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UnixProcessos
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Geraldo Braz Junior
Processos no Unix
Unix é multiprogramado;
Para cada processo é atribuído um Pid;
Diversos daemons são executados: Cron
Processamento de emails
Gerenciamento da fila de impressão, etc...
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Criando Processos Uma chamada fork permite que um
processo crie outros processos fork cria uma cópia exata do processo
original O processo criador é denominado pai e o
criado filho Arquivos abertos são compartilhados entre
pai e filho; As imagens da memória, variáveis,
registradores são idênticos no pai e filho: como permitir que os processos saibamquem deve executar no código do pai e quem deve executar no código do filho?
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Criando ProcessosProcess creation in UNIX.
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Um processo pode construir uma árvore inteira de filhos, netos
e descendentes mais distantes
Algumas Formas de Comunicação Entre Processos
Pipes Canal entre dois processos no qual um deles
pode escrever um fluxo de bytes para o outro;
Ao tentar ler uma entrada do pipe, o processo é bloqueado até que o dado esteja disponível;
Pipilines do shell são implementados com pipes
sort < f |head
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Algumas Formas de Comunicação Entre Processos
Interrupções de software (sinais) Um processo envia um sinal a outro;
O receptor pode ignorar, capturar ou deixar o sinal matar o processo;
Caso capture o sinal, deve ser definido um procedimento para trata-lo;
O controle é transferido para o tratador e ao término deste, o controle volta para onde estava.
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Sinais Exigidos pelo POSIX
The signals required by POSIX.
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Chamadas do Sistema paraGerenciamento de Processos
s é um código de erropid é a identificação do processoresidual tempo restante do alarme anterior
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Parâmetros das Chamadas pid = waitpid(pid, &statloc, opts)
Id do processo pelo qual ocorrerá a espera
Status do término do processo
Determina se o chamador deve ou não ser bloqueado caso nenhum filho tenha terminado
s = execve(name, argv, envp)
Nome do arquivo a ser executado
Ponteiro para um vetor de argumentos
Ponteiro para um vetor de variáveis do ambiente
main (argc, argv, envp)
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Parâmetros das Chamadas
s = sigaction(sig, &act, &oldact)
Sinal a ser capturado
Ponteiro para uma estrutura que fornece um ponteiro para o procedimento tratador do sinal
Ponteiro para uma estrutura em que o sistema retorna informações sobre o tratamento de sinais atualmente empregado
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POSIX Shell
Um shell bastante simplificado
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Threads Mecanismo que permite a um processo
ter mais de um fluxo de controle; Benefícios: O processo inteiro não necessita ficar
bloqueado ao realizar uma chamada bloqueante ao sistema; Exemplo de uso: planilha de cálculo
Pode-se explorar paralelismo em sistemas multiprocessados;
Simplifica o desenvolvimento de aplicações inerentemente concorrentes;
Melhor desempenho para aplicações complexas que tradicionalmente eram implementadas através de múltiplos processos comunicando-se através de mecanismos IPCs
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Implementação de ThreadsBiblioteca no Espaço do Usuário
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Implementação de ThreadsBiblioteca no Espaço do Usuário
Vantagens: suporte a threads me sistemas operacionais
que não as suportam nativamente;
Criação e destruição de threads custa pouco: alocação de memória e criação de pilha no espaço do usuário;
Troca de contexto entre threads custa pouco: troca de valores de registradores da UCP;
Pode-se prover várias políticas de escalomento dando aos processos a liberdade de escolher aquela que achar melhor;
Maior escalabilidade já que não ocupam recursos do kernel.14
Implementação de ThreadsBiblioteca no Espaço do Usuário
Desvantagens: Dificuldade na implementação de chamadas
bloqueantes ao kernel;
Dificuldade na implementação de preempção.
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Implementação de Threadsno Kernel
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Implementação de Threadsno Kernel
Desvantagem:
Cada operação com threads: criação, destruição, sincronização, etc.. Envolve o kernel o que requer uma chamada ao sistema que é cara.
