Arquitetura de Sistemas Operacionais

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SISTEMAS OPERACIONAIS – INSTITUTO SUPERIOR FÁTIMA 
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ARQUITETURA DE SISTEMAS OPERACIONAIS 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 5 
PROCESSO 
 
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INTRODUÇÃO 
● O conceito de processo é a base para implementação de um 
sistema multiprogramável; 
● O processador apenas executa instruções; (não sabe qual programa está em execução) 
● A gerência do ambiente é exclusiva do sistema operacional; 
– Controla a execução dos diversos programas; 
– Controla o uso concorrente do processador; 
● A gerência de processos é uma das principais funções de um 
sistema operacional. 
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INTRODUÇÃO 
● Processo é o termo mais utilizado, porém pode-se encontrar os 
termos job e tarefa em outras literaturas. 
● Os processos são executados: 
– Sistemas Multiprogramáveis: Concorrentemente , compartilhando, 
dentre outros recursos, o uso do processador, da memória principal e 
dispositivos de I/O; 
– Sistemas com Múltiplos Processadores: além da concorrência de 
processos pelo uso do processador, como também a execução 
simultânea de processos nos diferentes processadores. 
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ESTRUTURA DO PROCESSO 
● Processos podem ser entendidos inicialmente como um 
programa em execução; 
– Todas as informações importantes e necessárias à execução de um 
programa fazem parte do processo; 
● Processo pode então ser definido como um ambiente onde um 
programa é executado; 
– Esse ambiente, além das informações sobre execução, possui também, o 
quanto de recursos do sistema cada programa pode utilizar, como 
espaço de endereçamento, tempo de processador e área em disco. 
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ESTRUTURA DO PROCESSO 
● Um processo é formado por três partes, conhecidas como: 
 
– Contexto de hardware; 
 
– Contexto de software; e 
 
– Espaço de endereçamento. 
Programa
Contexto de
Software
Contexto de
Hardware
Espaço de
Endereçamento
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● O contexto de hardware armazena o conteúdo dos 
registradores gerais da CPU, além dos registradores de uso 
específico (Program Counter, Stack Pointer e Reg. Status); 
● No momento que o processo está em execução, seu contexto 
de hardware está armazenado nos registradores da CPU; 
● No momento em que o processo perde a utilização da CPU, o 
sistema salva as informações em seu contexto de hardware. 
CONTEXTO DE HARDWARE 
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MUDANÇA DE CONTEXTO 
Carrega registradores do
Processo B
Carrega registradores do
Processo A
Sistema Operacional
Salva registradores do
Processo A
executando
executando
executando
Salva registradores do
Processo B
Processo A Processo B
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● No Contexto de Software são especificadas características e 
limites de recursos que podem ser alocados pelo processo, como 
por exemplo: 
– O número máximo de arquivos abertos simultaneamente; 
– Prioridade de execução; 
– Tamanho de buffer para operações de E/S. 
● Muitas dessas características são determinadas no momento da 
criação do processo, enquanto outras podem ser alteradas 
durante sua existência; 
CONTEXTO DE SOFTWARE 
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● O contexto de software é composto por 03 (três) grupos de 
informações sobre o processo: 
● IDENTIFICAÇÃO; 
● QUOTAS; E 
● PRIVILÉGIOS. 
CONTEXTO DE SOFTWARE 
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– Cada processo recebe uma identificação única – o PID (Process 
Identification) – representado por um número; 
– Através do PID o sistema operacional ou outros processos podem 
fazer referência ao processo 
– Alguns sistemas operacionais também guardam o nome do 
processo como parte de sua identificação 
CONTEXTO DE SOFTWARE: IDENTIFICAÇÃO 
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– O processo também possui a identificação do usuário que o 
criou (owner); 
– Cada usuário possui também uma identificação (UID – User 
Identification), atribuída ao processo quando de sua criação. 
– Através do UID, pode-se implementar políticas de segurança, 
fazendo com que determinado processo só tenha acesso aos 
arquivos e recursos que o usuário tem acesso. 
CONTEXTO DE SOFTWARE: IDENTIFICAÇÃO 
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– São os limites de cada recurso que o processo pode alocar. 
– Normalmente podem ser configuradas: 
● Número máximo de arquivos abertos simultaneamente; 
● Tamanho máximo da MP e Mem secundária que o processo pode alocar; 
● Número máximo de operações de E/S pendentes; 
● Tamanho do buffer para operações de E/S; 
● número máximo de sub-processos e threads que podem ser criados; 
CONTEXTO DE SOFTWARE: QUOTAS 
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– Também conhecidos como Direitos; 
– Definem as ações que um processo pode fazer em relação a ele 
mesmo, aos demais processos e ao sistema operacional; 
– Existem privilégios específicos que afetam o próprio processo e 
privilégios que afetam suas próprias características, além de 
alterar as de outros processos 
CONTEXTO DE SOFTWARE: PRIVILÉGIOS 
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– Privilégios que afetam o sistema são os mais amplos e 
poderosos; pois estão relacionados à operação e gerência do 
ambiente: 
● Desativação do sistema; 
● Alteração de regras de segurança; 
● Criação de outros processos privilegiados; 
● Etc. 
CONTEXTO DE SOFTWARE: PRIVILÉGIOS 
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– A maioria dos sistemas operacionais, possui um 
usuário com todos esse privilégios: 
● No UNIX – é o root; 
● No Windows - é o administrador/administrator; 
● No Open VMS – é o system. 
CONTEXTO DE SOFTWARE: PRIVILÉGIOS 
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ESPAÇO DE ENDEREÇAMENTO 
– É a área de memória pertencente ao processo, onde as 
instruções e os dados do programa são armazenados para 
execução; 
– Cada processo tem seu próprio espaço de endereçamento, que 
deve ser devidamente protegido do acesso dos demais 
processos; 
 
