Respostas Simulador SOsim - Arquitetura de Sistemas Operacionais_Wellinghton Dias Periquito

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Fundação Universidade Federal de Rondônia

SISTEMAS

OPERACIONAIS

Wellinghton Dias Periquito

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Curso: Infomática

Período: 3º

Docente: Silvia das Dores Rissino

Discente: Wellinghton Dias Periquito

Matrícula: 201010586

Assuntos tratados:

• Relatório de Atividades Práticas de Simulação com o

Simulador de Sistemas Operacionais SOsim.

• Resolução dos problemas de concorrência dos Filósofos e do

Barbeiro.

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CAPÍTULO 5

Atividade 1: Criação de Processos

a) Práticas de simulação

• Execute o simulador SOsim e identifique as quatro janelas que são abertas na inicialização. • Crie um processo: janela Gerência de Processos / Criar – janela Criação de Processos /

Criar. b) Análise Prática

• Na janela Gerência de Processos, observe algumas informações sobre o contexto de software do processo como PID, prioridade, estado do processo e tempo de processador. • Na janela Gerência de Processador, observe o processo transacionando entre estados.

• Na janela Gerência de Processador, movimente a barra de Clock de UCP e observe as variações ocorridas.

c) Questão teórica para responder com a ajuda do simulador

Com base na observação do comportamento do processo criado, identifique se o processo é I/O-bound ou CPU-I/O-bound. Justifique sua resposta.

O processo criado é do tipo CPU-bound, pois em nenhum momento ele passa para o estado de espera, característica básica dos processos do tipo I/O-bound, estando sempre no estado de pronto e em estado de execução na CPU.

Atividade 2: Tipos de Processos

a) Práticas de simulação • Reinicialize o simulador.

• Crie um processo do tipo CPU-bound: janela Gerência de Processos / Criar – janela Criação de Processos / Criar (tipo de processo deve ser CPU-bound).

• Crie outro processo do tipo I/O-bound: janela Gerência de Processos / Cria – janela Criação de Processos / Criar (tipo de processo deve ser I/O-bound).

b) Análise Prática

• Na janela Gerência de Processos, observe as mudanças de estado dos dois processos. • Na janela Gerência de Processador, observe o comportamento dos processos e as mudanças

de contexto em função do tipo I/O-bound e CPU-bound.

• Na janela Gerência de Processos, compare a taxa de crescimento do tempo de processador dos dois processos.

Analise os efeitos gerados no caso de redução do tempo gasto na operação de E/S pelo processo I/O-bound.

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Com o tempo máximo de operação de E/S para o processo I/O-bound, o processo CPU-bound terá seu tempo de UCP sempre maior que o outro por não precisar passar pelo estado de espera, somente de pronto.

Reduzindo o tempo de na operação de E/S pelo processo do tipo I/O-bound ao mínimo ele ficará com uma taxa de crescimento do tempo de UCP igual a do processo do tipo CPU-bound, pois o tempo em que o CPU-bound esta em execução é o necessário para o I/O-bound realizar a operação de E/S e voltar ao estado de pronto.

Atividade 3: PCB

• Crie dois novos processos: janela Gerência de Processos / Criar – janela Criação de Processos / Criar.

• Na janela Gerência de Processos / PCB, observe as informações sobre o contexto de software e hardware dos processos criados.

Identifique quais informações do PCB são estáticas ou dinâmicas e quais fazem parte do contexto de software e do contexto de hardware.

São estáticas as informações de: prioridade, tempo de criação, PID e frames. São dinâmicas as informações de: estado, tempo de UCP e PC.

Fazem parte do contexto de software: prioridade, PID, tempo de UCP, tempo de criação e estado.

Fazem parte do contexto de hardware: frames e PC,

Atividade 4: Estatísticas

• Ative a janela de Estatísticas em Console SOsim / Janelas / Estatísticas.

• Crie dois novos processos: janela Gerência de Processos / Criar – janela Criação de Processos / Criar.

