IA - GERÊNCIA DO PROCESSADOR

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO – UFERSA 
CAMPUS PAU DOS FERROS 
DISCIPLINA: INFORMÁTICA APLICADA 
DOCENTE: Profª. Dra. Náthalee Cavalcanti de Almeida 
 
 
 
 
 
 
 
GERÊNCIA DO PROCESSADOR 
 
 
 
 
 
 
Antônio Sales Filho 
Bruno Fontes de Sousa 
Jackson Édpo Gomes de Souza 
Priscila Siméia de Melo Teixeira 
 
 
 
 
 
 
Pau dos Ferros/RN 
2015 
SUMÁRIO 
 
INTRODUÇÃO ................................................................................................................................. 3 
PROCESSOS ..................................................................................................................................... 4 
ESTRUTURA ................................................................................................................................ 4 
CONTEXTO DE SOFTWARE .................................................................................................. 5 
CONTEXTO DE HARDWARE ................................................................................................. 5 
ESPAÇO DE ENDEREÇAMENTO ........................................................................................... 5 
ESTADOS ..................................................................................................................................... 5 
MUDANÇAS DE ESTADO ...................................................................................................... 6 
TIPOS DE PROCESSOS ............................................................................................................... 7 
PROCESSOS CPU-BOUND ...................................................................................................... 7 
PROCESSOS I/O-BOUND ........................................................................................................ 7 
GERÊNCIA DO PROCESSADOR .................................................................................................... 8 
CRITÉRIOS DE ESCALONAMENTO.......................................................................................... 8 
ESCALONAMENTOS NÃO-PREEMPTIVOS.............................................................................. 9 
ESCALONAMENTOS PREEMPTIVOS ....................................................................................... 9 
CONCLUSÃO ..................................................................................................................................11 
REFERÊNCIAS ...............................................................................................................................12 
 
INTRODUÇÃO 
 
Com a criação de sistemas multiprogramáveis, onde vários processos poderiam disputar, ao mesmo 
tempo, o uso da CPU, tornou-se importante ter ciência e controle de uma ferramenta que pudesse 
gerenciar esses processos. 
Neste trabalho iremos discorrer a respeito de como ocorre esse gerenciamento. Entretanto, antes de 
abordarmos a gerencia do processador em si, faz-se necessário o estudo do que é processo e quais as 
suas estruturas e características. 
 
PROCESSOS 
 
É possível definir processo como simplesmente um programa em execução. Contudo, essa 
definição apresenta-se incompleta, uma vez que um programa de computador pode executar vários 
processos em simultâneo. 
 Inicialmente, o usuário acredita estar usando todos os recursos do sistema exclusivamente para 
si para a execução de seu processo, porém, tais recursos são, na verdade, compartilhados para todo o 
sistema operacional e, por consequência, a execução de outros processos, muitos dos quais em 
segundo plano, longe dos olhos do usuário. 
 Assim sendo, analisamos processo como “um módulo executável único, que corre 
concorrentemente com outros módulos executáveis.” (Wikipédia). De acordo com Machado e Maia 
(2007), o processo apenas executa instruções, não distinguindo, portanto, qual programa está em 
execução, dessa forma, é função do sistema operacional gerenciar os processos a serem executados. 
 Detalharemos a seguir a estrutura do processo. 
 
ESTRUTURA 
 
 Apesar do uso concorrente da CPU por parte dos processos, suas execuções são individuais e 
de forma rotativa. Para que os maiores números possíveis de processos sejam executados sem 
sobrecarregar a CPU ou sem que haja perda de dados, os processos trocam constantemente de posição 
quanto a sua execução. 
Para que a troca de processos possa ser feita sem problemas, é 
necessário que tosas as informações do programa que está 
sendo interrompido sejam guardadas, para que ele possa 
retornar à CPU exatamente do ponto onde parou, não lhe 
faltando nenhuma informação vital à sua continuação. 
(Machado e Maia, 2007) 
 
Desse modo, estruturamos um processo em três partes: contexto de software, contexto de hardware e 
espaço de endereçamento. 
 
