Arquitetura de Sistemas Operacionais

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Arquitetura de Sistemas Operacionais Francis
Berenger Machado / Luiz Paulo Maia Revisto
Capítulo 3 Concorrência
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3 Concorrência

• Sist. Monoprogramável x Multiprogramável
• Sistemas Monoprogramáveis
• Apenas um programa sendo executado a cada vez
• Execução de um novo programa deve esperar o
  encerramento do programa sendo executado
• Sistemas Multiprogramáveis
• Permite a concorrência dos programas
• Execução de novos programas inicia-se durante a
  execução de outros programas

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• Sist. Monoprogramável x Multiprogramável
• Vantagens dos Sistemas Multiprogramáveis
• Tempo total de execução de vários programas
  torna-se menor
• Uso mais racional dos recursos
• Melhor aproveitamento do espaço de memória
• Aproveitamento do processador durante operações
  de E/S
• Cada programa (processo) ocupa uma fatia de
  tempo do processador

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• Sist. Monoprogramável x Multiprogramável

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• Sist. Monoprogramável x Multiprogramável
• Exemplo hipotético com 3 programas
• Prog 1
• 10 de CPU, 30 de memória e 5 min
• Prog 2
• 50 de CPU, 30 de memória e 15 min
• Prog 3
• 30 de CPU, 20 de memória e 10 min
• Execução concorrente dos 3 programas
• lt 90 de CPU, lt 80 de memória e lt 15 min

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• Sist. Monoprogramável x Multiprogramável
• Troca de contexto
• Mudança de um processo para outro faz com que
  todo o conteúdo dos registradores seja trocado
  (estado do sistema)
• Quando um processo retorna à sua execução, todo
  o contexto imediatamente anterior à sua saída
  deve ser recuperado

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• Interrupção e Exceção
• Durante a execução de um programa, alguns
  eventos inesperados podem ocorrer, ocasionando um
  desvio forçado no fluxo de execução
• Sinalização de operação de E/S de dispositivo
  externo (interrupção)
• Problemas decorrentes da execução de instruções
  do programa (exceção)
• Ao final de cada instrução, a UC verifica a
  ocorrência de interrupção ou exceção
• Processador interrompe o programa em execução
  para tratar o evento

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• Interrupção e Exceção

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• Interrupção e Exceção
• Mecanismo de interrupção
• Sinal de interrupção gerado p/ o processador
• Processador termina a instrução corrente e
  identifica qual interrupção foi gerada
• Registradores PC e de status são salvos, PC
  recebe endereço inicial da rotina de tratamento
• Rotina de tratamento salva demais conteúdos de
  registradores na pilha de controle e é executada
• Após o término, todos os registradores são
  restaurados e programa interrompido retorna

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• Interrupção e Exceção
• Para cada tipo de interrupção existe uma rotina
  de tratamento associada para a qual o fluxo de
  execução é desviado
• Dois métodos para tratamento de interrupções
• Vetor de interrupção
• Contém o endereço inicial de todas as rotinas de
  tratamento p/ cada tipo de evento
• A partir de um registrador de status
• Uma única rotina que verifica o tipo de evento e
  faz o tratamento adequado

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• Interrupção e Exceção
• Interrupções são decorrentes de eventos
  assíncronos, sem relação com o programa corrente
• Podem ocorrer múltiplas vezes num mesmo
  intervalo de tempo (simultaneamente)
• Rotina de tratamento pode desabilitar tratamento
  das demais interrupções
• Interrupções mascaráveis
• Demais interrupções podem ser enfileiradas
  segundo respectivas prioridades

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• Interrupção e Exceção
• Exceções são eventos síncronos, resultado direto
  da execução do programa corrente
• Divisão por zero
• Overflow em operação aritmética
• São previsíveis e só podem ocorrer um de cada
  vez
• Tratamento equivalente ao da interrupção
• Rotina de tratamento para uma determinada
  exceção pode ser escrita pelo próprio programador

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• Operações de Entrada/Saída
• Antes, instruções de E/S específicas para cada
  periférico eram executadas pela CPU
• Surgimento do controlador de dispositivo
  desonerou o processador e permitiu maior
  agilidade
• Processador não mais se comunica diretamente com
  o dispositivo, somente via controlador
• Instruções de E/S mais simplificadas
• Inicialmente operava em modo busy-wait,
  posteriormente fazendo polling nos dispositivos,
  finalmente se valendo de interrupção para avisar
  término da operação de E/S

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• Operações de Entrada/Saída

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• Operações de Entrada/Saída
• Transferência de grande volume de dados entre
  controladora e MP onera por demais o processador
• Solução usando DMA Direct Memory Access
• Permite que dados sejam transferidos entre
  controladoras e MP sem intervenção do
  processador, exceto no início e no final
• Área de memória usada pelo controlador de DMA é
  chamada buffer de entrada/saída
• Controle de barramento assumido temporariamente
  pelo DMA, processador limitado a acessar caches

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• Canal de E/S
• Introduzido pela IBM no sistema 7094
• Canal de E/S é um processador com capacidade de
  executar programas de E/S e controle total dos
  dispositivos
• Instruções de E/S armazenadas na MP ou no canal
  de E/S, porém executadas pelo canal de E/S
• Processador instrui o canal de E/S a executar um
  programa de canal, responsável por especificar
  dispositivos, buffers e ações
• Ao final da transferência, gera interrupção
• Pode controlar múltiplos dispositivos de E/S

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• Canal de E/S

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• Buffering
• Consiste em utilizar uma área na memória
  principal para transferência de dados entre
  dispositivos de E/S e a MP
• Numa operação de leitura do dispositivo
• Dado é transferido para buffer sem onerar o
  processador, dispositivo fica liberado após
  conclusão
• Numa operação de gravação p/o dispositivo
• Dado é escrito rapidamente no buffer, liberando
  o processador para outras atividades enquanto
  este é gravado no dispositivo.

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• Buffering

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• Buffering
• Unidade de transferência é o registro, cujo
  tamanho depende do tipo de dispositivo
• Vários registros podem ser armazenados num
  buffer
• Buffer conterá dados lidos mas ainda não
  processados, ou dados processados mas ainda não
  gravados
• Buffering minimiza problemas decorrentes da
  disparidade de velocidades, compatibilizando
  tempos de acesso de maneira que processador e
  dispositivo de E/S não fiquem ociosos

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• Spooling
• Simultaneous Peripheral Operation On-line,
  introduzido no fim dos anos 1950
• Técnica usa uma área do disco (arquivo) para
  buffering de impressão
• Tudo que é submetido para impressão vai para o
  arquivo de spool, liberando o programa de origem
• SO é quem gerencia os jobs de impressão

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• Reentrância

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• Proteção do Sistema
• SO deve garantir a confiabilidade e a
  integridade dos programas e dados dos usuários,
  além do próprio SO
• Cada programa possui uma área reservada para
  código e outra para dados que devem ser
  preservadas durante sua execução
• Idem para o SO em si
• Arquivos também devem ter sua integridade
  garantida quando acessados por múltiplos
  programas e/ ou múltiplos usuários
• Recursos não devem ser monopolizados

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