Arquitetura de Computadores - Concorrência

Curso superior de Sistemas de Informação - IFNMG
Aula 2
Arquitetura de Computadores
CONCORRÊNCIA

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CONCORRÊNCIA
Técnicas de implementação de concorrência como
interrupções, buffering, spooling e reentrância, são
conceitos fundamentais para sistemas
multiprogramáveis.
Sistemas operacionais podem ser vistos como um
conjunto de rotinas executadas de forma
concorrentes e ordenadas.
Introdução

CONCORRÊNCIA
Sistemas
Monoprogramáveis x
Multiprogramáveis

CONCORRÊNCIA
Os recursos de memórias, processadores e
dispositivos de E/S eram utilizados com pouca
eficiência.
Recursos permaneciam muitas vezes ociosos por um
longo período de tempo.
Apenas um programa pode ser executado por vez.
Desperdício de processamento.
Sistemas Monoprogramáveis

CONCORRÊNCIASistemas Monoprogramáveis
CPU
E/S
Livre
Tempo

CONCORRÊNCIA
Leitura de um registro 0,0015
Execução de 100 instruções 0,0001
Total 0,0016
% utilizada da CPU (0,0015/0,0001) = 0,066 = 6,6%
93% do tempo esperando a conclusão da operação
de E/S.

CONCORRÊNCIA
Outro aspecto a ser considerado é a subutilização da
memória principal.

CONCORRÊNCIA
Nesse sistema é comum termos, impressoras paradas
por um grande período de tempo e disco com acesso
restrito a apenas um usuário.

CONCORRÊNCIA
Nesse sistema vários programas podem estar
residentes na memória, concorrendo pela utilização
do processador.
Quando for solicitada uma operação de E/S os
programas podem ser processados pela CPU
paralelamente.
Sistemas Multiprogramáveis

CONCORRÊNCIA
A CPU é implementada para que, quando um
programa perder o uso do processador e depois
retorna para continuar o processamento, seu estado
continue o mesmo de quando foi interrompido.

CONCORRÊNCIA
Em um sistema de tempo compartilhado existe a
impressão que o computador está inteiramente
dedicado ao usuário.

CONCORRÊNCIASistemas Multiprogramáveis
1 1CPU
E/S
Tempo
1
2

CONCORRÊNCIA
Durante a execução de um programa, alguns eventos
inesperados podem ocorrer, ocasionando um desvio
forçado no seu fluxo normal de execução.
Esses eventos são conhecidos como interrupção ou
exceção, e podem ser resultado de sinalizações de
algum dispositivo de hardware externo ao ambiente
memória/processador.
Interrupções e Exceções

CONCORRÊNCIAInterrupções

CONCORRÊNCIA
As interrupções podem ser geradas:
• Pelo programa do usuário (entrada de dados pela console
ou teclado)
• Pelo hardware (operações de E/S)
• Pelo sistema operacional (ao término da fatia de tempo
do processador destinada ao programa)
As interrupções sempre são tratadas pelo Sistema
Operacional.
Interrupções

CONCORRÊNCIA
A exceção é um evento semelhante à interrupção,
pois também de fato interrompe um programa.
A principal diferença é que a exceção é o resultado
da execução de uma instrução dentro do próprio
programa, como a divisão por zero ou a ocorrência
de um overflow (estouro de capacidade de um
campo) numa operação aritmética.
Exceções

CONCORRÊNCIA
Na maioria das vezes, a exceção provoca um erro
fatal no sistema, causando o término anormal do
programa.
Isto se deve ao fato de que a exceção é melhor
tratada dentro do próprio programa, com instruções
escritas pelo programador.
Exceções

CONCORRÊNCIAExceções

CONCORRÊNCIA
A técnica de buffering consiste na utilização de uma
área em memória principal, denominada buffer,
criada e mantida pelo Sistema Operacional.
Possui a finalidade de auxiliar a transferência de
dados entre dispositivos de E/S e a memória.
Buffering

