Mudanças entre as edições de "SOP29005-2014-2"
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* Apresentação sobre histórico visão geral e estruturas básicas de um SO [[https://www.dropbox.com/s/66jrop53wj0z40n/SOP29005-parte1.pdf slides]] | * Apresentação sobre histórico visão geral e estruturas básicas de um SO [[https://www.dropbox.com/s/66jrop53wj0z40n/SOP29005-parte1.pdf slides]] | ||
* Capítulo 2 do livro do Silberschatz | * Capítulo 2 do livro do Silberschatz | ||
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+ | * Apresentação sobre Gerenciamento de Processos. [[https://www.dropbox.com/s/g8wn4iq6w9xdnwu/SOP29005-parte2.pdf slides]] | ||
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+ | == 14/08: Atividades em laboratório: API POSIX – fork/wait == | ||
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+ | === Roteiro de exercícios: gerenciamento de processos === | ||
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+ | ==== Syscall FORK==== | ||
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+ | * Em um terminal, execute "man fork" | ||
+ | ** A função da API POSIX '''fork()''' aciona uma chamada de sistema (system call - syscall) que cria um novo processo duplicando o processo que realiza a chamada. O novo processo, chamado de filho, é uma cópia exata do processo criador, chamado de pai, exceto por alguns detalhes listados na manpage. O principal destes detalhes para nós agora é o fato de terem '''PIDs diferentes'''. | ||
+ | ** O '''código''' dos dois processos (pai e filho) são '''idênticos'''; | ||
+ | ** Os '''dados''' dos dois processos (pai e filho) são '''idênticos NO MOMENTO DA CRIAÇÃO'''; | ||
+ | ** Execução do processo filho inicia na próxima instrução do programa (no retorno da chamada FORK); | ||
+ | ** Não é possível saber qual dos processos (pai ou filho) retormará a execução primeiro - isto fica a cargo do excalonador do SO; | ||
+ | ** Valores de retorno da chamada FORK: | ||
+ | *** (-1): erro na criação do processo (ex.: memória insuficiente); | ||
+ | *** (0): em caso de sucesso, este é o valor de retorno recebido pelo processo filho; | ||
+ | *** (>0): em caso de sucesso, este é o valor de retorno recebido pelo processo pai; | ||
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+ | ==== Syscall JOIN==== | ||
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+ | * A syscall JOIN é implementada no POSIX pelo função '''wait()'''. Execute "man wait". | ||
+ | ** Além da função '''wait()''', há também '''waitpid()''' e '''waitid()'''; | ||
+ | ** Todas estas syscalls são utilizadas para aguardar por mudanças no estado de um processo filho e obter informações sobre o processo filho cujo estado tenha mudado. São consideradas mudanças de estado: o filho terminou; o filho foi finalizado por um sinal (ex.: kill); o filho foi retomado por um sinal (ex.: alarme); | ||
+ | ** A chamada wait também libera os recursos do processo filho que termina; | ||
+ | ** '1'wait()'1': esta função suspende a execução do processo chamador até que UM DOS SEUS FILHOS finalize; | ||
+ | ** '''waitpid()''': suspende a execução do processo chamador até que UM FILHO ESPECÍFICO finalize; | ||
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+ | ==== Exemplos POSIX utilizando fork/wait ==== | ||
+ | |||
+ | *Exemplo 1: fork/wait básico | ||
+ | <syntaxhighlight lang=c> | ||
+ | // ex1: fork/wait básico | ||
+ | #include <sys/types.h> | ||
+ | #include <stdlib.h> | ||
+ | #include <stdio.h> | ||
+ | |||
+ | int main() | ||
+ | { | ||
+ | int pid, status; | ||
+ | pid = fork(); | ||
+ | |||
+ | if(pid == -1) // fork falhou | ||
+ | { | ||
+ | perror("fork falhou!"); | ||
+ | exit(-1); | ||
+ | } | ||
+ | else if(pid == 0) // Este é o processo filho | ||
+ | { | ||
+ | printf("processo filho\t pid: %d\t pid pai: %d\n", getpid(), getppid()); | ||
+ | exit(0); | ||
+ | } | ||
+ | else // Este é o processo pai | ||
+ | { | ||
+ | wait(&status); | ||
+ | printf("processo pai\t pid: %d\t pid pai: %d\n", getpid(), getppid()); | ||
+ | exit(0); | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | </syntaxhighlight> | ||
+ | |||
+ | <syntaxhighlight lang=bash> | ||