 
 
 
 
 
 
Espaço de 
endereçamento 
Contexto de 
Software 
Contexto de 
Hardware 
 
________
________
________
Programa 
 
 
CONTEXTO DE SOFTWARE 
 
É nesta seção do processo que ficam alocadas as informações pertinentes as características e limites 
dos recursos a serem associados pelo processo, número máximo de arquivos em uso, 
prioridade/privilegio do processo, etc. Dessa forma, podemos dividir as informações deste contexto 
em três grupos (Machado e Maia, 2007): 
 Identificação – neste grupo são guardadas informações sobre o usuário que criou o processo, e, 
em função disso, suas áreas de atuação do sistema. 
 Quotas – são os limites de recursos do sistema que um processo pode alocar, como área 
utilizada em disco, em memória, limite de linhas impressas, número máximo de arquivos 
abertos, número máximo de operações de E/S pendentes, tempo limite de CPU, etc. 
 Privilégios – diz respeito principalmente às prioridades assumidas pelo processo durante sua 
execução. 
 
CONTEXTO DE HARDWARE 
 
Este contexto armazena o conteúdo dos registradores gerais e específicos da CPU (Machado de Maia, 
2007). É nessa seção que ficará guardada todas as alterações ocorridas durante a execução do 
processo. Sempre que há uma troca de processos para o uso da CPU, as alterações dos registradores 
são salvas no contexto de hardware para que o nada se perda e o processo possa, posteriormente, 
continuar de onde parou. Por isso, quando há uma troca de processo, é comum dizermos que há uma 
troca de contexto. 
 
ESPAÇO DE ENDEREÇAMENTO 
 
Esta seção indica o local na memória em que as informações do processo estão localizadas. Este 
espaço, portanto, é importante para a execução do processo de modo que deve ter suas informações 
protegidas dos demais processos para que não haja interferência de nenhuma natureza. 
 
ESTADOS 
 
Os processos mudam de estado conforme são alocados para uso. Essa mudança ocorre para que um 
processo não tome total exclusividade do uso da CPU, uma vez que, em um sistema multiprogramável, 
há vários processos para execução e uma CPU para ser compartilhada. 
 Um processo muda de estado desde a sua criação, passando pelo estado de pronto para a 
execução, execução, até o seu processamento ser finalizado. 
 Machado e Maia (2007) definem os estados nos seguintes pontos: 
 Criação – neste estado o processo está sendo alocado na memória, sendo criado no sistema. 
Todos os recursos necessários à execução do processo são reservados durante a passagem do 
processo por este estado, o que acontece uma única vez. Vários processos podem estar neste 
estado, ao mesmo tempo. 
 Pronto – é o estado onde os processos, depois de criados ou quando retornam do tratamento 
de uma interrupção, permanecem aguardando a liberação da CPU para que possam iniciarou 
continuar seu processamento. É como se fosse uma fila, gerenciada pelo sistema operacional, 
que se incumbe de organizar os processos de acordo com as informações contidas no contexto 
de software (identificação, quotas e privilégios). Vários processos podem estar neste estado, 
ao mesmo tempo. 
 Execução – é onde o processo efetivamente utiliza a CPU. Ele permanece no processador até 
que seja interrompido ou termine sua execução. Neste estado, somente um processo pode 
permanecer de cada vez, já que existe apenas um processador. 
 Espera – neste estado estão todos os processos que sofreram algum tipo de interrupção de 
E/S, onde permanecem até que a intervenção seja resolvida. Vários processos podem estar 
neste estado, ao mesmo tempo. 
 Saída – é o estado final do processo, quando este termina seu processamento. Vários 
processos podem estar neste estado, ao mesmo tempo. 
 
MUDANÇAS DE ESTADO 
 
As sequências de mudanças nos estados dos processos podem ser analisadas da seguinte forma: 
 De criação para pronto – quando um processo foi criado e está pronto para disputar o uso da 
CPU. 
 De pronto para execução – quando um processo que está apto para o uso da CPU, e está em 
primeiro na fila de pronto, passa a usar a CPU, permanecendo neste estado até sua finalização 
ou até que haja uma interrupção. 
 De execução para pronto – quando um processo foi interrompido, seja por ter atingido o 
tempo limite de uso da CPU ou por outro processo ter uma prioridade mais alta, voltando, 
assim, para a fila de pronto. 
 De execução para espera – quando um processo em uso da CPU é interrompido por E/S. Até 
que essa interrupção seja resolvida pelo sistema, o processo está impedido de proceder com a 
execução. 
 De espera para pronto – quando um processo que foi interrompido por E/S volta para a fila 
de processos para disputar o uso da CPU novamente. 
 De execução para saída – quando um processo finaliza a sua execução e não mais vai disputar 
o uso da CPU. 
 
