Sistemas operacionais
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Sistemas Operacionais. Prof. Edivaldo Serafim Curso: Tecnólogo em Análise e Desenvolvimento de Sistemas - 2013 IFSP – Campus Capivari. Processos. 20/08/2013. Tópicos abordados. Estrutura do processo Contexto de hardware; Contexto de software; Espaço de endereçamento;

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Sistemas operacionais

Sistemas Operacionais

Prof. Edivaldo Serafim

Curso: Tecnólogo em Análise e Desenvolvimento de Sistemas - 2013

IFSP – Campus Capivari


Processos

Processos

20/08/2013


T picos abordados

Tópicos abordados

  • Estrutura do processo

    • Contexto de hardware;

    • Contexto de software;

    • Espaço de endereçamento;

  • Bloco de controle de processo;

  • Estado de processos;

  • Processos independentes, subprocessos e threads;

  • Processos do SO;

  • Sinais.

Prof. Edivaldo Serafim

Sistemas OperacionaisIFSP 2013


Introdu o

Introdução

  • A Gerência de um ambiente multiprogramável é de responsabilidade do SO;

  • Programas em execução são processos carregados na memória que concorrem para o uso da CPU;

  • O conceito de processo é a base para implementação de um SO;

  • A gerencia de processos é uma das principais funções do SO;

  • Em sistemas com múltiplos processadores, não existe apenas a gerencia de processos, mas sim a possibilidade de execução paralela de processos diferentes.

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Relembrando

Relembrando...

  • Relembrando a estrutura da CPU:

    • PC;

    • IR;

    • MAR;

    • MBR;

    • ULA;

  • O ciclo de instrução compreende basicamente em dois subciclos:

    • Ciclo de Busca;

    • Ciclo de Execução.

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Processo

Processo

  • Um programa é uma sequência de instruções;

  • Um processo é a execução dessa sequência de instruções;

  • Para que a troca de contexto ocorra, um processo deve conter várias informações extras, além das instruções;

  • Um processo portanto possui muito mais do que a sequência de instruções:

    • Espaço de endereçamento;

    • Contexto de hardware;

    • Contexto de software.

  • O conceito de processos permite que sistemas operacionais implemente a concorrência entre programas.

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Estrutura do processo

Estrutura do processo

  • Quando um processo irá iniciar a execução, inicialmente PC é apontado com o endereço de memória da instrução (Ciclo de busca);

  • Depois de carregado os bits do endereço da instrução a CPU deve decodifica-la;

  • Uma vez decodificada é executada a instrução e o ciclo recomeça com o incremento ou alteração de PC;

  • Para o processador, o que ele executa são apenas instruções, independente de qual processo;

  • É de responsabilidade do SO implementar a concorrência adequada para os processos utilizarem a CPU;

  • Essa concorrência é crucial em sistemas multiprogramáveis.

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Estrutura do processo1

Estrutura do processo

  • Um processo é muito mais do que um programa em execução;

  • Um processo é um conjunto de informações necessárias para que o SO implemente a concorrência adequada;

  • Nesse conjunto estão todas as informações do estado atual do processo dentro da CPU;

  • Essas informações são utilizadas pelo SO para escalonar os processos;

  • Quando um processo dá lugar a outro na CPU ocorre a troca de contexto;

  • Essa troca é transparente ao usuário parecendo não existir, pois é muito rápida;

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Estrutura do processo2

Estrutura do processo

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Estrutura do processo3

Estrutura do processo

  • Em vista geral, um processo é formado pro três partes:

    • Contexto de Hardware:

      • Todos os registradores utilizados pelo processo:

    • Contexto de Software:

      • Todas as instruções do processo;

    • Espaço de armazenamento:

      • Todos os endereços de memória que o processo necessita.

  • Essas partes juntas mantém todas as informações para a execução do processo;

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Estrutura do processo4

Estrutura do processo

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Contexto de hardware

Contexto de Hardware

  • Possui todas as informações referente aos registradores da CPU utilizados pelo processo:

    • PC;

    • MAR;

    • MBR;

    • IR, etc.

  • Essas informações são utilizadas na troca de contexto, quando um processo deve ser escalonado;

  • Seu conteúdo é salvo na memória ao dar lugar a outro processo;

  • O mesmo conteúdo integralmente deve ser carregado nos registradores quando o processo voltar a execução.

  • Esse procedimento compreende a troca de contexto.

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Contexto de software

Contexto de software

  • Neste contexto possui as características dos recursos do processo como:

    • Número máximo de arquivos abertos simultaneamente;

    • Prioridade de execução;

    • Tamanho de buffer para I/O, etc.

  • Muitas dessas características são definidas na criação do processo;

  • Muitas são alteradas durante a execução do processo;

  • Essas informações ficam geralmente armazenadas em um arquivo do SO chamado de arquivo de usuários;

  • Esse arquivo é gerido pelo SO.

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Contexto de software1

Contexto de software

  • O contexto de software é composto por três grupos de informações do processo:

    • Identificação:

      • PID – Número do processo atribuído pelo SO na sua criação;

      • UID – ID do usuário ou processo que criou o processo.