CONCORRÊNCIA
O buffer permite minimizar a disparidade de
velocidade entre o processador e os dispositivos de
E/S, e tem como objetivo principal manter tanto os
dispositivos de E/S como o processador ocupados
a maior parte do tempo.
Buffering

CONCORRÊNCIA
A unidade de transferência do mecanismo de
buffering é o registro.
O buffer deve permitir o armazenamento de vários
registros, de forma que o processador tenha à sua
disposição dados suficientes para processar sem ter
que interromper o programa a cada leitura/gravação
no dispositivo de E/S.
Buffering

CONCORRÊNCIABuffering
Memória Principal
ControladorBuffer
gravação
Leitura
gravação
Leitura

CONCORRÊNCIA
Semelhante ao buffering, utiliza uma área em disco
como se fosse um grande buffer.
Neste caso, dados podem ser lidos ou gravados em
disco, enquanto programas são executados de forma
concorrente.
Spooling

CONCORRÊNCIA
Técnica muito usada em sistemas operacionais para
gerenciar filas de impressões.
No momento que um arquivo for mandando para
impressão, ele é armazenado primeiramente em uma
parte do disco, esse arquivo é conhecido como
arquivo de spool, liberando imediatamente o
programa para outras atividades.
Spooling

Spooling
Sistema Operacional ImpressoraArquivo de SpoolPrograma

CONCORRÊNCIA
É comum, em sistemas multiprogramáveis, vários
usuários utilizarem os mesmos aplicativos
simultaneamente, como editores de texto,
compiladores e outros utilitários.
Nesta situação, se cada usuário que utilizasse um
destes aplicativos trouxesse o código executável para
a memória haveria então diversas cópias de um
mesmo programa ocupando espaço na memória, o
que causaria um grande desperdício de espaço.
Reentrância

CONCORRÊNCIA
Reentrância é a capacidade de um código executável
(código reentrante) ser compartilhado por vários
usuários, exigindo apenas uma cópia do programa
em memória.
A reentrância permite que cada usuário esteja
executando um trecho diferente do código
reentrante, manipulando dados próprios, exclusivos
de cada usuário.
Reentrância

CONCORRÊNCIA
Objetivo geral: promover o uso mais eficiente da
memória e um desempenho maior do sistema.
Reentrância

CONCORRÊNCIA
Considerando-se que diversos usuários estão
compartilhando os mesmos recursos, como:
memória, processador e dispositivos de E/S.
Faz-se então necessário existir mecanismos de
proteção para garantir a confiabilidade e a
integridade dos dados e programas dos usuários,
além do próprio sistema operacional.
Segurança e Proteção do Sistema

CONCORRÊNCIA
Como vários programas ocupam a memória principal
simultaneamente, cada usuário possui uma área
reservada onde seus programas e dados são
armazenados durante o processamento.
O sistema operacional deve possuir mecanismos de
proteção a essas áreas, de forma a preservar as
informações nela contidas.

CONCORRÊNCIA
Caso um programa tente acessar uma posição de
memória fora de sua área, um erro indicando a
violação de acesso deve ocorrer.

CONCORRÊNCIA
Todo o controle da segurança do sistema é
implementado pelo sistema operacional, a partir de
mecanismos como:
• Grupos de usuários;
• Perfis de usuários e
• Direitos de acesso.

CONCORRÊNCIA
A proteção começa geralmente no procedimento de
login, quando o usuário faz a conexão inicial no
sistema.
• Proteção as áreas alocadas de memória;
• Disco e
• Até mesmo o uso do processador.

CONCORRÊNCIA
As operações de E/S no computador funcionam de
três formas básicas:
• por programa;
• por interrupção e
• por acesso direto a memória (DMA)
Operações de Entrada e Saída

CONCORRÊNCIA
O canal de E/S funciona então como uma interface
entre os controladores e a CPU.
Operações de Entrada e Saída

CONCORRÊNCIAOperações de Entrada e Saída
Memória Principal
CPU
Canal de
E/S
Controlador Controlador

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