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Sistemas OperacionaisProf. Esp. André Luís BeliniBacharel em Sistemas de InformaçõesMBA em Gestão Estratégica de Negócios

Aula 03

Concorrência

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Concorrência

• Sistemas operacionais podem ser vistos como umconjunto de rotinas executadas de forma concorrente eordenada.

• A possibilidade do processador executar instruções aomesmo tempo que outras operações, como, porexemplo, operações de E/S, permite que diversastarefas sejam executadas concorrentemente pelosistema.

• O conceito de concorrência é o princípio básico para oprojeto e a implementação dos sistemasmultiprogramáveis.

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Sistemas Monoprogramáveis X Sistemas Multiprogramáveis

• Os sistemas multiprogramáveis surgiram a partir delimitações nos S.O. monoprogramáveis.» Principais problemas:

• Recursos computacionais, como processador, memóriae dispositivos de E/S, eram utilizados de maneira poucoeficiente.

• Muitos desses recursos de alto custo permaneciammuitas vezes ociosos por longos períodos de tempo.

• Nos sistemas monoprogramáveis somente umprograma pode estar em execução por vez,permanecendo o processador dedicado,exclusivamente, a essa tarefa. Exemplo: DOS

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Sist. Monoprogramável x Sist. Multiprogramável

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(a) Sistema Monoprogramáveltempo tempo

E/S E/S

UCP UCPlivre 11

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(b) Sistema Multiprogramável

• A subutilização de memória é outro fator a serconsiderado num S.O. monoprogramável.

• Nos sistemas multiprogramáveis, vários programaspodem estar residentes em memória, concorrendo pelautilização do processador.

• Quando um programa solicita uma operação de E/S,outros programas podem utilizar o processador.

• Dessa forma, a UCP permanece menos tempo ociosa.• A utilização concorrente da UCP deve ser implementada

de maneira que, quando um programa perde o uso doprocessador e depois retorna para continuar oprocessamento, seu estado deve ser idêntico ao domomento em que foi interrompido.

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Interrupções e Exceções

• Durante a execução de um programa podem ocorreralguns eventos inesperados, ocasionando um desvioforçado no seu fluxo de execução.

• Estes eventos são conhecidos como interrupção ouexceção, e podem ser consequência da utilização dedispositos de E/S ou da execução de instruções dopróprio programa.

• A diferença entre interrupção e exceção é dada pelo tipode evento ocorrido, no entanto, alguns autores efabricantes não fazem essa distinção.

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• Uma interrupção é sempre gerada por algum eventoexterno ao programa e, nesse caso, independe dainstrução que está sendo executada. Exemplos: E/S

• Uma exceção é semelhante a uma interrupção, sendo aprincipal diferença, o motivo pelo qual foi gerada. Aexceção é resultado direto da execução de umainstrução do próprio programa, como a divisão de umnúmero por zero ou a ocorrência de overflow em umaoperação aritmética.

• A exceção é gerada por um evento síncrono.• A interrupção é gerada por um evento assíncrono

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Interrupção e Exceção

Operação de Entrada / Saída

• Nos primeiros sistemas computacionais, a comunicaçãoentre processador e periféricos era controlada por umconjunto de instruções especiais, denominadasinstruções de entrada/saída, executadas pelo próprioprocessador.

• O surgimento do controlador de interface permitiu aoprocessador agir de maneira independente dosdispositivos de E/S.

• Com a utilização do controlador, existem duas maneirasatravés das quais o processador gerencia as operaçõesde E/S

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• Primeira: Processador sincroniza com o periférico para oinicio da transferência de dados e, após, ficava testandopermanentemente o estado do periférico para saberquando a operação tinha terminado. Essa técnicamantinha o processador por muito tempo ocupado.

• Segunda: Após o início da transferência dos dados oprocessador permanece livre para realizar outrastarefas. Dessa forma, em determinados intervalos detempo, o processador deveria testar o dispositivo de E/Spara verificar o término da operação.