• Na janela Estatísticas, observe as informações: número de processos, estados dos processos e processos escalonados

Observe que em alguns momentos existem processos no estado de pronto, porém nenhum em estado de execução. Explique a razão dessa situação.

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Essa situação ocorre porque nesse momento esta ocorrendo a mudança de contexto, ou seja, salva-se o conteúdo dos registradores do processo em execução e logo após carrega-se o contudo dos registradores do próximo processo a entrar em execução.

Atividade 5: Log de Execução dos Processos

• Ative a janela de Log em Console SOsim / Janelas / Log.

• Crie dois novos processos do tipo CPU-bound: janela Gerência de Processos / Cria – janela Criação de Processos / Criar (tipo de processo deve ser CPU-bound).

• Na janela Log, observe as informações sobre as mudanças de estado dos processos observando o tempo que cada processo permanece nos estados de Execução e Pronto. • Reinicialize o simulador parametrizado com um valor de fatia de tempo diferente observe as

diferenças na janela Log.

c) Questão teórica para responder usando o simulador

Analise comparativamente a concorrência de dois processos CPU-bound executando em dois sistemas operacionais que se diferenciam apenas pelo valor da fatia de tempo.

No Sistema Operacional com fatia de tempo igual a 1s, em 20 segundos cada processo entrou em estado de execução 5 vezes totalizando 10s de UCP, no entanto houve 10 s em gastos em troca de contexto.

A T B T A T B T A T B T A T B T A T B T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

No Sistema Operacional com fatia de tempo igual a 4s, em 20 segundos o processo A entrou em execução 3 vezes totalizando 9s UCP e o B 2 vezes e 6s de UCP, totalizando 15s de UCP e apenas 5s de troca de contexto.

A T B T A T B T A T

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Observamos assim que quanto menor a fatia de tempo, maiores serão os tempos gastos em trocas de contextos.

Atividade 6: Suspensão e Eliminação de Processos

• Crie dois novos processos: janela Gerência de Processos / Cria – janela Criação de Processos / Criar.

• Na janela Gerência de Processos, observe as informações sobre o contexto de software dos processos criados.

• Na janela Gerência de Processador, observe a concorrência no uso do processador pelos dois processos.

• Compare percentualmente os tempos de uso do processador entre os dois processos. • Suspenda temporariamente um dos processos na janela Gerência de Processos / Suspender. • Observe os estados dos processos, a concorrência no uso do processador e novamente

compare percentualmente os tempos de uso do processador entre os dois processos.

• Libere o processo do estado de espera (suspenso) na janela Gerência de Processos / Prosseguir.

• Elimine um dos processos na janela Gerência de Processos / Finalizar. c) Questão teórica para responder com a ajuda do simulador

Ao se eliminar um processo em estado de suspenso, o processo não é eliminado imediatamente. Reproduza essa situação no simulador e explique a razão da situação.

Isso ocorre porque a solicitação de finalização do processo só pode ser executada depois que ele sair do estado de suspenso, pois ao solicitar a finalização o SO notifica o processo através de um bit de sinalização localizado no seu PCB, ou seja, o Sistema Operacional ativa o bit correspondente à eliminação e no momento em que o processo é escalonado, o bit é testado e ai sim será finalizado.

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CAPÍTULO 8

Atividade 1: Escalonamento Circular

• Execute o simulador SOsim e configure-o para trabalhar com Escalonamento Circular: janela Console SOsim / Opções / Parâmetros do Sistema na guia Processador.

• Crie dois processos com a mesma prioridade (um CPU-bound e outro I/O-bound): janela Gerência de Processos / Criar – janela Criação de Processos / Criar.

• Na janela Gerência de Processos, observe o tempo de processador de cada processo durante dois minutos e as mudanças de estado. Após esse período anote o tempo de processador de cada processo. Analise o balanceamento no uso do processador pelos dois processos.

• Na janela Gerência de Processos finalize os dois processos.

