Processos

Modelo de processo

• Conceito: É um programa em execução acompanhando de valores de tempo de execução

• Processo:

  • Código executável
  • Valores de variáveis locais
  • Registradores
  • Contador de programa (indica a próxima tarefa a ser executada)

• Diferença de processo e programa: Programa é receita de bolo, processo é o ato de fazer o bolo.

  • Programa é uma série de passos a ser executado
  • Processo é a execução desses passos

• Um processo pode ser dividido em: Ambiente e Execução

• Machado e Maia dividem em 3 partes, Espaço de endereçamento, contexto de software e contexto de hardware:

  • Execução: Contexto de Hardware
  • Ambiente: Espaço de endereçamento + Contexto de software

Classificação de processo

Classificação dos modelos de processos quanto ao custo de troca de contextos e de manutenção

• Heavyweight (Processo tradicional)
• Lightwheight (threads)

Heavyweight (Processo Tradicional)

• Processo composto tanto pelo ambiente como pela execução
• Cada processo possui um único fluxo de controle (contador de programa) e roda de forma independente
• Em um determinado instante, há vários processos ativos ao mesmo tempo, o processador é chaveado entre diversos processos

Lightwheight (threads)

Criação de processos

• Sistemas de um único propósito possuem um esquema mais simples e previsível de processos em execução
• Os processos são criados:
  • Ínicio do sistema
  • Execução de uma chamada ao sistema de criação de processo em execução
  • Requisição do usuário
  • Ínicio de um job de lote
• Alguns executam em primeiro plano e interagem com usuários
• Outros executam em segundo plano: chamados de daemons
• Normalmente os processos são criados por outro.
• Em alguns sistemas, é possível listar o ppid (parent pid)
• Todos os processos são filhos ou descendentes do processo init
• Windows não apresenta hierarquia de processos

Hierarquia da árvore

Condiçoes de término de processo

• Sáida normal (voluntária)
• Saída por erro (voluntária)
• Erro fatal (involuntário)
• Cancelamento por outro processo (involuntário)

Estados de processos

• Apesar de processos serem autossuficientes, muitas vezes necessitam acessar recursos ou comunicar com um processo

• Quando um processo espera um evento, dizemos que esta bloqueado

  • Leitura em disco
  • Leitura de rede
  • Esperando entrada do usuário

• Os processos podem estar:

  • Rodando
  • Bloqueado
  • Pronto

• (1) O processo bloqueia-se aguardando uma entrada
• (2) O evento aguardado pelo processo ocorreu, pode-se iniciar a executar.
• (3) O tempo de posse do processador esgotou-se
• (4) O processo é escolhido pelo escalonador para executar

CPU Bound e I/O Bound

• CPU Bound possuem maior afinidade com o procesasdor, e passam a maior parte do tempo em estado rodando, já o I/O Bound possuem afinidade a entrada e saída, passam a maior parte do tempo em bloquado.

Implementação de processos

• TROCA DE CONTEXTO : Operação básica da multiprogramação, é uma operação de salvamento dos registradores de um processo, para posteriormente restaurar esses regsitradroes, para que esse processo continue a execução como se não tivesse parado

Escalonamento de Processos

O algortimo de escalonameto é o que vai definir qual processo vai rodar e por quanto tempo.

• A parte do S.O que faz isso é chamado de escalonador

Daí surge a multiprogramação. Os escalonadores podem ser classificados em:

Preemptivos: Quando faz a suspensão temporaria de um processo, quando possui a capacidade de tirar a força da CPU.
Não-Preemptivos: Quando o processo chega a CPU, ele executa até o fim, não possui a capacidade de tirar a força da CPU.

• Cada processo possui um tempo limitado no processador (time-slice)
• Os escalonadores não-preemptivos são de projetos mais simples, não confiáveis pois podem abusar do tempo limite da CPU. Isso viola bons critérios de um bom escalonador, justiça, tempo, etc.
• Escalonadores preemptivos asseguram um uso mais balanceado da CPU, por isso, são usados em maioria pelos S.O.
• Tais projetos podem possuir deficiência em processos concorrentes, devido a complexidade.

