Roteiro de Aulas - Sistemas Operacionais

6/3

Apresentação do Curso

• programa do curso
• Avaliação
• bibliografia

11/3

Introdução: histórico de sistemas operacionais

Estrutura de Sistemas Operacionais

• componentes
• serviços
• chamadas ao sistema
  • implementação: interrupções de software
• estrutura do sistema

referência: Silberschatz, Cap. 1, 3.1, 3.2, 3.3, 3,4 e 3.5

13/3

Processos

1. o modelo de processos
2. contexto: contador de programa, registradores, pilha, etc
3. multiprogramação e troca de contexto
4. estados e transições

Criação de novos processos

• a primitiva fork do Unix (e minix)
• hierarquias de processos

referência: Silberschatz, 4.1, 4.2, 4.3

18/3

Processos

Criação de novos processos (revisão)

Comunicação entre Processos

Mecanismos de Troca de Mensagens

1. como designar o destinatário?
   • uso de identificadores
   • uso de caizas postais
2. comunicação síncrona e assíncrona
3. bufferização

Exemplo no Unix: pipes

referência: Silberschatz, 4.5, e Stevens , 3.4, para pipes.

25/3

pipes (continuação)

• comunicação de baixo nível através de sequência de bytes
• necessidade de um protocolo de comunicação

Threads

Motivação

• compartilhamento de globais
• mais eficiência na criação de novas linhas de controle
  • nem sempre conseguida!

Implementações

• por biblioteca - muitos para um
• no kernel - um para um
  • como é no linux
• soluções intermediárias - muitos para poucos
  • solaris

threads e processos

• como fica fork em processo com várias threads?
• como fica o tratamento de sinais?

referência: Silberschatz, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5.

27/3

Escalonamento de Processos

Conceitos Básicos

• processos I/O-bound e CPU-bound
• dispatcher
• preempção

Critérios (métricas) para o Escalonamento

• utilização de CPU
• throughput
• tempo de retorno
• tempo de resposta

Algoritmos de Escalonamento

1. FCFS
   • não preemptivo
   • simples
   • adequado a sistemas batch
2. escalonamento por rodízio (round-robin)
   • preempção por fatia de tempo
3. escalonamento por prioridades
   • estáticas
   • dinâmicas
     • prioridade dinâmica pode ser computada com base em comportamento pregresso do processo
     • caso especial: algoritmo SJF: prioridade calculada de acordo com previsão do tempo de CPU que será usado pelo processo quando tiver acesso à CPU
     • escalonamento por prioridades pode ser com ou sem preempção
     • com preempção: com ou sem fatia de tempo
   • uso de várias filas, uma por prioridade
   • realimentação e realocação nas diversas filas

referência: Silberschatz, 6.1, 6.2, 6.3.

1/4

Escalonamento de Processos (cont.)

Escalonamento com múltiplos processadores

Escalonamento de Tempo Real

• hard real time
• soft real time
• reserva de recursos e garantias de atendimento

Escalonamento no Solaris

• threads de tempo real, de serviço, e de LWPs comuns

referência: Silberschatz, 6.4, 6.5, 6.6.

3/4

Sincronização entre Processos

• Programas em que processos (threads) cooperam entre si através de memória compartilhada podem chegar a estados inconsistentes dependendo da ordem em que instruções dos diversos processos forem executadas;
• problema da região crítica
• outros tipos de sincronização também são necessários

Exclusão Mútua

Uma solução de exclusão mútua deve ter as propriedades:

• garantia de exclusão mútua
• ausência de esperas desnecessárias
• ausência de esperas ilimitadas (starvation)
• ausência de deadlocks

Soluções baseadas apenas em variáveis compartilhadas

• complicadíssimas de entender!
• baseadas em espera ocupada

referência: Silberschatz, 7.1, 7.2, 7.4.

8/4

Descrição do Trabalho 1

Semáforos

Podemos definir um semáforo como um objeto com valor inteiro sobre o qual três operações são definidas:

1. A operação inicia atribui um valor não negativo ao semáforo;
2. A operação P (ou wait) decrementa o valor inteiro. Caso o valor se torne negativo, o processo que está executando P se torna bloqueado;
3. A operação V (ou post) incrementa o valor inteiro; caso o resultado seja não positivo, um dos processos bloqueados em P é desbloqueado (se torna pronto).

referência: Silberschatz, 7.5.1, 7.5.2.