• Na janela Gerência de Processador, aumente a fatia de tempo movimentando a barra de Fatia de Tempo.

• Na janela Gerência de Processos, observe mais uma vez o tempo de processador de cada processo durante dois minutos e as mudanças de estado. Após esse período anote o tempo de processador de cada processo. Compare os tempos anotados nas duas e analise o resultado do balanceamento no uso do processador pelos dois processos. Identifique as causas da variação.

Considere a concorrência, nesse tipo de escalonamento, com dois processos CPU-bound que não realizam operações de E/S. Qual o efeito da variação da fatia de tempo sobre o balanceamento no uso do processador?

Não há efeito algum porque os dois usam de forma idêntica a UCP. Após a analise percebe-se que mesmo aumentando a fatia de tempo os dois processos continuam passando a mesma quantidade de tempo na CPU e o tempo total de CPU só é diferente porque, mesmo sendo criados juntos, um entra primeiro n UCP para ser processado. Outra coisa que pode modificar esse tempo total de CPU é se a fatia de tempo for aumentada quando determinado processo tiver executando, isso aumentara a quantidade total de tempo de CPU desse processo

Atividade 2: Escalonamento Circular com Prioridades Estatísticas I

• Execute o simulador SOsim e configure-o para trabalhar com Escalonamento Circular com Prioridades Estáticas: janela Console SOsim / Opções / Parâmetros do Sistema na guia Processador.

• Crie um processo CPU-bound com prioridade 3 e um outro I/O-bound com prioridade 4: janela Gerência de Processos / Criar – janela Criação de Processos / Criar.

• Na janela Gerência de Processos, observe o tempo de processador de cada processo durante dois minutos e as mudanças de estado. Após esse período anote o tempo de processador de cada processo.

• Verifique a preempção por prioridade que ocorre toda vez que o processo I/O-bound de aior prioridade passa para o estado de Pronto.

• Analise o balanceamento no uso do processador pelos dois processos comparativamente a Atividade 1.

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c) Questões teóricas para responder com a ajuda do simulador

Quais devem ser os critérios para determinar as prioridades dos processos?

A determinação das prioridades dos processos em um sistema operacional deve ser feito baseado em critérios como a importância do processo, a maximização de desempenho do sistema, Melhor aproveitamento do processador dentre outros.

Caso, nesse escalonamento, todos os processos sejam criados com a mesma prioridade, qual o benefício dessa política sobre o Escalonamento Circular?

Não haverá nenhum benefício, uma vez que dessa forma eles se comportarão da mesma forma.

Atividade 3: Escalonamento Circular com Prioridades Estatísticas II

• Execute o simulador SOsim e configure-o para trabalhar com Escalonamento Circular com Prioridades Estáticas: janela Console SOsim / Opções / Parâmetros do Sistema na guia Processador.

• Crie um processo CPU-bound com prioridade 4 e um outro I/O-bound com prioridade 3: janela Gerência de Processos / Criar – janela Criação de Processos / Criar.

• Na janela Gerência de Processos, observe o escalonamento dos dois processos. Analise o problema do starvation.

Por que o problema do starvation pode ocorrer?

Starvation ocorre quando um ou mais processos não conseguem obter recursos no sistema e não pode progredir. Neste caso, o processo tem baixa prioridade e pode nunca ser escolhido.

Cite duas ações que o administrador do sistema pode realizar quando é identificada a situação de starvation em um processo.

Aumentar a prioridade do processo não executado, ou suspender a execução do processo que utiliza a CPU para que o processo em estado de starvation entre na UCP.

Atividade 4: Escalonamento Circular com Prioridades Dinâmica

• Execute o simulador SOsim e configure-o para trabalhar com Escalonamento Circular com Prioridades Dinâmicas: janela Console SOsim / Opções / Parâmetros do Sistema na guia Processador.

• Habilite as janelas de log e estatísticas: janela Console SOsim / Janelas.

• Na janela Gerência do Processador desloque a barra Frequência clock para a metade da escala.

