Implementação de Processos do MINIX 3 - Parte II

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Sistemas Operacionais 
Implementação de Processos 
no MINIX 3 
Parte II 
Prof. Sílvio Fernandes 
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS 
CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO 
Estruturas de dados de processos e 
arquivos de cabeçalho 
 Vamos nos aprofundar em src/kernel 
 Kernel.h torna possível garantir que todos os 
arquivos-fonte compartilhem um grande 
número de definições importantes, 
escrevendo-se a linha 
 #include “kernel.h” 
 Como a ordem de inclusão de arquivos de 
cabeçalho às vezes é importante, kernel.h também 
garante que essa ordenação seja feita corretamente 
e de um ver por todas 
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Estruturas de dados de processos e 
arquivos de cabeçalho 
 A versão do núcleo de config.h reúne em um 
só lugar várias definições que provavelmente 
não precisarão de alterações 
 As definições nas linhas 4717 a 4743 (v. 3.2.1 = 18 a 41) 
permitem a desativação seletiva de chamadas de 
núcleo 
 Muitos arquivos de cabeçalho são 
amplamente usados, embora não o suficiente 
para serem incluídos em kernel.h 
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Estruturas de dados de processos e 
arquivos de cabeçalho 
 Incluídos em kernel.h 
 const.h: macros e constantes gerais usadas pelo 
núcleo 
 proto.h: protótipo de todas as funções que devem ser 
conhecidas fora do arquivo em são definidas 
 glo.h: variáveis globais do núcleo 
 proc.h: define a tabela de processos do núcleo 
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Estruturas de dados de processos e 
arquivos de cabeçalho 
 Cada entrada na tabela de processos é definida 
como uma estrutura de dados proc, contendo 
 Campos para armazenamento dos registradores da CPU 
 Ponteiro de pilha 
 Estado 
 Mapa de memória 
 Limite da pilha 
 Id de processo 
 Informações de contabilização 
 Temporizadores de alarmes 
 Informação de mensagem do processo 
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Estruturas de dados de processos e 
arquivos de cabeçalho 
 No MINIX 3, cada processo tem um ponteiro 
para uma estrutura priv em sua entrada na 
tabela de processos 
 Essa estrutura define as origens e destinos de 
mensagens permitidos para o processo e muitos 
outros privilégios 
 Cada entrada na tabela de processos fornece 
espaço para informações que podem ser 
necessárias para o núcleo 
 P_max_priority: indica em qual fila de escalonamento 
o processo deve ser colocado quando estiver pronto 
para executar pela 1ª vez (ausente na v 3.2.1) 
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Estruturas de dados de processos e 
arquivos de cabeçalho 
 Cada entrada na tabela de processos fornece 
espaço para informações que podem ser 
necessárias para o núcleo 
 P_priority: começa com o valor de p_max_priority, mas 
como a prioridade pode ser reduzida, esse campo é 
usado para determinar a prioridade atual 
 O tempo usado por cada processo é registrado nas 2 
variáveis p_user_time e p_sys_time (linhas 5532 e 5533) 
 P_nextready é usado para encadear processos nas filas do 
escalonador 
 O método rendez-vouz de passagem de mensagem se 
torna possível graças ao espaço de armazenamento 
reservado nas linhas 5538 a 5540 (ausente na v 3.2.1) 
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Estruturas de dados de processos e 
arquivos de cabeçalho 
 Cada entrada na tabela de processos fornece 
espaço para informações que podem ser 
necessárias para o núcleo 
 O endereço do buffer de mensagens é armazenado 
em p_messbuf 
 P_pending é um mapa de bits usado para monitorar 
os sinais que ainda não foram passados para o 
gerenciador de processos 
 O último campo em uma entrada da tabela de 
processos é um array de caracteres (p_name) para 
conter o nome do processo 
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Estruturas de dados de processos e 
arquivos de cabeçalho 
 Cada entrada na tabela de processos fornece 
espaço para informações que podem ser 
necessárias para o núcleo 
 A macro proc_addr (linha 5577) (v.3.2.1 = linha 267) 
torna mais fácil monitorar qual entrada corresponde 
a qual processo, podemos escrever 
 rp = proc_addr(n); 
 A tabela de processos é um array de estruturas proc 
(linhas 5593) (v.3.2.1 = linha 276) 
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Estruturas de dados de processos e 
arquivos de cabeçalho 
 A estrutura de privilégios de sistema, priv, está 
completamente definida em priv.h 
 A estrutura de priv não faz parte da tabela de 
processos; em vez disso, cada entrada da tabela tem 
um ponteiro para uma instância dela 
 Processos de sistema têm cópias privadas 
 Processos de usuário apontam para a mesma cópia 
 A organização de priv.h é semelhante a proc.h 
 O último item de priv.h é um teste para garantir que 
NR_SYS_PROCS tenha sido definida com um valor 
maior que o número de processos presentes na 
imagem de boot (v. 3.2.1 = linha 92) 
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Estruturas de dados de processos e 
arquivos de cabeçalho 
 A tecla F4 gera um dump de depuração que 
mostra algumas informações da tabela de 
privilégios 
 
