Concorrência

Conteúdo integrante da disciplina de Sistemas Operacionais

Introdução

• Possibilidade de periféricos e dispositivos funcionarem simultaneamente junto com a CPU permitiu execução de tarefas concorrentes.
• Sistemas Operacionais podem ser vistos como um conjunto de rotinas que executam concorrentemente de uma forma ordenada
• Sistemas multiprogramáveis X baixa utilização dos recursos do sistema.
• Uso Médio CPU – monoprogramáveis 30% X multiprogramáveis 90%.
• Vários programas podem estar residentes na memória, deixando-a menos ociosa
• Quando um programa perde o uso do processador, o estado do processamento deve ser armazenado para quando ele retornar para continuar executando a partir de onde parou.
• Compartilhamento de periféricos e recursos do sistema por vários usuários e programas.
• Maior compexibilidade do Sistema Operacional.

Interrupção e Exceção

Interrupção X Exceção

• Interrupção gerada por evento síncrono e Exceção gerada por evento assíncrono.
• Evento síncrono: Resultado direto da execução do programa corrente e são previsíveis.
• Evento assíncrono: Ocorre independentemente da execução do programa corrente e são imprevisíveis.

Interrupções

• Tornou possível a implementação da concorrência nos sistemas multiprogramáveis.
• Eventos que causam intervenção no Sistema Operacional durante a execução de programas.
• Gerados pelo próprio Sistema Operacional ou por Hardware.
• O sistema é desviado para uma rotina especial de tratamento.
• Vetor de Interrupção: Relação de todas as rotinas de tratamento das interrupções.
• Mecanismo de Interrupção: Procedimento para detectar a interrupção, salvar o contexto do programa e desviar para a rotina de tratamento. Na maioria das vezes implementados pelos projetistas e realizados pelo harware.
• Mascaráveis (podem ser desabilitadas) X Não-Mascaráveis (tratamento obrigatório).
• As interrupções possuem prioridades de execução.
• Controlador de pedidos de interrupção – avalia as interrupções geradas e suas prioridades de atendimento.

Exceções

• Resultado direto da execução de uma instrução do próprio programa (ex: divisão por zero, overflow).
• Muitas vezes pode ser escrita pelo próprio programador, sendo possível evitar que um programa seja encerrado no caso de alguma exceção ocorrer.

Operações de Entrada/Saída

Instruções de entrada/saída

• Primitivo.
• Comunicação entre a CPU e os periféricos controladas por um conjunto de instruções especiais.
• Limitava a comunicação do processador a um conjunto particular de dispositivos.

Controlador de Interface

• Mais atual
• CPU interage independente dos dispositivos de E/S.
• CPU não comunica diretamente com periféricos, mas atravéz de um controlador.
• Controle de operações de E/S pelo processador

Controlada por programa

• CPU sincronizada com periférico no início daoperação
• Sistema testa periférico esperando final da operação
• Ocupa CPU até término da operação (busy wait)
• Desperdício de CPU.

Por Polling

• CPU liberada para outras tarefas.
• Controlador testa final da operação a cada período de tempo (polling).
• Permitiu o paralelismo e sistemas multiprogramáveis.
• Mais eficiente

Direct Memory Access (DMA)

• Polling exigiu a implementação, por parte do controlador, da Direct Memory Access (DMA).
• Transferir blocos de dados entre memória e periféricos, sem intervenção da CPU, a não ser no início e término da operação.
• CPU interrompida só no início e final da Operação.
• No momento da Transferência da DMA, CPU interrompe acesso ao bus.

No IBM 7094

• Extensão do conceito de DMA
• Canal de E/S – processador para executar programas de E/S.
• Controle total sobre operações de entrada e saída.
• Instruções E/S armazenadas na memória principal pela CPU
• CPU instrui canal para executar programa de canal.
• O canal avisa o término da operação.
• Um canal pode controlar múltiplos dispositivos através de diversos controladores.
• Um controlador pode manipular um dispositivo, ou um conjunto de dispositivos.
• Canal - ligação entre CPU e controlador.

Processador de E/S

• Evolução com memória própria.
• Sem necessidade de programas de E/S serem carregados na Memória Principal.
• Controle com mínima intervenção da CPU.

Buffering

• Utilização de uma área da memória para transferência de dados entre periféricos e memória principal denomidada buffer.
• Os dado são transferidos para o buffer.
• O dispositivo pode iniciar nova leitura enquanto a CPU manipula os dados do buffer.
• O mesmo pode ser aplicado para operações de gravação.
• Minimiza o problema da disparidade da velocidade de processamento e dispositivos de E/S
• Objetiva manter CPU e dispositivos de E/S ocupados na maior parte do tempo.
• O buffer possui uma fila FIFO podendo conter vários registros (unidade de transferência usada no mecanismo de buffering).

Spooling (simultaneous pefipheral operation on-line)

• Surgiu no final dos anos 50.
• Base dos Sistemas Batch
• Antes, as Operações I/O eram lentas, deixando a CPU ociosa.
• No spooling vários programas (JOBS) eram armazenados em uma fita magnética, então eram enviados para processamento.
• Diminuição do tempo de execução dos jobs e transição entre eles.
• Da mesma forma um job poderia direcionar as saídas para impressora para outra fita.
• Sistemas estritamente sequenciais devido as fitas magnéticas.
• Mais eficiência com o surgimento de dispositivos de acesso direto, como discos e atribuição de prioridades aos jobs.

Reentrância

• Diversos usuários podem estar rodando o mesmo utilitário (compartilhado) simultaneamente.
• Não precisa ter mais de uma cópia do mesmo utilitário na memória
• Exige que o código reentrante não possa ser modificado por nenhum usuário enquanto está sendo executado.
• Diversos usuários podem acessar partes diferentes do código manipulando seus próprios dados
• Exemplo: Editores de texto, compiladores, linkers.

Proteção do Sistema

• Garantia de proteção de recursos compartilhados, como memória, dispositivos de E/S e CPU
• Na memória, cada usuário deve possuir uma área de dados e códigos armazenados de forma que outros não interfiram nessas informações.
• Numa impressão, não deve ser possível a utilização até que a impressão corrente termine.
• O Sistema Operacional deve implementar esses mecanismos (modos de acesso).

Lista de Exercícios

Formulário

1. Defina Sistemas Multiprogramáveis e cite suas principais características.
2. Diferencie Interrupções de Exceções.
3. Descreva o mecanismo de interrupção.
4. O que é controlador de interface e diferencie o controle de operações de E/S controlada por programa e por polling.
5. Cite algumas características que apareceram com o surgimento do DMA, com o IBM 7094 e o Processador de E/S.
6. O que é a técnica buffering em relação ao Sistema Operacionais e dispositivos, qual a função do buffer e como funciona?
7. Defina a técnica de Spooling em relação aos Sistemas Operacionais e dispositivos.
8. Explique o que é a Reentrância, cite e explique alguns exemplos.