    • Quotas:

      • Limites de recursos que o processo pode alocar:

        • Numero máximo de arquivos abertos, número máximo de endereços de memória, numero máximo de buffer para I/O, etc.

    • Privilégios:

      • Define as ações que o processo pode ter sobre ele mesmo, outros processo e sobre o SO.

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Espa o de endere amento

Espaço de endereçamento

  • Define todas as áreas de memória que o processo pode utilizar;

  • Cada processo possui sua própria área de endereçamento;

  • Outros processos não podem utilizar essa mesma área, pois ela é protegida;

  • Outros processo podem alterar as informações dessa área, desde que de forma autorizada pelo processo dono desta área de endereçamentos.

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Estrutura do processo5

Estrutura do processo

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Bloco de controle de processo

Bloco de controle de processo

  • O bloco de controle de processo ou BCP contém todas as informações referente ao processo;

  • É através dessas informações que o SO gerencia o escalonamento de processos;

  • Na BCP estão as informações do contexto de hardware, de software e de espaço de endereçamento;

  • A BCP reside na memória principal, em endereços reservados e protegidos pelo SO e define quantos processos podem ser executados simultaneamente;

  • Toda a gerência de processo se dá por meio de chamadas a rotinas de sistema e realizam operações como:

    • Criação de processo, eliminação, alteração de características, sincronização suspensão, etc.

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Sistemas operacionais

BCP

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Processos independentes subprocessos e threads

Processos independentes, subprocessos e threads

  • Processos independentes, subprocessos e threads são maneiras de implementar concorrência dentro da aplicação;

  • Busca-se dividir o código para melhor cooperação da aplicação.

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Processos independentes subprocessos e threads1

Processos independentes, subprocessos e threads

  • Processos independentes:

    • É um processo normal, com BPC própria e completo desvinculo com o processo criador;

  • Subprocesso:

    • Existe uma estrutura hierárquica e o processo criador é chamado de processo pai e o processo criado é o processo filho ou subprocesso;

    • O subprocesso pode criar outros subprocessos abaixo na hierarquia;

    • Quando um processo pai é eliminado, todos os subprocessos abaixo dele são também extintos;

    • Subprocessos possuem também sua própria BCP

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Processos independentes subprocessos e threads2

Processos independentes, subprocessos e threads

  • Subprocesso:

    • O processo pai compartilha suas quotas com os seus subordinados;

  • Tanto para criação de processo quanto para criação de subprocessos o sistema consome CPU e recursos computacionais;

  • Ocorre perda de tempo para a eliminação e “desalocação” de recursos;

  • Outro problema é a comunicação e sincronização entre processos que é de forma custosa e pouco eficiente devido aos espaços de endereçamento independentes.

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Processos independentes subprocessos e threads3

Processos independentes, subprocessos e threads

  • Estrutura de Subprocesso:

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Processos independentes subprocessos e threads4

Processos independentes, subprocessos e threads

  • Threads:

    • Surgiu na tentativa de melhorar o tempo gasto na criação, eliminação e sincronização de processos;

    • Um processo pode abrigar múltiplos threads, onde cada uma pode possuir partes do código;

    • Threads compartilham o processador da mesma maneira que os processos;

    • Cada thread possui seu próprio contexto de hardware, mas compartilham o contexto de software e espaço de endereçamento do processo;

    • Compartilhar o espaço de endereçamento do processo permite comunicação de threads mais eficiente.

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Processos independentes subprocessos e threads5

Processos independentes, subprocessos e threads

  • Processo mutithread:

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Processos do so

Processos do SO

  • Processos também podem estar associados com o SO, e não somente com aplicações;

  • SOs que implementam muitos processos são os que possuem microkernel;

  • Isso permite um núcleo menor e processos que não serão utilizados podem deixar de existir momentaneamente;

  • Exemplos de processos de SO:

    • Auditoria e segurança;

    • Serviços de rede;

    • Contabilização;

    • Contabilização de erros;

    • Gerência de impressão;

    • Temporização;

    • Interface de comandos, etc.

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Sinais

Sinais

  • Sinais são mecanismos utilizados pelo SO para notificar os processos sobre algo;

  • Seu uso é fundamental para a gerência de processos;

  • Possibilita a comunicação e sincronização de processos;

  • Podem ser utilizado junto com temporizadores;

  • Podem ser gerados por exceções, interrupções, por outros processos, pelo SO ou pelo Hardware;

  • O SO notifica o processo através de bits de sinalização contidos na BCP;

  • O sinal está para o processo assim como a interrupção e exceção estão para o processador;

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Sinais1

Sinais

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Sinais2

Sinais

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Estado de processos

Estado de processos

  • Fazer na atividade PG 72

  • Estado de processos;

  • Mudança de estado de processos;

  • Criação e eliminação de processos;

  • Processos CPU bound e I/O bound

  • Processos foreground e background;

  • Formas de criação de processos;

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