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Estruturas de dados de processos e 
arquivos de cabeçalho 
 No dump, as entradas de flags significam 
 P: passível de preempção 
 B: passível de cobrança 
 S: sistema 
 Os traps significam 
 E: echo 
 S: envio 
 R: recepção 
 B: ambos (sendrec) 
 N: notificação 
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Estruturas de dados de processos e 
arquivos de cabeçalho 
 No dump, o mapa de bits tem um bit para 
cada um dos processos de sistema 
NR_SYS_PROCS(32) permitidos 
 A ordem corresponde ao campo id 
 Todos os processos de usuário compartilham a 
id 0, que é a posição do bit mais à esquerda 
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Estruturas de dados de processos e 
arquivos de cabeçalho 
 O arquivo protect.h (ausente v. 3.2.1) trata de 
detalhes da arquitetura dos processadores da 
Intel que suportam modo protegido 
 O MINIX 3 tira proveito de 3 dos 4 níveis 
 Partes centrais do núcleo que gerenciam trocas de 
contexto sempre são executadas com 
INTR_PRIVILEGE 
 As tarefas executadas no nível TASK_PRIVILEGE 
podem acessar E/S, mas não usar instruções que 
modificam registradores especiais 
 Os servidores e processos de usuário são executados 
no nível USER_PRIVILEGE 
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Estruturas de dados de processos e 
arquivos de cabeçalho 
 O arquivo table.c (v. 3.2.1) contém apenas os 
programas que fazem parte da imagem do boot 
 O arquivo table.c contém todas as estruturas de 
dados do núcleo, com declarações de variáveis 
com EXTERN na frente 
 Entre as linhas 6075 e 6109 é definido o espaço de pilha 
necessário para os componentes do núcleo, e a 
quantidade total de espaço de pilha para tarefas é 
reservada como o array t_stack[TOT_STACK_SPACE] 
 Define image (linha 6095) com os detalhes necessários 
para inicializar todos os processos carregados na imagem 
de boot 
 Nessa definição qs se refere ao quantum atribuído a cada 
processo 
 Se um novo processo precisa ser adicionado na imagem 
de boot, uma nova linha deverá ser fornecida na tabela 
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Inicialização do Sistema 
 A 1ª parte do MINIX 3 a executar foi escrita em 
assembly e diferentes arquivos de código-fonte 
devem ser usados para o compilador de 16 ou 
32 bits 
 A versão de 32 bits do código de boot está em 
mpx386.s (ausente v. 3.2.1) 
 A versão alternativa (16 bits) está em mpx88.s 
 A seleção é feita atumaticamente em mpx.s 
 
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#include <minix/config.h> 
#if_WORD_SIZE == 2 
#include “mpx88.s” 
#else 
#include “mpx386.s” 
#endif 
Inicialização do Sistema 
 A inicialização do MINIX 3 envolve várias 
transferências de controle entre as rotinas em 
linguagem assembly presentes em mpx386.s e 
as rotinas em C presentes em start.c (ausente v. 
3.2.1) e main.c 
 Quando o processo de inicialização tiver 
carregado o SO na memória, o controle será 
transferido para o rótulo MINIX (em mpx386.s) 
 Esse rótulo termina com um desvio (e não com uma 
chamada)para o ponto de entrada main do núcleo 
(main.c) 
 Nesse ponto, mpx386.s está terminado 
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Inicialização do Sistema 
 Praticamente, a 1ª coisa feita por cstart (em 
start.c) é configurar os mecanismos de 
proteção da CPU e as tabelas de interrupção, 
chamando prot_init 
 Main (em main.c) completa a inicialização e 
depois inicia a execução normal do sistema 
 A maior parte do código de main é dedicada à 
configuração da tabela de processos e da tabela de 
privilégios, para que, quando as 1as. tarefas e 
processos tiverem sua execução programada, seus 
mapas de memória, registradores e informações de 
privilégio estejam corretamente configurados 
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Inicialização do Sistema 
 No Main.c 
 Para cada tabela, toda entrada, esteja em uso ou não, 
precisa ser inicializada com um número de índice 
 Uma nota sobre uma característica da linguagem C (linha 
7153) 
 (pproc_addr + NR_TASKS)[i] = rp; 
 Também poderia ser escrito como 
 pproc_addr[i + NR_TASKS] = rp; 
 Cada tarefa precisa de seu próprio ponteiro de pilha 
privado, exceto KERNEL (também identificado como 
HARDWARE em alguns lugares) que nunca é considerado 
pronto e nunca é executado como um processo normal 
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Inicialização do Sistema 
 No Main.c 
 Uma vez que a tabela de processos foi inicializada para 
todas as tarefas, para os servidores e init, o sistema estará 
quase pronto para funcionar 
 A variável bill_ptr identifica qual processo é cobrado pelo 
tempo do processador; ela precisa ter um valor inicial 
configurado e, claramente, IDLE é uma escolha 
apropriada 
 Resta apenas o núcleo chamar announce para anunciar 
que está pronto e depois restart 
 No núcleo do MINIX 3 a tarefa do main é realizada quando 
a inicialização é concluída; a chamada de restart inicia o 
primeiro processo enfileirado; o controle nunca retorna 
para main 
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Inicialização do Sistema 
 No mpx386.s 
 Há uma rotina _restart que não é uma função 
completa; trata-se de um ponto de entrada 
intermediário em uma função maior; causa uma 
troca de contexto para que o processo apontado 
por proc_ptr seja executado 
 Finalmente, o gerenciador de processos e o 
sistema de arquivos executarão seu código de 
inicialização e suas partes da tabela de 
processos serão completadas 
 Init criará um processo getty para cada 
terminal 
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Tratamento de Interrupção no MINIX 
 Hardware de processamento de interrupção 
em um PC Intel de 32 bits 
 