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ESTRUTURA DE UM PROCESSO: CARACTERÍSTICAS 
Programa
Contexto de
Software
prioridade de
execução
registrador PC
data/ hora
de criação
tempo de
processador
registrador SP
quotas
privilégios
endereços de memória
principal alocados
registrador
de status
owner (UID)
PID
nome
registradores
gerais
Contexto de
Hardware
Espaço de
Endereçamento
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BLOCO DE CONTROLE DO PROCESSO 
– PCB – Process Control Block 
– Estrutura de dados no kernel de um 
sistema operacional,que armazena o 
contexto de hardware, de software e 
o espaço de endereçamento. 
– Todos os PCB ficam residentes na 
memória principal, numa área 
exclusiva do SO. 
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ponteiros
Estado do processo
Registradores
Nome do processo
Prioridade do processo
Limites de memória
Lista de arquivos abertos
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BLOCO DE CONTROLE DO PROCESSO 
– Geralmente as informações contidas em um PCB incluem: 
● Identificador do processo (PID); 
● Registradores da CPU (incluindo o contador de programa); 
● O espaço de endereçamento do processo; 
● A prioridade do processo ; 
● O status do processo; 
● Informações sobre o escalonamento de processo (scheduling); 
● Informações de I/O (dispositivos de hardware ligados ao processo, 
arquivos abertos, etc.). 
● O ponteiro para o próximo PCB; 
 
Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Bloco_de_controle_de_processo 
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ESTADOS DO PROCESSO 
– Num sistema multiprogramável, um processo não deve alocar a 
UCP com exclusividade; 
– Os processos passam por diferentes estados ao longo do de sua 
execução. A saber, são eles: 
– Execução (Running); 
– Pronto (Ready); e 
– Espera (Wait). 
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ESTADOS DO PROCESSO: EXECUÇÃO (RUNNING) 
– Um processo é dito nesse estado quando está sendo processado 
pela CPU. 
● Em sistemas monoprocessados, somente um processo estará sendo 
executado em um dado instante; 
● Em sistemas com múltiplos processadores, mais de um processo pode 
estar neste estado. 
– Os processos se alternam na utilização da CPU, seguindo uma 
política estabelecida pelo sistema operacional. 
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ESTADOS DO PROCESSO: PRONTO (READY) 
– Um processo está no estado de pronto, quando aguarda apenas 
para ser executado; 
– O sistema operacional é responsável por determinar quando os 
processos, em estado de pronto, devem fazer uso do 
processador; 
– Este mecanismo é conhecido como escalonamento. 
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ESTADOS DO PROCESSO 
– Listas de PCB nos estados de pronto e espera: 
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Lista de
processos
em estado
de pronto
PCB# 5
PCB# 9
PCB# 1
PCB# 2 PCB# 4
Lista de
processos
em estado
de espera
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ESTADOS DO PROCESSO: ESPERA (WAIT) 
– Um processo no estado de espera aguarda por algum evento 
externo ou por algum recurso para prosseguir seu 
processamento; 
– Em alguns sistemas operacionais, esse estado pode ser chamado 
de bloqueado (Blocked). 
– Os processos nesse estado também são organizados em listas 
encadeadas. 
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MUDANÇAS DE ESTADO DO PROCESSO 
– Um processo muda de estado durante seu processamento em 
função de eventos originados por ele próprio (eventos 
voluntários) ou pelo sistema operacional (eventos 
involuntários). 
– Basicamente, existem 04 (quatro) mudanças de estado: 
● PRONTO  EXECUÇÃO 
● EXECUÇÃO  ESPERA 
● ESPERA  PRONTO 
● EXECUÇÃO  PRONTO 
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MUDANÇAS DE ESTADO DO PROCESSO 
– PRONTO  EXECUÇÃO 
● Após a criação de um processo, o sistema o coloca em uma lista de 
processos, no estado de pronto; 
– EXECUÇÃO  ESPERA 
● Um processo em execução passa para o estado de espera por eventos 
gerados pelo próprio processo ou por eventos externos; 
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MUDANÇAS DE ESTADO DO PROCESSO 
– ESPERA  PRONTO 
● Um processo em estado de espera passa para o estado de pronto 
quando a operação solicitada é atendida ou o recurso esperado é 
concedido; 
● Um processo no estado de espera SEMPRE terá de passar pelo estado de 
pronto antes de poder novamente selecionado para execução. 
● EXECUÇÃO  PRONTO 
● Um processo em execução passa para o estado de pronto por eventos 
gerados pelo sistema, como por exemplo, o término da fatia de tempo 
que o processo possui para sua execução. 
 