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Implementação de ThreadsLWP: Lightweight Process
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Implementação de ThreadsLWP: Lightweight Process
LWPs são criadas por processos a nível de usuário através de uma chamada ao kernel;
Threads de usuário não são visíveis ao kernel: ele escalona LWPs;
Threads do usuário podem ser escalonadas em qualquer LWP criada pelo processo;
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Implementação de ThreadsLWP: Lightweight Process
Chamada bloqueante: Interceptada pela LWP que pode realizar a
chamada real ao kernel ficando assim também bloqueada mas o processo inteiro NÃO fica;
Sincronização e troca de contexto entre threads do usuário são realizadas a nível do usuário.
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Threads e o padrão POSIX
Não estabelece se threads devem ser implementadas no núcleo ou no espaço do usuário.
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Threads no POSIX
The principal POSIX thread calls.
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• Principais chamadas a threads no padrão POSIX
• mutex: destinados ao uso de curta duração como
proteção a uma
variável compartilhada
• variáveis de condição: longa duração
Implementação de Processos
O núcleo mantêm duas estruturas de dados relacionadas aos processos:Tabela de processo (residente na memória) e Estrutura do usuário (é paginada);
Tabela de processos:
Parâmetros de escalonamento: prioridade, tempo de CPU consumido recentemente e tempo dormindo recentemente;
Imagem da memória: ponteiros para segmentos de código, dados, pilha, tabelas de página;
Sinais: máscaras que mostram os sinais sendo ifnorados;
Miscelâneas: estado, tempo para larme, PID, PID do pai, identificação de grupo e usuário.23
Implementação de Processos
Estrutura do usuário: Registradores da máquina salvos quando
ocorrer um desvio de execução para o núcleo (trap);
Estado da chamada ao sistema: parâmetros e resultados;
Descritor de arquivo;
Contabilidade: tempo de CPU usado elimites de tempo de CPU, tamanho máximo de pilha, número máximo de páginas, etc…
Pilha do núcleo
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Comando ls
Passos para execução do comando ls
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Escalonamento
Algoritmo projetado para fornecer boa resposta a processos interativos;
Organizado em dois níveis: Inferior: escolhe um processo dos que estão
em memória prontos para executar. Utiliza múltiplas filas.
Superior: move processos entre a memória e o disco de modo que todos os processos tenham oportunidade de estar na memória para poder executar.
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Escalonamento Inferior Utiliza múltiplas filas;
Cada fila possui uma prioridade. Quanto menor o valor da prioridade mais alta ela é;
Processos executando no modo usuário possuem valores positivos. Processos executando no modo núcleo possuem valores negativos;
Quantum é normalmente de 100 ms;
Processos de mesma prioridade são escalonados através de escalonamento circular.
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Escalonamento Inferior
Uma vez por segundo, a prioridade de cada processo é recalculada:
prioridade = uso_CPU + nice + base
Uso_CPU: para não punir o processo sempre, uma opção é adicionar o valor atual ao número de tiques no intervalo Δt anterior e dividir por 2;
Nice: varia de –20 a +20. Somente root pode solicitar um serviço melhor (-20 a 1);
Base: ao retornar de uma espera por interromper o núcleo, o processo é colocado em uma fila de valor negativo de acordo com o evento que aguardava. Estes valores negativos são representados por base na fórmula.
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Escalonador no UNIX
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Iniciando o Unix O primeiro setor do disco de boot é lido
para memória e executado;
Ele contêm um pequeno programa (512 bytes) que carrega outro programa independente chamado boot;
O boot lê o diretório-raiz do disco e carrega o núcleo do sistema operacional (portanto, ele deve conhecer o sistema de arquivos);
O controle é transferido para o núcleo do sistema operacional.
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Inicialização do Núcleo1. Aloca as estruturas de dados do núcleo;
2. Verifica os dispositivos de E/S presentes, carregando os drivers correspondentes;
3. Cria o processo 0 e o executa:1. Programa o relógio
2. Monta o sistema de arquivos-raiz
3. Cria o processo 1 (init)
4. Cria o daemon de paginação (processo 2)
4. O processo init:1. Lê o arquivo /etc/ttys que relaciona os
terminais
2. Para cada terminal é executado o programagetty que solicita o login do usuário
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Inicialização do Unix
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cp
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