cada caixa de mensagem possui um ID único ● Processo só podem se comunicar se compartilharem uma caixa de mensagem ■ Propriedades do enlace de comunicaçäo: ● Enlace estabelecido apenas se os processos compartilharem uma caixa de mensagem ● Um enlace pode ser associado a vários processos ● Cada par de processo pode compartilhar vários enlaces ● Enlace pode ser uni ou bidirecional

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Comunicação Indireta

■ Operações ● Criar uma caixa de mensagem ● Enviar e receber mensagens através de caixa de mensagem ● Destruir uma caixa de mensagem ■ Primitivas são definidas como: ● send(A, message) – envia uma mensagem para a caixa de mensagem A ● receive(A, message) – recebe uma mensagem da caixa de mensagem A

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Comunicação Indireta

■ Compartilhamento de Caixa Postal

● P₁, P₂, e P₃ compartilham caixa postal A ● P₁, envia; P₂ e P₃ recebem

● Quem pegará a mensagem? ■ Soluções: ● Permitir um enlace ser associado com no máximo 2 processos ● Permitir apenas um processo por vez para executar a operação de recebimento (receive) ● Permitir que o sistema escolha aleatoriamente o receptor. O emissor é notificado que foi o receptor.

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Sincronização

■ Passagem de mensagem pode ser Bloqueante ou NãoBloqueante ■ Bloqueante é considerada síncrona ● A operação send bloqueante bloqueia o emissor até que a mensagem seja recebida ● A operação receive bloqueante bloqueia o receptor até que a mensagem esteja disponível. ■ NãoBloqueante é considerada assíncrona ● A operação send nãobloqueante faz o emissor enviar a mensagem e continuar ● A operação receive nãobloqueante faz o receptor receber a mensagem de qualquer modo, mesmo que ela venha nula (null).

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Buferização

■ Fila de mensagens é atachada ao enlace. ■ Implementada de uma das três formas abaixo: 1. Capacidade Zero – 0 mensagens Emissor deve esperar pelo receptor (rendezvous) 2. Capacidade Limitada – comprimento finito de n mensagens Emissor deve esperar se o enlace estiver cheio 3. Capacidade Ilimitada – comprimento infinito Emissor nunca precisa esperar

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Examples of IPC Systems POSIX

■ POSIX Shared Memory ● Process first creates shared memory segment segment id = shmget(IPC PRIVATE, size, S IRUSR | S IWUSR); ● Process wanting access to that shared memory must attach to it shared memory = (char *) shmat(id, NULL, 0); ● Now the process could write to the shared memory sprintf(shared memory, "Writing to shared memory"); ● When done a process can detach the shared memory from its address space shmdt(shared memory);

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Exemplos de Comunicação entre Processos no

Windows XP

■ Troca de mensagens centralizada através do recurso de Local Procedure Call (LPC) ● Funciona apenas entre processos no mesmo sistema ● Usa portas (como caixas postais) para estalecer e manter os canais de comunicação ● Comunicação funciona da seguinte forma (semelhante ao TCP/IP):  O cliente abre uma porta para conexão  O cliente envia uma requisiçäo de conexão  O servidor cria duas portas privadas de comunicaçäo e returna o manipulador (objeto) de um deles para o cliente.  Cliente e servidor usam o correspondente manipulador para enviar mensagens e ouvir as respostas.

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Comunicação em Sistemas ClienteServidor

■ Sockets ■ Remote Procedure Calls (RPC) ■ Remote Method Invocation (RMI) Java

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Sockets

■ Um socket é definido como uma ponto de extremidade de comunicaçäo ■ Formado pela conatenaçäo de um endereço IP e uma porta ■ O socket 161.25.19.8:1625 referese a porta 1625 no host 161.25.19.8 ■ Comunicações ocorrem entre um par de sockets

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Remote Procedure Calls (RPC)

■ Remote Procedure Call (RPC): chamada abstrata de procedimentos em sistemas em rede ■ Stubs – proxy no lado do cliente que implementa procedimentos do servidor ■ O Stub do cliente localiza o servidor, empacota os parâmetros necessários e envia a chamada do procedimento para o servidor através de uma mensagem ■ O Stub no lado do servidor recebe essa mensagem, desempacota os parâmetros e executa o procedimento no servidor

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Remote Method Invocation (RMI)

■ Remote Method Invocation (RMI) é mecanismo Java semelhante ao RPC ■ RMI permite um programa Java em uma máquina evocar um método de um

objeto remoto (localizado em outra máquina)

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