Fundamentos de Sistemas Operacionais: Processos e Threads

Conceitos Básicos de Sistemas Operacionais (SO)

• SO: Programa ou conjunto de programas que fazem a intermediação entre o hardware e o usuário.
• SO Estático: Projetado para executar uma única operação.
• SO Dinâmico: Possui um número variável de processos; necessita de formas de criar e destruir processos.
• Multiprogramados: Mantêm mais de um programa simultaneamente na memória para permitir o compartilhamento efetivo do tempo.
• Multiprocessados: Executam suas tarefas em múltiplas UCPs.

Gerenciamento de Processos

• Processo: Programas em execução, incluindo valores correntes do contador de programa, registradores e variáveis. É um conceito dinâmico.
• Criação: Inicialização do sistema, requisição do usuário ou processo em execução que chama outro.
• Término: Saída normal, erro, erro fatal ou destruído por outro processo.
• BCP (Bloco de Controle de Processo): Contém informações sobre o processo: identificação, estado, prioridade, localização e contador.

Estados e Transições de Processos

• Indefinido: Processo desconhecido pelo SO.
• Bloqueado: Aguarda um evento.
• Pronto para execução: Aguardando outro processo sair do processador.
• Em execução: Processo dentro do processador.
• Criar: Processo na memória, torna-se conhecido pelo SO.
• Acordar: Libera o andamento.
• Despachar: Dá sequência imediata ao andamento.
• Bloquear: Para o andamento do processo enquanto aguarda evento.
• Preempção: Para por motivos alheios.
• Destruir: Libera a área de memória ocupada pelo processo.

Escalonamento de Processos

• Escalonador: Avalia os processos e decide qual rodará primeiro.
• Escalonamento: Atividade organizacional que prioriza processos (ex: I/O).
• Critérios: Uso da CPU, fração de tempo ocupada, tempo de espera e tempo de chegada.
• Algoritmos:
  • FIFO: Primeiro que chega, primeiro a ser executado.
  • SJF: Menor processo ganha a CPU.
  • SRT: Escolhido quem possui o menor tempo restante.
  • RR (Round Robin): Utiliza um quantum (tempo fixo) para cada processo.
• Preemptivo vs. Não Preemptivo: O preemptivo libera o processador para outro processo via quantum; o não preemptivo roda pelo tempo necessário.

Threads e Multithreading

• Threads: Linhas de execução. Possuem interdependência, mas mantêm privadamente: contador de programa, registradores, pilha e estado.
• Multithread: Existência de várias threads no mesmo processo.
• Vantagens: Permite que o processo continue rodando mesmo se uma thread estiver bloqueada em I/O.
• Tipos:
  • ULT (User Level Threads): Gerenciadas pelo programador.
  • KLT (Kernel Level Threads): Gerenciadas pelo SO, mais lentas devido à troca de contexto.

Arquitetura e Classificação

• Máquina Multinivel: Aplicações, Software Básico (SO/Compiladores) e Hardware.
• Carga de Trabalho:
  • Serial: Recursos dedicados a um único programa.
  • Concorrente: Recursos reassociados entre vários programas.
• Classificação: Monoprogramado, Batch (Lote), Interativo e Tempo Real.
• Máquinas Virtuais (VM): Nível intermediário que oferece uma cópia virtual do hardware.