• Crie um processo CPU-bound com prioridade base 3 e mais três processos I/O-bound com prioridade base 4, porém com perfis diferentes (tipo 1, 2 e 3): janela Gerência de Processos / Criar – janela Criação de Processos / Criar.

• Observe as prioridades base e dinâmica dos quatro processos na janela Gerência de Processos.

• Identifique os motivos das prioridades dinâmicas dos processos variarem ao longo do tempo.

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• Observe na janela de log o valor do incremento recebido na prioridade de cada processo, Identifique o porquê das diferenças nos valores do incremento.

• Observe na janela de estatísticas o percentual de utilização da UCP.

• Suspenda o processo CPU-bound: janela Gerência de Processos / Suspender.

• Observe na janela de estatísticas as mudanças no percentual de utilização da UCP e identifique o porquê.

• Libere o processo CPU-bound do estado de suspenso: janela Gerência de Processos / Prosseguir.

Qual o critério utilizado pelo sistema operacional para determinar diferentes valores de incremento à prioridade-base de um processo quando há uma mudança do estado de espera para pronto?

O sistema incrementa um valor à prioridade base em relação ao tipo de espera que o processo estava submetido. Eventos que possuem um longo tempo de espera recebem um incremento maior. Um processo CPU-bound tende a ter uma prioridade dinâmica menor que a de um processo I/O-bound.

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CAPÍTULO 10

Atividade 1: Política de Busca – Paginação Antecipada

• Configure a política de busca de páginas antecipada: janela Console SOsim / Opções / Parâmetros do Sistema na guia Memória.

• Reinicialize o simulador SOsim para que a nova parametrização passe a ser válida. b) Análise Prática

• Crie um processo CPU-bound: janela Gerência de Processos / Criar – janela Criação de Processos / Criar.

• Ative a janela Contexto do Processo para visualizar a tabela de páginas do processo criado: Gerência de Processos / PCB na guia Tab. de Pag.

• Verifique os valores do Bit de Validade (Bit V) nas Entradas das Tabelas de Páginas (ETP).

Atividade 2: Política de Busca – Paginação sob Demanda

• Configure a política de busca de páginas sob demanda: janela Console SOsim / Opções / Parâmetros do Sistema na guia Memória.

• Reinicialize o simulador SOsim para que a nova parametrização passe a ser válida.

• Crie um processo CPU-bound: janela Gerência de Processos / Criar – janela Criação de Processos / Criar.

• Verifique os valores do Bit de Validade (Bit V) nas Entradas das Tabelas de Páginas (ETP) e o local em que se encontram as páginas.

c) Questão teórica para responder com ajuda do simulador

Considerando as atividades práticas 1 e 2, quais as diferenças encontradas nas ETPs do processo criado? Justifique o motivo.

A diferença é que o processo criado na política de busca de página por demanda faz com que o processo necessite de operações de E/S, porque o processo referencia uma pagina com endereço de memória que não se encontra na memória principal (page fault), o qual é verificado através do

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bit de validade, neste caso o sistema transfere a página da memória secundária para a memória principal (page in) (Figura 2).

Já o processo de criado na política de busca de página antecipada não realiza nenhuma operação E/S, pois quando ele é criado ele não possui espaço de endereçamento com referência à memória secundária, ou seja, já é carregado na memória principal (Figura 1).

Figura 1

Figura 2

Atividade 3: Espaço de Endereçamento Virtual

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• Crie dois processos CPU-bound: janela Gerência de Processos / Criar – janela Criação de Processos / Criar.

• Na janela Gerência de Memória observe a alocação dos frames na memória principal. • Na janela Contexto do Processo observe as alterações nas tabelas de páginas dos dois

processos navegando com as setas inferiores.

Qual o espaço de endereçamento real máximo de um processo?

Será a capacidade máxima é a quantidade de memória principal e secundária juntas.

Qual o espaço de endereçamento real mínimo de um processo?