 
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Tratamento de Interrupção no MINIX 
 Os chips controladores de interrupção são 
programados durante a inicialização do sistema, 
quando main chama intr_init 
 A programação determina o que é enviada para a 
CPU quando um sinal de interrupção é recebido 
em cada uma das linhas de entrada 
 A identificação do tipo de interrupção (INTA) é 
colocada no barramento através de 8 bits que são 
usados para indexar uma tabela de até 256 
elementos 
 A tabela do MINIX 3 tem 56 elementos 
 Onde 35 são realmente usados 
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Tratamento de Interrupção no MINIX 
 O modos de resposta às interrupções utilizado pelo 
MINIX 3, em cada um dos descritores de 
interrupção, apontam para o segmento de 
memória onde reside o código executável da 
rotina de serviço e o endereço inicial da rotina 
dentro dele. 
 Se a CPU recebe uma interrupção enquanto está 
executando um processo ela configura uma nova 
pilha para uso durante o serviço de interrupção 
 A localização dessa pilha é determinada por uma 
entrada em um segmento de estado de tarefa 
(Task State Segment – TSS) 
 Existe apenas uma estrutura dessa para o sistema 
inteiro 
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Tratamento de Interrupção no MINIX 
 No arquivo mpx386.s examinaremos a 
minúscula parte do núcleo do MINIX 3 que 
realmente vê as interrupções de HW 
 O código-fonte em cada ponto de entrada, _hwint00 
a _hwint07, parecem com a chamada hwint_master 
 E os pontos de entrada _hwint08 a _hwint15 são 
similares à chamadas para hwint_slave 
 Cada ponto de entrada passa um parâmetro (irq) na 
chamada indicando qual dispositivo precisa de 
serviço 
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Tratamento de Interrupção no MINIX 
 No arquivo mpx386.s 
 As 2 tabelas declaradas em glo.h são usadas 
 _Irq_handlers contém as informações de gancho 
(hook) o que inclui os endereços das rotinas de 
tratamento 
 (Re)configura um flag no array _irq_actids para 
indicar se a tentativa de atender a interrupção foi 
bem-sucedida (valor diferente de zero mostra que o 
tratamento não está terminado) 
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Tratamento de Interrupção no MINIX 
 No MINIX 3 as interrupções não são ativadas 
enquanto o código do núcleo está em 
execução 
 Mas isso não acontece com exceções, as quais 
não devem acontecer enquanto o núcleo 
estiver sendo executado, essa situação se 
denomina de pânico no núcleo (kernel panic) 
 Quando todas as rotinas do núcleo envolvidas 
na resposta a uma exceção tiverem 
terminado, _restart finalmente será executada 
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Tratamento de Interrupção no MINIX 
 Em resposta a uma exceção, quase 
certamente será verdade que será escalonado 
um processo diferente do que foi interrompido 
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Tratamento de Interrupção no MINIX 
 
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Tratamento de Interrupção no MINIX 
 Uma exceção é causada por várias condições 
de erro internas da CPU 
 As exceções nem sempre são ruins 
 Elas podem ser utilizadas para estimular o SO a 
fornecer um serviço, como providenciar mais 
memória para um processo ou fazer swapping de 
uma página de memória, embora tais serviços não 
sejam implementados no MINIX 3 
 Elas também podem ser causadas por erros de 
programação 
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Tratamento de Interrupção no MINIX 
 As exceções são tratadas pelo mesmo 
mecanismo das interrupções, usando 
descritores na tabela de descritores de 
interrupção 
 Essas entradas na tabela apontam para os 16 pontos 
de entrada de rotina de tratamento de exceção, 
começando com _divide_error e terminando com 
_copr_error (final de mpx386.s) 
 Todos desviam para exception ou para errexception 
dependendo de a condição colocar um código de 
erro na pilha ou não 
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Referências 
 TANENBAUM, Andrew S.; WOODHULL, Albert S. 
Sistemas Operacionais: Projeto e 
Implementação. 3ª Ed., Prentice Hall, 2008. 
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