+ | arliones@socrates:~/tmp$ gcc ex1.c -o ex1 | ||
+ | arliones@socrates:~/tmp$ ./ex1 | ||
+ | processo filho pid: 27858 pid pai: 27857 | ||
+ | processo pai pid: 27857 pid pai: 5337 | ||
+ | arliones@socrates:~/tmp$ | ||
+ | </syntaxhighlight> | ||
+ | |||
+ | * Exemplo 2: processos pai e filho compartilham código, mas não dados. | ||
+ | <syntaxhighlight lang=c> | ||
+ | // ex2: fork/wait "compartilhando" dados | ||
+ | #include <sys/types.h> | ||
+ | #include <stdlib.h> | ||
+ | #include <stdio.h> | ||
+ | |||
+ | int main() | ||
+ | { | ||
+ | int pid, status, k=0; | ||
+ | printf("processo %d\t antes do fork\n", getpid()); | ||
+ | pid = fork(); | ||
+ | printf("processo %d\t depois do fork\n", getpid()); | ||
+ | |||
+ | if(pid == -1) // fork falhou | ||
+ | { | ||
+ | perror("fork falhou!"); | ||
+ | exit(-1); | ||
+ | } | ||
+ | else if(pid == 0) // Este é o processo filho | ||
+ | { | ||
+ | k += 1000; | ||
+ | printf("processo filho\t pid: %d\t K: %d\n", getpid(), k); | ||
+ | exit(0); | ||
+ | } | ||
+ | else // Este é o processo pai | ||
+ | { | ||
+ | wait(&status); | ||
+ | k += 10; | ||
+ | printf("processo pai\t pid: %d\t K: %d\n", getpid(), k); | ||
+ | exit(0); | ||
+ | } | ||
+ | k += 10; | ||
+ | printf("processo %d\t K: %d\n", getpid(), k); | ||
+ | exit(0); | ||
+ | } | ||
+ | </syntaxhighlight> | ||
+ | |||
+ | <syntaxhighlight lang=bash> | ||
+ | arliones@socrates:~/tmp$ gcc ex2.c -o ex2 | ||
+ | arliones@socrates:~/tmp$ ./ex2 | ||
+ | processo 18425 antes do fork | ||
+ | processo 18425 depois do fork | ||
+ | processo 18426 depois do fork | ||
+ | processo filho pid: 18426 K: 1000 | ||
+ | processo pai pid: 18425 K: 10 | ||
+ | arliones@socrates:~/tmp$ | ||
+ | </syntaxhighlight> | ||
+ | |||
+ | * Modificação no código: comentar linhas 22 e 29 | ||
+ | |||
+ | <syntaxhighlight lang=bash> | ||
+ | arliones@socrates:~/tmp$ gcc ex2.c -o ex2 | ||
+ | arliones@socrates:~/tmp$ ./ex2 | ||
+ | processo 32342 antes do fork | ||
+ | processo 32342 depois do fork | ||
+ | processo 32343 depois do fork | ||
+ | processo filho pid: 32343 K: 1000 | ||
+ | processo 32343 K: 1010 | ||
+ | processo pai pid: 32342 K: 10 | ||
+ | processo 32342 K: 20 | ||
+ | arliones@socrates:~/tmp$ | ||
+ | </syntaxhighlight> | ||
+ | |||
+ | * Analise os resultados e busque entender a diferença. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ==== Exercício fork/wait ==== | ||
+ | |||
+ | Excrever um programa C que cria uma árvore de 3 processos, onde o processo A faz um ''fork()'' criando um processo B, o processo B, por sua vez, faz um ''fork()'' criando um processo C. Cada processo deve exibir uma mensagem "Eu sou o processo XXX, filho de YYY", onde XXX e YYY são PIDs de processos. Utilizar ''wait()'' para garantir que o processo C imprima sua resposta antes do B, e que o processo B imprima sua resposta antes do A. Utilizar ''sleep()'' (man 3 sleep) para haver um intervalo de 1 segundo entre cada mensagem impressa. |
Edição das 15h26min de 14 de agosto de 2014
EngTel: Sistemas Operacionais - 2014-2
- Professor: Arliones Hoeller
- Turma: 29005
- Encontros: quartas e quintas das 15:40 às 17:30
- Atendimento paralelo: quintas das 9:40 às 10:35 e das 14:25 às 15:20
- Grupo de discussão
- Web: https://www.facebook.com/groups/sop29005.ifsc.2014.2/
- Email: sop29005.ifsc.2014.2@groups.facebook.com
- Outros cursos de sistemas operacionais nos quais este curso se baseia:
Plano de ensino
Cronograma de Atividades
Diário de Aulas
31/07: Apresentação da Disciplina. Visão geral de funções, responsabilidades e estruturas de um SO
- Revolution OS: documentário sobre Linux
- Apresentação sobre histórico visão geral e estruturas básicas de um SO [slides]
- Capítulo 1 do livro do Silberschatz
06/08: Laboratório: Linux e GCC/G++
- Referência sobre C++: http://www.cplusplus.com/
- Livros sobre C++:
- Tutorial C++
- Exercício-exemplo feito em aula. [código-fonte]
Herança
Classes em C++ podem ser estendidas, criando novas classes que retêm as característica da classe-base. Este processo, conhecido como herança, envolve uma classe-base e uma classe derivada: a classe derivada herda os membros da classe-base, sobre os quais ela pode adicionar seus próprios membros.