Seria o tamanho mínimo da tabela de mapeamento carregada.

Qual o tamanho da página virtual?

O tamanho pode variar de acordo com o processador utilizado e a arquitetura do hardware, podendo em algumas arquiteturas ser configurado.

Atividade 4: Limite de Frames e FIFO com Buffer de Páginas

• Crie um processo CPU-bound com limite de três frames: janela Gerência de Processos / Criar.

• Ative a janela Arquivo de Paginação para visualizar o arquivo de paginação do sistema: Console SOsim / Janelas / Arquivo de Paginação

• Observe na janela Gerência de Memória a alocação dos frames na memória principal e na janela Contexto do Processo a tabela de páginas do processo.

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O que acontece quando a página virtual 3 (quarta página) é referenciada?

Pelo fato do limite de frames ser três, o número de pagina virtual (NPV) 0 passa a ter o Bit v igual a 0 e vai para arquivo de páginas modificadas para que o NPV 3 possa carregar para a memória principal. o endereço real e assim seu Bit v possa ser 0.

E a página virtual 4?

O NPV 1 passa para arquivo de páginas modificadas e passa a ter seu bit v 0 e o NPV 2 passa a ter o bit v 0, assim o limite de frames não é superado.

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O que acontece quando a página virtual 0 é novamente referenciada?

Ela sai da arquivo de páginas modificadas e é carregada na memória principal novamente no mesmo endereço que foi carregada no primeiro momento, e a NPV 2 sai da memória principal.

Observe se ao longo da execução do programa ocorre page out ou para o arquivo de paginação. Justifique.

Ocorre page out porque o limite de frames já foi atingido, assim o primeiro frame deve ser guardado para que abra espaço para o próximo frame (FIFO).

Atividade 5: Swapping

• Configurar a memória livre para possuir sempre 20% de frames livres: janela Console SOsim / Opções / Parâmetros do Sistema na guia Memória.

• Criar dois processos CPU-bound e três I/O-bound com limite de cinco frames para cada processo: janela Gerência de Processos / Criar.

• Suspenda um dos processos I/O-bound: janela Gerência de Processos / Suspender.

• Ative a janela Arquivo de Paginação para visualizar o arquivo de paginação do sistema: Console / Janelas / Arquivo de Paginação

• Crie mais dois processos CPU-bound: janela Gerência de Processos / Criar. • Observe os estados dos processos outswapped.

Quais os critérios utilizados pelo simulador para selecionar o processo a ser transferido para o arquivo de paginação (swap out)?

Seleciona o processo com menor chance de entrar na UCP.

Quando o processo deve ser transferido novamente para a memória principal (swap in)?

Quando a limite de memória principal não for suficiente para todos os processos estarem carregados.

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PROBLEMA DOS FILÓSOFOS

O problema dos filósofos é um exemplo clássico de sincronização de processos proposto por Dijkstra. Nesse problema, há uma mesa com cinco pratos e cinco garfos, onde os filósofos podem sentar, comer e pensar. Toda vez que um filósofo pára de pensar e deseja comer, é necessário que ele utilize dois garfos, posicionados à sua direita e à sua esquerda.

Pressupostos

1. Cada filósofo pode comer (representa a ação do uso de um recurso) 2. Cada filósofo pode pensar (representa outra atividade do processo)

3. Cada filósofo necessita de dois garfos (representa que para efetuar uma determinada ação necessitamos de dois recursos livres). Ex. Gravar direto da memória para o disco.

Usando Sincronização Condicional esbocei abaixo a base de um algoritmo para solucionar o problema do barbeiro.

Variáveis

FILOSOFO F1, F2, F3, F4, F5, Fn...; TALHERES T1, T2, T3, T4, T5, Tn...;

Para que um filósofo Fn possa sentar-se a mesa para comer é necessário que os talheres Tn-1 e Tn+1 estejam desocupados.

