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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE CAMPINAS Fundamentos de Sistemas Operacionais Prof. Isaías Bittencourt Felzmann __________________________________________________________________...

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE CAMPINAS Fundamentos de Sistemas Operacionais Prof. Isaías Bittencourt Felzmann ____________________________________________________________________________ Exercícios de Revisão 1 Introdução 1) Cite quais são as principais funções de um Sistema Operacional. 2) Uma Chamada de Sistema é um dos pontos de entrada para que o Sistema Operacional atenda a uma requisição da aplicação de usuário. Explique o papel de uma Troca de Contexto para possibilitar isso. 3) Dê exemplos de atividades que podem ser executadas em modo de execução de usuário ou devem ser executadas em modo núcleo (modo kernel ou modo máquina). O que há de diferente entre os dois modos que determinadas atividades podem estar em um, enquanto outras devem estar em outro? 4) Um sistema tem uma CPU com apenas um core. Nesse sistema, queremos executar três processos, P0, P1 e P2, com tempos de execução em modo usuário de 5 ms, 10 ms e 20 ms. Na média, cada processo executa uma chamada de sistema a cada 1 ms. O escalonador do Sistema Operacional atua a cada 10 μs. O tempo médio de uma troca de contexto é de 1 μs. O tempo de tratamento de uma chamada de sistema específica é desprezível. Quanto é o tempo relógio total para execução dos três processos nesse sistema? Mostre como você chegou até a resposta. Processos e Threads 5) Um processo é uma abstração interna do Sistema Operacional que encapsula diversas informações sobre um programa em execução. Dê exemplos de informações que o Sistema Operacional guarda sobre cada processo em execução. 6) Quando um processo é dividido em várias threads, algumas das informações armazenadas sobre o processo são compartilhadas entre todas as threads, e outras são replicadas e armazenadas para cada uma das threads do processo. Dê exemplos de informações para os dois casos. 7) Um shell é uma aplicação de modo usuário utilizada para iniciar a execução, interativamente, de outros programas conforme solicitado pelo usuário. Para isso, o shell cria um novo processo e executa o novo programa dentro dele. Utilizando as chamadas de sistema e os padrões de chamada Linux estudados em aula, esboce um código em C para fazer a tarefa do shell de iniciar um novo programa. Você pode assumir que existe uma função de biblioteca GetPgmInfo() que devolve todas as informações necessárias sobre o programa solicitado pelo usuário já no formato necessário exigido pela chamada de sistema adequada. 8) Seria viável e aconselhável implementar a aplicação do shell, do exercício anterior, utilizando criação de novas threads ao invés de novos processos? Por quê? 9) Um processo com PID=2600 cria um novo processo utilizando o código a seguir. O processo criado recebeu, do Sistema Operacional, o PID=2603. Suponha que exista uma função getpid() que devolve o valor do PID do processo que a chamou. Dê duas possíveis saídas impressas no terminal para a execução do programa. 1  #include #include #include int main(){ pid_t pid, pid1; pid = fork(); if (pid < 0){ printf(“Fork Failed\n”); return 1; } else if (pid == 0) { pid1 = getpid(); printf("child: pid = %d\n", pid); printf("child: pid1 = %d\n", pid1); } else { pid1 = getpid(); printf("parent: pid = %d\n", pid); printf("parent: pid1 = %d\n", pid1); wait(NULL); } return 0; } 10) Analisando o código abaixo, o que você pode afirmar sobre o número de vezes que a mensagem “Hello world!” será escrita na tela, de acordo com o valor de N? #include #include int main() { int i; for (i = 0; i < N; i++) { fork(); } printf("Hello world!\n"); return 0; } Escalonamento de Processos 11) Explique a diferença de escalonamento preemptivo e não-preemptivo. 12) Suponha que os processos da tabela a seguir cheguem para execução nos tempos indicados. Cada processo executará pelo tempo da sua duração de pico. 2  Processo Tempo de chegada Duração do pico P1 0 8 P2 3 4 P3 10 1 (a) Desenhe um esquema do escalonamento desses processos considerando escalonamento FCFS (first come, first served). Qual é o tempo médio de espera para os três processos? (b) Desenhe um esquema do escalonamento desses processos considerando escalonamento SRTF (shortest remaining time first, versão preemptiva de shortest job first). Qual é o tempo médio de espera para os três processos? (c) Desenhe um esquema do escalonamento desses processos considerando escalonamento RR (round robin) com quantum de 2 unidades de tempo, em que todos os três processos têm o mesmo nível de prioridade. Sincronização de Processos 13) Explique o conceito de condição de corrida e como ele se relaciona com o conceito de seção crítica. 14) Quais são as três características de uma solução do problema da seção crítica, e o que elas significam? 15) Um programa qualquer precisa gerar um arquivo de log relatando todas as operações que foram feitas. O nome e caminho desse arquivo de log está escrito diretamente no código da aplicação e é sempre o mesmo, não importando quantas vezes o usuário executa o programa. Para criar uma mensagem de log, o programa utiliza uma função void log(char* msg). Suponha que exista uma segunda função void writeToLogFile(char* msg) que abre o arquivo de log em modo de escrita, escreve a mensagem msg e fecha o arquivo, apenas. Suponha, também, que o Sistema Operacional permite que vários processos separados mantenham um mesmo arquivo aberto ao mesmo tempo, sem nenhuma restrição. Esboce o código da função log(...) de modo a garantir que as mensagens sejam escritas de maneira legível para um usuário humano. 16) Em um sistema produtor-consumidor, um processo (ou thread) gera (produz) dados que serão utilizados (consumidos) por outro processo (ou thread) para continuar o processamento da aplicação. Esses dados são armazenados em uma região de memória compartilhada que pode armazenar uma estrutura de dados em fila, por exemplo. Você possui uma biblioteca que armazena uma estrutura de dados em fila em memória compartilhada que expõe as seguintes funções: void enfileira(item* x) Adiciona um elemento no fim da fila. item* desenfileira() Remove um elemento do início da fila. Retorna NULL se a fila estiver vazia. Utilizando as funções da biblioteca acima, esboce trechos de código para os programas produtor e consumidor, de modo de minimizar o tempo de CPU em espera em ação (busy wait) na sua aplicação. Note que o sistema pode ter vários processos produtores e vários consumidores, todos eles executam os mesmos códigos, todos eles operam sobre a mesma fila compartilhada, a produção e o consumo de um dado levam tempos arbitrários e não previsíveis, e nenhum desses fatores deveria influenciar na sua implementação de uma solução. 3  Deadlock 17) Quais são as quatro condições necessárias para que um deadlock aconteça e o que elas significam? 18) Um sistema tem três recursos compartilhados, R1, R2 e R3, cada um com uma instância, e executa três processos, P1, P2 e P3. A tabela a seguir mostra uma sequência de chamadas em que um processo solicita um determinado recurso, na ordem em que essas chamadas devem acontecer. Chamada # Processo Recurso 1 P1 R2 2 P2 R3 3 P2 R2 4 P3 R1 5 P1 R1 6 P3 R3 7 P3 R2 8 P1 R3 (a) Assumindo que o sistema não implemente mecanismo para impedir deadlocks, desenhe o grafo de alocação de recursos para o sistema. O sistema entra em deadlock? Quais das chamadas são efetivamente executadas e atendidas? (b) Assumindo que o sistema implemente mecanismo para impedir deadlocks e que, ao início, todos os processos declaram que podem utilizar todos os recursos, desenhe o grafo de alocação de recursos para o sistema. O sistema entra em deadlock? Quais das chamadas são efetivamente executadas e atendidas? 4