Processos e Gerencia de Processador

  • Instalando o compilador de Linguagem C no Ubuntu

    sudo apt-get update

    sudo apt-get install gcc

  • Compilando

    Para compilar um programa chamado prog.c basta entrar no shell, no diretório onde se encontra o programa, e executar o comando:

    gcc prog.c

    Será criado um arquivo executável de nome a.out.

  • Compilando especificando a saída

    Para compilar um programa e escolher o nome do arquivo executável que será gerado, utilize o parâmetro -o. Por exemplo, para compilar o programa prog.c e gerar como saída um arquivo executável prog, utilize o comando:

    gcc prog.c -o prog

  • Executando o programa

    Para executar o programa prog que acabou de ser compilado, execute o comando:

    ./prog

Modelo de processo

Sistema multiprogramável

A unidade central de processamento (UCP) alterna entre processos, dedicando um pouco de seu tempo a cada um, dando a ilusão de paralelismo. Este esquema costuma ser chamado de pseudoparalelismo.

Um processo é um programa em execução, incluindo os valores atuais dos registradores e variáveis, assim como seu espaço de endereçamento. Um programa por si só não é um processo, mas uma entidade passiva. Um processo é uma entidade ativa, com um contador de instruções e um conjunto de registradores a ele associado.

Espaço de endereçamento

Conjunto de endereços de memória que um processo pode acessar.

Contador de instruções

Registrador de uma unidade central de processamento que indica qual é a posição atual na sequência de execução de um processo. Dependendo dos detalhes da arquitetura, ele armazena o endereço da instrução que está sendo executada ou o endereço da próxima instrução.

Daemons

São processos que ficam em segundo plano.

Em todos esses casos, um novo processo é criado por outro já existente, executando uma chamada de sistema de criação de processo. O que esse processo faz é executar uma chamada de sistema para criar o processo.

No Linux, um processo especial chamado systemd (ou init, dependendo da versão) está presente na imagem de inicialização do sistema. É o primeiro processo a ser executado e é responsável por iniciar a execução dos demais processos do sistema operacional. Cada um desses processos pode iniciar mais processos. Desse modo, todos os processos no Linux pertencem a uma única árvore, com o systemd (ou init) em sua raiz.

Estados de um processo

Um processo pode ter vários estados, geralmente são eles: Novo, Pronto, Bloqueado, Terminado.

Bloco de Controle de Processo

Para implementar o modelo de processos, o Linux mantém uma tabela de processos, com uma entrada por processo. Esta entrada é chamada de Bloco de Controle de Processo - BCP (Process Control Block - PCB) e contém todas as informações do processo. Algumas entradas do BCP são:

Escalonador

O nível mais baixo do sistema operacional é o escalonador (também conhecido como agendador). Ele cuida do gerenciamento de interrupções e dos detalhes de como iniciar e parar processos. Também costuma ser muito pequeno.

Um processo passa pelas várias filas de seleção durante sua execução. Cabe ao escalonador selecionar processos destas filas e decidir qual será o próximo a ser executado.

Mudança de contexto

Para transferir o controle da UCP de um processo a outro, é necessário guardar o estado do processo em execução e carregar o estado do processo a entrar em execução. Esta tarefa é conhecida como mudança de contexto (ou troca de contexto).

O contexto de um processo pode ser dividido em três elementos básicos:

  • Contexto de hardware

    O contexto de hardware constitui-se basicamente do conteúdo dos registradores. No momento em que o processo perde a UCP, o sistema salva suas informações. Ele é fundamental para a implementação dos sistemas multiprogramáveis.

  • Contexto de software

    O contexto de software especifica características do processo que influenciarão na execução de um programa. Ele define basicamente três grupos de informações sobre um processo: identificação, quotas e privilégios. A identificação define o processo para o sistema de forma única, através de seu PID, UID e GID. Quotas são os limites de cada recurso que o sistema operacional pode alocar, como número de arquivos abertos, quantidade de memória, quantidade de subprocessos que podem ser criados etc. Privilégio é o que o processo pode ou não fazer em relação ao sistema e outros processos.

  • Espaço de endereçamento

    O espaço de endereçamento é a área de memória do processo em que o programa será executado e a área de memória onde os dados do processo serão armazenados. Cada processo possui seu próprio espaço de endereçamento, que deve ser protegido dos demais.

Algumas chamadas de sistema do Linux para o gerenciamento de processos são:

Chamada de sistema

Descrição

fork()

Cria um processo filho idêntico ao processo pai. Para o processo pai, retorna o PID do processo filho e, para o processo filho, retorna o valor 0.

waitpid()

Espera até que o processo filho passado como parâmetro termine sua execução.

execve()

Substitui a imagem de execução de um processo, fazendo com que, no lugar do processo corrente, seja executado o código do programa passado como parâmetro.

exit()

Termina a execução do processo e retorna como status o valor passado como parâmetro.