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Introdução (3)

Aula 3

Prof. José Gonçalves - DI/UFESSist. Operacionais - 2003/2

Monoprogramação (1)

Os recursos computacionais estão inteiramente dedicados a um único programa/tarefa.

A UCP fica ociosa durante muito tempo enquanto o programa aguarda por um evento (digitação de um dado, leitura do disco, etc.).

A memória principal é subutilizada caso o programa não a preencha totalmente.

Os periféricos são dedicados a um único usuário. Não existe grandes preocupações com a proteção de memória. A complexidade de implementação é relativamente baixa.



Programa que processa um arquivo de registros e que executa, em média, 100 instruções de máquina por registro.

Ler um registro 0,0015 seg Executar 100 instruções 0,0001 seg Gravar um registro 0,0015 seg

Percentagem de utilização da UCP: U = 0,0001/0,0031=0,032=3,2%


Multiprogramação (1)



Vários programas e vários usuários competem pelos recursos do sistema.

O objetivo é manter mais de um programa em execução “simultaneamente”, dando a ilusão de que cada programa/usuário tem a máquina dedicada para si.

A idéia é tirar proveito do tempo ocioso da UCP durante as operações de E/S. Enquanto um programa espera por uma operação de leitura ou escrita outros programas podem estar sendo processados no mesmo intervalo.

Maximização do uso do processador e da memória. Maior taxa de utilização do sistema como um todo.

Suporte de hardware: Mecanismo de interrupção (sinalização de eventos). Discos magnéticos (acesso randômico aos programas, melhor

desempenho em operações de E/S).


Mono x Multiprogramação (1)

JOB1 JOB2 JOB3

Tipo de Job Muita UCP Pouca UCP Pouca UCP Muita E/S

Duração 5 min 15 min 10 min

Memória 50K 100K 80K

Disco Não Não Sim

Terminal Não Sim Não

Impressora Não Não Sim

UCP, memória disponível de 256K, disco, terminal e impressora. Job1, Job2 e Job3 são submetidos para execução ao mesmo tempo



Monoprogramação Multiprogramação

Processor use 17% (5/30) 33% (5/15)

Memory use 30% ((50+100+80)/256)/3 67%

Disk use 33% 67%

Printer use 33% 67%

Elapsed time 30 min. 15 min.

Throughput rate 6 jobs/hr 12 jobs/hr

Mean response time 18 min. 10 min.


Mecanismo de Interrupção (1)

Constitui a base de operação de um sistema de multiprogramação.

É um sinal de hardware que informa a ocorrência de um evento no sistema, tal como o término de uma operação de E/S.

Provoca uma mudança no fluxo de controle, o qual é transferido para uma rotina de tratamento da interrupção correspondente.

Interrupções internas: trap e SVC (“Supervisor Call”).



P1

P2

P3

S.O.


Inibição de Interrupções

O núcleo (kernel) do S.O. alguma vezes previne a ocorrência de interrupções durante atividades críticas, que poderiam resultar em dados corrompidos se estas fossem permitidas (ex: quando manipulando listas encadeadas).

Assim, certas instruções (ditas privilegiadas) permitem colocar o processador em um nível de execução em que ele mascara (inibe) certos valores de interrupção.


Níveis Típicos de Interrupção

Erros de Máquina

Relógio

Disco

Interface de Rede

Terminal

Interrupção de SW

Prioridade mais alta

Prioridade mais baixa


Modos de Operação (1)

O compartilhamento de recursos requer do S.O. garantias de que um programa com comportamento incorreto (deliberadamente ou não) possa causar danos ao sistema ou aos outros programas.

Nesse sentido, o hardware fornece suporte para que a execução de processos num dado sistema operacional se diferencie pelo menos entre dois modos de operação: modo usuário (“user mode”) e modo supervisor (“kernel mode”). Processo = programa em execução.

Para isso, um “mode bit” é adicionado ao hardware do computador para indicar o modo corrente: supervisor (0) ou usuário (1).

Processos executando em modo usuário podem acessar suas próprias instruções e dados mas não as instruções e dados do kernel (i.e., do núcleo do sistema operacional) ou mesmo de outros processos.



kernel user

Interrupt/fault

set user mode



Processos em modo supervisor não possuem esta limitação, podendo acessar endereços de usuário e do próprio kernel do sistema.

Quando um processo executa uma chamada de sistema, isto é, quando ele faz uma SVC (“supervisor call”), o modo de execução muda de usuário para supervisor. O sistema operacional sempre roda no estado supervisor.

Com o sistema no estado supervisor: As interrupções podem ser inibidas ou novamente habilitadas; As proteções estão desabilitadas; Qualquer instrução pode ser executada.

Instruções privilegiadas só podem ser executadas em modo supervisor (ex: set PSW, I/O instructions, load timer, etc.). Sua tentativa de execução em modo usuário resulta em erro.



O hardware enxerga o mundo em termos de modo supervisor e modo usuário, não distinguindo entre os vários usuários executando programas nesses modos.

O sistema operacional mantém registros internos para distinguir os vários processos executando no sistema.

K K

U U

Kernel mode

User mode

Visão do HW

Visão do S.O.

A B C D


Exemplo 1: SVC de E/S


Exemplo 2: Proteção de Memória


Exemplo 2 (cont.)

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