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• Com o mecanismo de interrupção, as operações de E/Spuderam ser realizadas de forma mais eficiente.

• O controlador interrompe o processador para avisar dotérmino de uma operação.

• Com esse mecanismo, o processador, após a execuçãode um comando de leitura ou gravação, permanece livrepara o processamento de outras tarefas.

• A operação de E/S controlada por interrupção é muitomais eficiente que a controlada por programa, já queelimina a necessidade do processador esperar pelotérmino da operação, além de permitir que várias outrasoperações de E/S sejam executadas simultaneamente.

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Controlador

MemóriaPrincipalUCP

Controlador

Dispositivos de E/S

DMA

• A técnica de DMA (Direct Memory Access) foiimplementada para resolver um problema criado pelainterrupção, pois a transferência de um grande volumede dados exigia muitas interrupções do processador,fato que reduzia sua eficiência.

• Com o DMA, foi possível transferir um bloco de dados,entre a memória principal e dispositivos de E/S, sem aintervenção do processador, exceto no início e no finalda transferência.

• Quando o sistema deseja ler ou gravar um bloco dedados, o processador informa ao controlador sualocalização, o dispositivo de E/S, a posição inicial namemória de onde os dados serão lidos ou gravados e otamanho do bloco.

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• Com essas informações, o controlador realiza atransferência entre o periférico e a M.P., e oprocessador é interrompido somente ao final daoperação.

• A área de memória utilizada pelo controlador, na técnicade DMA, é chamada de buffer de entrada e saída.

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Canal de E/S

MemóriaPrincipalUCP

Canal de E/S

Controlador

Dispositivos de E/S

Controlador

Dispositivos de E/S

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Buffering

• A técnica de buffering consiste na utilização de umaárea na memória principal, denominada buffer, para atransferência de dados entre os dispositivos de E/S e amemória.

• Esta técnica permite que uma operação de leitura odado seja transferido primeiramente para o buffer,liberando imediatamente o dispositivo de entrada pararealizar nova leitura.

• O buffering permite minimizar o problema da disparidadeda velocidade de processamento existente entre oprocessador e os dispositivos de E/S.

• O objetivo desta técnica é manter, na maior parte dotempo, processador e dispositivos de E/S ocupados

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Buffering

MemóriaPrincipal

UCP Buffer

gravação gravação

leitura leitura

Controlador

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Spooling

• Como a velocidade de operação dos dispositivos de E/Sé muito menor que a do processador, era comum que aUCP permanecesse ociosa à espera de programas edados de entrada ou pelo término de uma impressão.

• A solução foi armazenar os vários programas e seusdados, também chamados de jobs, em uma fitamagnética e, em seguida, submetê-los aprocessamento.

• Dessa forma, o processador poderia executarsequencialmente cada job, diminuindo o tempo deprocessamento e transição entre eles. Da mesma forma,em vez de um job gravar suas saídas diretamente naimpressora, poderia direcioná-las para uma outra fita,que depois seria impressa integralmente.

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Spooling

Programa ImpressoraArquivode Spool

Sistema OperacionalSistema Operacional

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Reentrância

• É comum, em sistemas multiprogramáveis, váriosusuários utilizarem os mesmos aplicativossimultaneamente.

• Se cada usuário que utilizasse esses aplicativostrouxesse o código executável para a memória, haveriadiversas cópias de um mesmo programa na MP, o queocasionaria disperdício de espaço.

• Reentrância é a capacidade de um código executávelser compartilhado por diversos usuários, exigindoapenas uma cópia do programa em M.P.

• A reentrância permite que cada usuário possa estar emum ponto diferente do código reentrante, manipulandodados próprios, exclusivos de cada usuário.

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Reentrância

Memória Principal

código reentrante

área de dados do usuário A

usuário A usuário C

usuário B usuário D

área de dados do usuário B

área de dados do usuário C

área de dados do usuário D

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Prof. André Luís Belini E-mail: andre.belini@aedu.com

Blog: http://profandreluisbelini.blogspot.com/