10/4

Uso de semáforos

1. exemplo da região crítica (exclusão mútua)
2. exemplo do buffer limitado (sinalização e exclusão mútua)
   1. limitadíssimo (1 posição)
   2. limitado (buffer de MAX posições)
3. problema dos filósofos

referência: Silberschatz, 7.6.1, 7.6.3.

15/4

Monitores

• exclusão mútua automatica com chamada de rotinas do monitor
• sinalização de condição com variáveis de condição
  • wait(cond) - sempre bloqueia o processo corrente, e libera a exclusão mútua
  • signal(cond) - retira o primeiro processo (se houver) da fila de cond
• diferentes políticas de sinalização
  • vamos assumir signal como dica: o processo retirado da fila da variável de condição volta para a fila da exclusão mútua

Usos de Monitores

1. Buffer limitado
2. outros

referência: Silberschatz, 7.7.

24/4

Usos de Monitores (cont)

• o problema de leitores e escritores

referência: Silberschatz, 7.6.2, 7.8.3.

29/04

Prova 1

6/5

Deadlocks

referência: Silberschatz, Cap. 8.

8/5

Gerência de Memória

Mapeamento de endereços lógicos a físicos

pode ser feita:

• em tempo de compilação/ligação
• em tempo de carga
• em tempo de execução
  • CPU "enxerga" endereços lógicos e memória recebe requisições de endereços físicos
  • exige suporte do hardware!
    • unidade de gerência de memória
  • exemplo: registrador de relocação

Overlays

Swapping

Espaço de endereçamento de processos "swapped out" da memória principal para disco para possibilitar a carga de outro processo.

• processo tem que ser "swapped in" do disco para memória principal antes de voltar a executar
• tempo de swap é alto
  • inviável fazer swap a cada mudança de contexto

referência: Silberschatz, 9.1, 9.2.

13/5

Gerência de Memória

Alocação Contígua de Memória

Paginação

• tradução de endereços por hardware
• tabelas de páginas
• suporte
  • localização das tabelas
  • bits de proteção
  • paginação multinível

referência: Silberschatz, 9.3, 9.4.1, 9.4.2, 9.4.3.

15/5

Gerência de Memória

Paginação

• páginas compartilhadas

Segmentação

• modelo básico
• segmentação com paginação

referência: Silberschatz, 9.4.5, 9.5.

Memória Virtual

20/05

Gerência de Memória

Memória Virtual

referência: Silberschatz, 10.1, 10.2.

22/05

Gerência de Memória

Memória Virtual

referência: Silberschatz, 10.3.

27/05

Memória Virtual

referência: Silberschatz, 10.4, 10.5.

29/05

• não houve aula

3/06

entrega do trabalho 1

5/06

Sistemas de Arquivos

• visão do usuário, sistema de arquivos e interpretadores de comandos
• operações típicas sobre arquivos - chamadas de sistemas
• atributos de arquivos
• tipo e estruturas internas
• estrutura de diretórios
• proteção

referência: Silberschatz, 11.1, 11.2, 11.3, 11.4.1, 11.4.2.

10/06

Sistemas de Arquivos (cont)

Estrutura Interna do Sistema

• organização de sistemas de arquivos
• montagem de sistemas
• gerência de blocos alocados
• gerência de blocos livre

referência: Silberschatz, 11.5, 11.6.1, 11.6.2, 11.6.3, 11.7.

12/06

• não houve aula (por falta de alunos...)

17/06

• não houve aula

24/06

Exemplo de Sistema de Arquivos: UNIX

• uso de i-nodes
• diretórios e links
• cópia do i-node em memória
• uso de caminhos na abertura de arquivos
• área-u e descritores de arquivos
• redireção de entrada e saída
• superbloco
• gerência dos blocos livres
• gerência de i-nodes livre

referência: Silberschatz, 20.7.