Chamadas de Sistema e Processos

Chamadas ao Sistema

Se uma aplicação precisa realizar alguma instrução privilegiada, ela realiza uma chamada de sistema, que altera do modo usuário para o modo kernel.

Chamadas de sistema são a interface entre os programas do modo usuário e o SO no modo kernel. Ex: abort(), open(), delete()…

Existem interfaces para chamadas de sistemas, as mais utilizadas são a POSIX API para UNIX e Win32 para Windows.

Interrupções x Traps

Interrupções

• Evento externo ao processador;
• Causado por hardware.

Traps

• Evento vindo de dentro do processador;
• Causado por software.

Processos

Um processo é caracterizado como um programa em execução. Em termos mais técnicos, um processo está contido na memória ram, enquanto um programa em si é um processo que está contido no disco esperando o swapping.

Programa:

• Um programa pode ter várias instâncias em execução em diferentes processos;
• Algoritmo codificado;
• Forma como o programador vê a tarefa a ser executada.

Processo:

• Um processo é único;
• Código acompanhado de dados e momentos de execução (contexto).

Cada processo possui:

• Programa (instruções que serão executadas);
• Espaço de Endereçamento
• PCB (Process Control Block)
• Atributos

Primeiro Plano

• Interagem com o usuário:
  • Leitura de um arquivo;
  • Iniciar um programa.

Segundo Plano (Daemons)

• Processos com funções específicas que independem de usuários:
  • Recepção e envio de emails;
  • Serviços de impressão.

Espaço de Endereçamento

O espaço de endereçamento é uma lista de posições na memória onde o processo pode ler e escrever. Possui três segmentos:

• Texto:
  • Código executável dos programas.
• Dados:
  • Variáveis.
• Pilha de Execução:
  • Controla a execução dos processos;
  • Empilha chamadas de procedimentos, parâmetros e variáveis locais, etc;
  • Contém uma estrutura para cada rotina chamada que ainda não retornou.

Process Control Block

O PCB é uma estrutura que contém todas as informações de que o SO precisa para gerenciar cada processo. Contém o ponteiro, o id do processo, o contador de programa (registrador que aponta para a próxima instrução a ser executada), registradores, etc.

O espaço de endereçamento não está contido no PCB.

Quando uma interrupção ocorre, o sistema precisa salvar o contexto corrente da execução da CPU – de modo a restaurar esse contexto quando seu processamento for concluído – essencialmente, suspendendo o processo para depois retorna-lo.

Criação

Processos são criados por outros processos, executando uma chamada de sistema. Ex: fork() que cria um clone do processo pai.

Finalização

Processos podem sofrer términos normais (voluntário) onde é executada a chamada de sistema exit ou exitProcess. Ou podem sofrer término por erro (voluntário) onde o processo que está sendo executado não pode ser finalizado. Além disso, pode ocorrer términos involuntários como algum bug no programa, interrupção de sinal ou algum outro comando como o kill (UNIX).

Estados

Um processo possui três estados básicos:

• Executando: usando a CPU naquele momento;
• Bloqueado: incapaz de executar enquanto um determinado evento externo não correr;
• Pronto: em memória, na fila de prontos, no aguardo pronto para executar.

Existem outros estados atípicos:

• Zumbi: processo cujo pai não chamou a função wait(), sendo assim, o contexto do filho ainda está vigente na memória mesmo após o seu término.
• Órfão: Processo filho cujo pai terminou sua execução primeiro, deixando os filhos sem serem encerrados pela syscall.

Balancear a carga da CPU requer trocar o processo que está rodando, dando lugar a outro que precise dela.

Escalonador

A troca de processos, por sua vez, é feita pelo escalonador de processos. É o escalonador juntamente com um dado algoritmo de escalonamento que irá escolher qual o próximo processo a ser exxecutado. No entanto, o escalonador apenas escolhe, o dispatcher que é o responsável por “puxar o gatilho” e executar de fato o processo.

Curto prazo

Controla os processos que estão na memória e os aloca na CPU.

Longo prazo

Controla o grau de multiprogramação e administra o número de processos sendo executados simultaneamente.

Médio prazo

Controla os processos que serão removidos de forma parcial ou total da memória para serem suspenso.

A principal diferença entre o curto e longo prazo é a frequência de execução. O scheduler de curto prazo é executado pelo menos uma vez a cada 100 milissegundos.