 
 
 
Pronto 
Espera 
Execução 
Criação 
Saída 
 
 
 
 
TIPOS DE PROCESSOS 
 
Os processos a serem executados são propostos/criados pelo sistema operacional ou pelo 
próprio usuário. Os processos criados pelo sistema sempre concorrem com os processos do usuário, 
mas costumam executar com certe prioridade. 
Os processos criados pelo usuário são classificados em dois tipos, os CPU-bound e os I/O-bound, de 
acordo com o uso da CPU e outros recursos. 
 
 
PROCESSOS CPU-BOUND 
 
São os processos que usam muito da CPU. Esses processos recebem um tempo determinado para uso 
da CPU. Utilizando todo o tempo disponível e sem desperdiçar nada, esses processos fazem parte de 
programas que exigem pouca ou nenhuma interferência de E/S. 
 
PROCESSOS I/O-BOUND 
 
São processos que utilizam mais interferência E/S do que da CPU em si. Devido a quantidade de 
interferência, esses processos passam mais tempo em estado de espera do que em execução. 
GERÊNCIA DO PROCESSADOR 
 
Após o surgimento dos sistemas multiprogramáveis, tornou-se imprescindível o gerenciamento do 
processador, uma vez que, quanto mais processos em estado de pronto houver, maior será a disputar 
para o uso da CPU. 
 Para melhor gerenciar as filas de processos prontos para a execução foram estabelecidos 
critérios, que, priorizam e maximizam o uso da CPU, mantendo o processador ocupado a maior parte 
do tempo. Esses critérios fazem parte da política do escalonamento. 
 Para o melhor entendimento, iremos detalhar um pouco essa política. 
 
CRITÉRIOS DE ESCALONAMENTO 
 
Cada sistema operacional possui maneiras de priorizar quais critérios de escalonamento utilizar. A 
seguir temos os principais critérios que fazem parte da política de escalonamento. 
 Utilização do Processador – na maioria dos sistemas o uso do processador deve variar entre 
30% e 90% para que haja um melhor aproveitamento de sua capacidade. Quanto mais próximo 
de 30% mais ociosa fica a CPU e menor é seu aproveitamento. Enquanto isso, quanto mais 
próximo de 90%, mais sobrecarregada a CPU podendo ocasionar problemas ao sistema. 
 Throughput – refere-se ao número de processos executados em um determinado intervalo de 
tempo. Quanto maior o número de processos, maior será o throughput. 
 Tempo de Processador – é o tempo em que o processo leva quando em estado execução. 
 Tempo de Espera – remete ao tempo total que um processo permanece em estado de pronto 
aguardando para ser executado. Quanto menor o tempo de espera melhor é o gerenciamento 
do processo. 
 Tempo de Turnaround – é o tempo total que um processo permaneceu no sistema desde a 
sua criação até o seu termino. 
 Tempo de Resposta – diz respeito a todo o tempo decorrido desde a requisição do sistema até 
o momento em que a resposta é exibida. Em geral, o tempo de resposta é mais limitado pela 
velocidade dos dispositivos de E/S do que pela capacidade de processamento do sistema 
operacional. 
 
“De uma maneira geral, qualquer política de escalonamento busca otimizar a utilização do processador 
e o throughput, enquanto tenat diminuir os tempos de turnaround, espera e resposta.” (Machado e 
Maia, 2007) 
 Os escalonamentos são classificados em dois tipos, os preemptivos e os não-preemptivos, de 
acordo com a capacidade do sistema de interferir com a execução dos processos. 
 
 
ESCALONAMENTOS NÃO-PREEMPTIVOS 
 
São escalonamentos que não sofrem interferências do sistema, permanecendo, assim, em execução até 
a sua finalização ou até que haja interferência E/S 
Os escalonamentos não-preemptivos podem ser classificados em: 
 FIFO (First In, First Out) – este tipo de escalonamento prioriza os processos por ordem de 
chegada a fila de pronto. Quando um processo inicia a sua execução, a menos que haja uma 
interrupção E/S, o mesmo seguirá usando a CPU até a sua finalização. 
 SJT (Shortest-Job-First) – este escalonamento prioriza os processos com o menor tempo de 
processamento. Se um processo chega a fila de pronto com o tempo de processamento menor 
do que o processo em execução no momento, o mesmo receberá a preferência, interrompendo 
o processo em uso da CPU atual. 
 Cooperativo – neste escalonamento o processo em execução é quem escolhe parar 
voluntariamente e ceder a vez para o próximo processo, visando maximizar o balanceamento 
entre os processos. 
 Circular – este tipo de escalonamento funciona de forma semelhante ao escalonamento FIFO, 
mas, quando um processo entra em estado de execução, o mesmo disporá de um tempo 
determinado, também denominado fatia de tempo ou quantum. Caso a fatia de tempo acabe 
antes que o processo possa ser finalizado, o sistema salvará as alterações no contexto de 
hardware do processo e este entrará no estado de pronto e o próximo da fila entrará em estado 
de execução com um nova fatia de tempo. 
 