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MUDANÇAS DE ESTADO DO PROCESSO 
Estado de Execução
Estado de Espera Estado de Pronto
a
c
d
b
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residente
não residente
Estado de Execução
Estado de Espera
Estado de Espera
Estado de Pronto
Estado de Pronto
MUDANÇAS DE ESTADO DO PROCESSO 
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CRIAÇÃO E ELIMINAÇÃO 
– Processos são criados e eliminados por diversos motivos; 
– A criação ocorre a partir do momento em que o SO adiciona 
um novo PCB à sua estrutura e aloca um espaço de 
endereçamento na memória para uso; 
– No caso da eliminação, todos os recursos associados ao 
processo são desalocados e o PCB eliminado pelo SO; 
– Além dos três estados , a maioria dos sistemas operacionais 
estabelece ainda, dois estados adicionais para os momentos de 
criação e eliminação de um processo. 
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CRIAÇÃO E ELIMINAÇÃO 
– CRIAÇÃO (NEW) 
● Um processo é dito em estado de criação quando o sistema 
operacional já criou um novo PCB, porém ainda não pode 
colocá-lo na lista de processos em estado de pronto. 
– Isto acontece porque alguns sistemas operacionais 
limitam a quantidade de processos ativos em função dos 
recursos disponíveis ou de desempenho. 
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CRIAÇÃO E ELIMINAÇÃO 
– TERMINADO (EXIT) 
● Um processo no estado de terminado não poderá ter mais 
nenhum programa executado em seu contexto, porém o 
sistema operacional ainda mantém suas informações de 
controle presentes na memória. 
– Um processo nesse estado não é mais considerado ativo, mas 
como o PCB ainda existe, o sistema operacional pode recuperar 
informações. 
– Após essa recuperação, o processo pode deixar de existir. 
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CRIAÇÃO E ELIMINAÇÃO 
Estado de Execução Estado de Término
Estado de Espera Estado de Pronto Estado de Criação
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EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO 
– Considere 4 processos prontos para executar: A, B, C e D. 
Considere que o sistema operacional a cada 1ms troca o 
processo em execução. Ao trocar o processo em execução, 
coloca-o no final da fila de prontos e pega o primeiro da fila. 
Suponha as seguintes características dos processos: 
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EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO 
– A – demora 2ms para ser executado (sem contar o tempo de 
espera de E/S). A cada 0.5ms de execução é feita uma 
operação de E/S que demora 2.5ms para serconcluída. 
– B – demora 6ms para ser executado e não faz operações de E/S 
– C – demora 3ms para ser executado e não faz operações de E/S 
– D – demora 3ms para ser executado (sem contar o tempo de 
espera de E/S). Depois de ser executado 1.5ms ele faz uma 
operação de E/S que demora 4ms para ser executada. 
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EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO 
– A cada 0.5ms mostre: 
– Qual processo está sendo executado; 
– Qual é a fila de prontos; 
– Qual é a fila de bloqueados; e 
– Qual o Tempo de Turnaround de cada processo.