Assim para que o Fn possa sentar a mesa, é preciso que o Fn+1 e Fn-1 estejam pensando porque existe uma concorrência no uso dos talheres, sendo Tn+1 com fislófo Fn+1 e Tn-1 com Fn-1 , lembrando-se que para F1, Tn-1=T5 e F5, Tn+1=T1, como se percebe na tabela abaixo:

T1 T2 T3 T4 T5 F1 X X F2 X X F3 X X F4 X X F5 X X

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Deste modo sempre que um filósofo for sentar a mesa, ele verifica se os recursos necessários para ele estão disponíveis, ou seja, verifica se os talhares do seu lado esquerdo e do lado direito estão desocupados, caso estejam ele não pode sentar-se a mesa, fazendo uma nova tentativa posteriormente.

E para que não ocorra o problema do starvation, espera por tempo indefinido de um recurso, deve-se estabelecer que cada filósofo possa usar por um tempo determinado os talhares.

PROBLEMA DO BARBEIRO

O problema do barbeiro é outro exemplo clássico de sincronização de processos. Neste problema, um barbeiro recebe clientes para cortar o cabelo. Na barbearia há uma cadeira de barbeiro e apenas cincos cadeiras para clientes esperarem. Quando um cliente chega, caso o barbeiro esteja trabalhando, ele senta se houver cadeira vazia ou vai embora se todas as cadeiras estiverem ocupadas. No caso de o barbeiro não ter nenhum cliente para atender, ele senta na cadeira e dorme até que um novo cliente apareça.

Para melhor compreender a concorrência que ocorre no problema, desenvolvi um algoritmo em linguagem C com fundamento na Sincronização Condicional, o qual consiste em atribuir valor 0 para cadeira do barbeiro (recurso) se ela estiver vazia (barbeiro dormindo), e 1 quando ela estiver ocupada (babeiro acordado), assim quando um cliente estiver cortando o cabelo o outro só poderá cortar quando o primeiro sair da cadeira, e estabelecendo um tempo determinado para que o barbeiro termine o corte, evitando espera indefinida pelos clientes da fila de espera, caso não termine no tempo estabelecido, o cliente vai para o final da fila.

Tendo como base os seguintes pressupostos: • Se não ha clientes, o barbeiro adormece;

• Se a cadeira do barbeiro estiver livre, um cliente pode ser atendido imediatamente; • O cliente espera pelo barbeiro se houver uma cadeira de espera vazia.

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main() {

int cadeiraBarbeiro=0; int numClientes=0;char op; while(1){

system("cls");

if(numClientes==0)printf("\nNumeros de clientes atual na fila = 0\n"); else printf("\nNumeros de clientes atual na fila = %d\n",numClientes-1); if(cadeiraBarbeiro==0)printf("O Barbeiro encontra-se: DORMINDO\n"); else printf("O Barbeiro encontra-se: ACORDADO\n");

printf("\n\nDigite uma opcao:\n\n0-Sair do programa\n1-Entra Cliente\n2-Sai Cliente\n"); scanf("%c",&op);

switch(op){

case'1'://entra cliente

if(cadeiraBarbeiro==0){system("cls");

printf("\n\nO Barbeiro estava dormindo, sente-se na cadeira principal!"); cadeiraBarbeiro=1;

numClientes++;} else{

if(numClientes<6){system("cls");

printf("\n\nO Barbeiro esta ocupado, agurde, vc eh o %do da fila de espera OK!", numClientes);

numClientes++;} else{system("cls");

printf("\n\nA Barbearia esta cheia, volte mais tarde!!!"); } }

getch(); break;

case'2'://sai cliente

if(numClientes>0){//só executa se estiver alguem na cadeira principal if(numClientes==1){

cadeiraBarbeiro=0; numClientes--; system("cls");

printf("\n\nAgora barbeiro vai dormir, pois nao ha clientes na barbearia!!",numClientes); getch(); break;} else numClientes--; system("cls");

printf("\n\nAgora exitem %d clientes na fila de espera",numClientes-1); getch();} break; case'0'://sair exit(0); } } }