Por exemplo, imaginemos uma série de classes para descrever dois tipos de polígonos: retângulos e triângulos. Estes dois polígonos têm certas propriedades em comum, como os valores necessários para calcular suas áreas: ambos podem ser descritos simplificadamente com uma altura e uma largura. (ou base).
Isto pode ser representado no formato de classes como uma classe Polygon (polígono) da qual podemos derivar duas outras classes: Rectangle e Triangle:
A classe Polygon poderia conter membros comuns a ambos os tipos de polígonos. Em nosso caso: largura e altura (width e height). E as classes Rectangle e Triangle poderiam ser as classes derivadas, com características específicas que diferenciam um tipo de polígono de outro.
Classes que são derivadas de outras herdam todos os membros acessíveis da classe-base. Isto significa que se a classe-base inclui um membro A e nós derivamos uma classe dela, e esta nova classe possui um membro B, a classe derivada conterá ambos os membros A e B.
No C++, a relação de herança de duas classes é declarada na classe derivada. A definição de classes derivadas usa a seguinte sintaxe:
class classe_derivada : public classe_base
{ /*...*/ };
O código acima define uma classe com nome classe_derivada, que herda publicamente a classe com nome classe_base. A palavra reservada public pode ser substituído por protected ou private, dependendo do tipo de herança desejado. Este delimitador de acesso limita o nível de acesso aos membros herdados da classe-base: os membros com um nível de acesso mais acessível são herdados com o nível declarado na herança, enquanto os membros com níveis de acesso iguais ou mais restritivos mantém, na classe derivada, os níveis de restrição declarados na classe-base.
#include <iostream>
using namespace std;
class Polygon {
protected:
int width, height;
public:
virtual int area() = 0;
void set_values (int a, int b)
{ width=a; height=b;}
};
class Rectangle: public Polygon {
public:
int area ()
{ return width * height; }
};
class Triangle: public Polygon {
public:
int area ()
{ return width * height / 2; }
};
int main () {
Rectangle rect;
Triangle trgl;
rect.set_values (4,5);
trgl.set_values (4,5);
cout << rect.area() << '\n';
cout << trgl.area() << '\n';
return 0;
}
- Experimento 1: compile e execute o exemplo acima.
- Experimento 2: substitua, no exemplo acima, uma herança pública por herança protegida ou privada e verifique o que acontece.
- Leitura extra - Polimorfismo: http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/polymorphism/
Espaços de nomes
Espaços de nome, ou namespaces, permite agrupar entidades como classes, objetos e funções sob um mesmo nome. Deste modo o escopo global pode ser dividido em "sub-escopos", cada um com seu próprio nome.
A sintaxe para uso de um namespace em C++ é dada abaixo, onde identifier é o nome do sob o qual as entidades serão declaradas e, no local do comentário, seria registrado o conjunto de classes, objetos e funções incluídos no namespace:
namespace identifier
{
/* entities... */
}
Por exemplo, o código abaixo as variáveis a e b são inteiros normais declarados dentro do namespace myNamespace.
namespace myNamespace
{
int a, b;
}
Estas variáveis podem ser acessadas normalmente por classes ou funções declaradas dentro do mesmo namespace. Para serem acessadas de fora do namespace, contudo, elas precisam ser adequadamente qualificadas utilizando o operador de escopo (::). Por exemplo, para utilizar as variáveis acima de fora do myNamespace, elas devem ser qualificadas como:
myNamespace::a
myNamespace::b
Espaços de nomes podem ser bastante úteis para evitar colisão de identificadores:
// namespaces
#include <iostream>
using namespace std;
namespace foo
{
int value() { return 5; }
}
namespace bar
{
const double pi = 3.1416;
double value() { return 2*pi; }
}
int main () {
cout << foo::value() << '\n';
cout << bar::value() << '\n';
cout << bar::pi << '\n';
return 0;
}
- Experimento 1: compile, execute, e entenda o código do exemplo acima.