ESCALONAMENTOS PREEMPTIVOS 
 
Estes tipos de escalonamentos são caracterizados por permitir que o sistema, assim como E/S, possa 
interromper o processo em execução e retirá-lo da CPU dando lugar a outro processo. 
 
 Circular – Funciona da mesma forma que no escalonamento não-preemptivo. Devido a 
limitação da fatia de tempo os processos CPU-bound se sobressaem em relação aos processos 
I/O-bound, já que, com as constantes interferências E/S a fatia de tempo logo perde sua 
vantagem de permitir que o processo monopolize a CPU. 
 Por Prioridades – este escalonamento visa a execução dos processos com maior prioridade 
primeiro. Uma vez que um processo com maior prioridade entre na fila de pronto, o processo 
que está em execução, se tiver prioridade inferior, será interrompido pelo sistema e cederá a 
vez para o novo processo. Comumente,os processos com menores tempos de execuções 
costumam ter uma maior prioridade. 
 Circular com Prioridades – este escalonamento mescla os escalonamentos circular e por 
prioridade, de modo que, o processo permanecerá em execução até que seja finalizado, a fatia 
de tempo acabe ou um processo com maior prioridade entre em estado de pronto. 
 Por Múltiplas Filas – este escalonamento organiza os processos em filas por diferentes 
prioridades. Os processos com menor prioridade só poderão disputar o uso da CPU após todos 
os processos da fila de maior prioridade sejam finalizados. Uma desvantagem desse 
escalonamento é que, caso um processo de menor prioridade que estava em execução e entra 
em estado de pronto, adquira uma maior prioridade durante sua prévia execução, ao entrar em 
estado de pronto, o mesmo retornará a fila de processo em que estava anterior a sua execução. 
 Por Múltiplas Filas com Realimentação – O mesmo que o anterior, porém permitindo que o 
processo, quando em estado de pronto, retorne a uma fila de menor ou maior prioridade, 
conforme sua alteração durante a execução prévia. 
CONCLUSÃO 
 
Através desse estudo podemos concluir que a gerência de processador é crucial para o correto 
funcionamento do sistema operacional. Cada processo que esteja pronto e apto a concorrer ao uso da 
CPU será, em algum momento, executado e finalizado. Vimos também que vários processos estão em 
concorrência simultânea, seja em primeiro plano ou de forma oculta, em segundo plano. 
 Por fim, cada sistema operacional tem uma abordagem própria para implementar a política de 
escalonamento visando atender melhor as necessidades de seus processos, priorizando cada um à sua 
maneira. 
REFERÊNCIAS 
 
Abadi, Marcos. Gerência do Processador, em Blog Livre – Segurança da Informação e muito mais... 
http://marcosabadi.blogspot.com.br/2012/01/gerencia-do-processador.html 
 
Amoroso, Danilo. O que são os processos de um sistema operacional e por que é importante 
saber, em Tecmundo. http://www.tecmundo.com.br/memoria/3197-o-que-sao-processos-de-um-
sistema-operacional-e-por-que-e-importante-saber.htm 
 
Campos, Aline de. Gerência do Processador, em SlideShare. 
http://pt.slideshare.net/alinedecampos/sistemas-operacionais-aula-8 
 
Coustan, Dave. Franklin, Curt. Como o sistema operacional gerencia o processador, em How Stuff 
Works – Como Tudo Funciona. http://tecnologia.hsw.uol.com.br/sistemas-operacionais5.htm 
 
Maia, L.P., Machado, F.B. Arquitetura de Sistemas Operacionais, Ed. LTC, 4a edição, 2007 
 
Processo (informática), em Wikipédia – A enciclopédia livre. 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Processo_(inform%C3%A1tica) 
 
Sistemas Operacionais I, em http://www.gsigma.ufsc.br/~popov/aulas/so1/index.html 
 
Sistemas Operacionais: gerência do processador, em http://ideia.me/sistemas-operacionais-gerencia-
processador-pt1/