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Processos

1. Modelo de Processo

Um processo pode ser visto em duas dimensões:

  • Ambiente: espaço de endereçamento + contexto de software.
  • Execução: contexto de hardware.

Tipos de modelos de processos:

  • Heavyweight: processo tradicional.
  • Lightweight: threads (processos leves).

2. O que é um Processo

Em sistemas multiprogramáveis, existe um pseudoparalelismo: ilusão de que vários programas rodam ao mesmo tempo.

Cada processo possui sua própria "CPU virtual", mas, na prática, a CPU alterna entre processos rapidamente.

Ao longo do tempo, todos progridem, mas em um instante dado apenas um executa.

Analogia do bolo:

  • Confeiteiro → CPU.
  • Receita do bolo → Programa (passivo).
  • Fazer o bolo → Processo (ativo).
  • Ingredientes → Dados de entrada.
  • Bolo pronto → Dados de saída.
  • Se surgir outra tarefa prioritária (ex: socorrer criança), o confeiteiro interrompe o bolo, memoriza o ponto, faz a nova tarefa, e depois retorna.

Conceito: processo é um programa em execução junto com seu contexto:

  • Pilha de execução.
  • Apontador para a pilha.
  • Contador de programa (próxima instrução).
  • Valores dos registradores.

3. Criação de um Processo

Um processo pode ser criado em situações como:

  • Inicialização do sistema:

  • Foreground: processos que interagem com o usuário.

  • Background: processos sem interação direta (daemons, serviços).
  • Chamada de sistema feita por outro processo.
  • Solicitação do usuário.
  • Execução de tarefas em lote.

4. Término de Processos

  • Normal (voluntário): terminou sua tarefa ou o usuário encerrou.
  • Erro (voluntário): término por falha detectada.
  • Erro fatal (involuntário): término forçado por falha grave.
  • Eliminado por outro processo (involuntário).

5. Hierarquia de Processos

  • Processos criados por outros mantêm relação de pai-filho.
  • Em sistemas Unix/Linux, todos descendem do processo init.
  • Windows não possui a mesma hierarquia explícita.

6. Estados de Processos

Processos interagem, comunicam-se e sincronizam-se. Seus estados podem ser:

  • Executando: em uso da CPU.
  • Pronto: apto a executar, aguardando a vez.

  • Bloqueado: aguardando evento externo.

  • Exemplo: leitura em disco, entrada de usuário, dependência de outro processo.

Transições típicas:

  1. Executando → Bloqueado (aguarda evento).
  2. Executando → Pronto (usou tempo máximo).
  3. Pronto → Executando (escalonado).
  4. Bloqueado → Pronto (evento chegou).

Classificação Bound:

  • CPU-bound: usam mais tempo de CPU.
  • I/O-bound: ficam mais tempo bloqueados esperando E/S.

7. Implementação de Processos

7.1 Tabela de Processos

  • Contém informações essenciais sobre cada processo.
  • Cada processo tem um identificador (PID).
  • Campos incluem gerenciamento de memória, arquivos abertos, registradores.

  • Troca de contexto:

  • Salva os registradores e o estado do processo.

  • Carrega o estado de outro processo.
  • Permite retomar a execução como se não tivesse sido interrompido.

7.2 Tabela de Descritores de Interrupção (IDT)

  • Tabela usada pelo processador para tratar interrupções.
  • O vetor de interrupção é o índice da entrada na IDT.
  • Cada dispositivo tem uma entrada associada.

Passo a passo de uma interrupção de disco:

  1. Processo de usuário está em execução.
  2. Disco gera interrupção (operação concluída).
  3. CPU salva automaticamente o estado do processo (contadores, registradores).
  4. Processador consulta a IDT com o vetor de interrupção.
  5. Carrega a rotina de tratamento correspondente (assembly).
  6. Rotina de tratamento processa a interrupção (ex: lê dados do disco, desbloqueia processos).
  7. Escalonador decide se o processo interrompido retoma ou outro será executado.
  8. Registradores e contador de programa são restaurados → execução continua.

8. Considerações Finais

  • Processos são a unidade fundamental de execução em sistemas operacionais.
  • O gerenciamento de processos envolve criação, execução, término, troca de contexto e escalonamento.
  • A abstração de processos é essencial para permitir concorrência, isolamento e multitarefa.