Ao projetar um escalonador deve-se levar em consideração:

• Justiça: Um bom escalondaro deve ser justo, todos os processos devem ter uma chance justa de usar o processador
• Eficiência: Quando houver um trabalho a fazer o processador deve estar ocupado
• Minimizar o tempo de resposta: Reduzir o tempo dos usuários interativos, quando se há diferente tipos de processos rodando na máquina.
• Minimizar o turnaround: Reduzir o tempo de processo até o seu término. Soma de tempo de espera por recursos.
• Minimizar tempo de espera: Visa minimizar o tempo de esepra pela CPU
• Maximisar throughtput: Maximizar o número de tarefas executadas por uma unidade de tempo

Não é possível atingir todos esses critérios com maestria em um algoritmo, é necessário uma lista de prioridade.

• Algoritmos clássicos de escalonamento:
  • Fist Come First Server
  • Round-Robin: Alternância circular, cada um vai usar um pouco
  • Prioridades
  • Shortest Job First

First Come First Served

O processo obtido pela CPU de acordo com a ordem de chegada, é do tipo não-preemptivos, assim o processo obtem a CPU por um tempo inderteminado.

• Vantagens:
  • Simples de implementar
  • Algoritmo eficiente, CPU sempre utilizada

• Desvantagens:

  • Impossiblidade de prever quando um processo vai iniciar
  • Tempo médio de processo não é respeitado
  • Tempo de espera = Tempo de serviço - Tempo de chegada

• Justiça: Não. Um processo pode monopolizar

• Eficiência: OK. A CPU sempre é utilizada, se existe trabalho
• Minimizar o tempo de resposta: Não. Caso um processo monopolize
• Minimizar o turnaround: Tarefas longas sendo executadas primeiro, aumenta turnaround (Ver exemplo do SJF a frente)
• Minimizar waiting time: O tempo de espera não é considerado durante o escalonamento
• Maximizar throughtput: Se a primeira tarefa for longa, o tempo de término fica alta

Round-Robin: Alternância circular, cada um vai usar um pouco

Cada processo tem o direito de usar o processador por um intervalo de tempo pre-definido.

• É uma dificuldade escolher o tempo do quantum, o tempo de execução, pois devo esperar um tempo maior que o tempo da troca de contexto, o tempo de resposta desejado.
• O tempo de quantum padrão é de 100ms
• Quantum muito longo, se torna um FCFS
• Quantum muito curto, perde vários requisitos, por exemplo eficiêcia

Prioridades

Baseia-se no fato que alguns processos são prioritários e devem ser executados antes dos outros. Muito importante em Sistemas operacionais em tempo real. Cada processo é atribuido uma prioridade. - Podem ser atribuidas de 2 formas: - Estática: Processos são divididos em classes e a cada classe é atribuida uma prioridade, a cada prioridade existe uma fila de prontos associadas - Dinâmica: O sistema analisa o comportamento dos processos e atribui prioridades favorecendo um certo tipo de comportamento. Processos I/O devem possui uma prioridade alta. - Prioridade dinâmica: 1/f, onde f é a fração do quantum de tempo de usada na última rodada do processo

Shortest Job First

Algoritmo projetado para sistemas em lote, com objetivo de reduzir o tempo de turnaround (tempo de lançamento do processo até seu término). Entretando, requer que o tempo de execução de um processo seja conhecido antes de seu início.

• Possui aplicação para sistemas interativos

• Desvantagens:

  • Como determinar o tempo de execução do comando
  • Probelma da parada é indecidível
  • Necessário combinar técnincas para estimar valores baseados em execuções anteriores (aning)

Escalonamento em dois níveis

Quando quero usar dois casos de escalonamento, um caso típico de escalomanento em dois níveis é o a;goritmo que considera tanto os processos que estão em memória como os processos que estão em disco