- Experimento 2: crie, dentro do namespace bar, uma função que acesse a função value do namespace foo.
- Leitura extra - Visibilidade de nomes em C++: http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/namespaces/
Criando bibliotecas
Uma biblioteca é uma coleção de objetos, assim como uma biblioteca tradicional é uma coleção de livros. Quando construindo seu programa, você pode utilizar, no gcc, uma ou mais bibliotecas, de modo que o gcc utilizará os objetos nestas bibliotecas para completar seu programa. Por exemplo, todas as funções da biblioteca padrão C (como printf e exit) estão em uma biblioteca C, geralmente na pasta lib/libc.a da sua instalação GCC. Quando você faz a ligação do seu programa, o GCC adiciona ao binário os objetos da biblioteca C necessários, baseando-se nas chamadas de funções do seu programa. Importante perceber que apenas as funções/objetos utilizados são ligados ao programa, não gerando desperdício de tempo e espaço.
Para fazer usa própria biblioteca, você precisa, primeiro, compilar cada um dos arquivos-fonte, gerando um conjunto de arquivos-objeto. Aqui utilizaremos, como exemplo, o código do exercício-exemplo da aula anterior.
g++ -c pessoa.cc
g++ -c aluno.cc
A seguir, você utilizará o comando ar para criar uma biblioteca contendo os arquivos-objeto criados.
ar rvs mylib.a pessoa.o aluno.o
Cada uma das letras em rvs especifica um parâmetro para o ar. r significa substituir objetos com mesmo nome na biblioteca pelos novos passados pela linha de comando. Como a biblioteca está inicialmente vazia, isto significa o mesmo que adicionar novos objetos à biblioteca. Há também opções para extrair e remover objetos da biblioteca. A opção v significa verbose, ou seja, pede que o programa ar imprima na tela as ações sendo tomadas durante sua execução. Finalmente, a opção s diz ao ar para criar uma tabela de símbolos, que é um recurso extra que o GCC precisa para utilizar uma biblioteca.
Para utilizar a biblioteca, simplesmente adicione ela ao comando de ligação do gcc como se fosse outro objeto:
g++ main.cc mylib.a -o main
É importante listar as bibliotecas na ordem correta. Durante a ligação, o GCC "puxa" apenas os objetos que sabe necessitar até o momento. Isto que dizer que primeiro é necessário alimentar ao GCC os arquivos-objeto que dependem de uma biblioteca (no exemplo, o main.cc), e por fim as bibliotecas que completam esta dependência.
- Experimento 1: pegue o código-fonte da aula anterior e gere a biblioteca mylib.a utilizando os comandos acima.
- Experimento 2: modifique o arquivo makefile da aula anterior para trabalhar com a biblioteca.
- Experimento 3: modifique a assinatura de algum método das classes Pessoa ou Aluno e verifique o que acontece.
- Leitura extra - uso da C++ Standard Template Library: http://www.yolinux.com/TUTORIALS/LinuxTutorialC++STL.html
07/08: Arquitetura de sistemas operacionais e modelos de programação
- Apresentação sobre histórico visão geral e estruturas básicas de um SO [slides]
- Capítulo 2 do livro do Silberschatz
13/08: Gerência de tarefas; contextos, processos e threads
- Apresentação sobre Gerenciamento de Processos. [slides]
14/08: Atividades em laboratório: API POSIX – fork/wait
Roteiro de exercícios: gerenciamento de processos
Syscall FORK
- Em um terminal, execute "man fork"
- A função da API POSIX fork() aciona uma chamada de sistema (system call - syscall) que cria um novo processo duplicando o processo que realiza a chamada. O novo processo, chamado de filho, é uma cópia exata do processo criador, chamado de pai, exceto por alguns detalhes listados na manpage. O principal destes detalhes para nós agora é o fato de terem PIDs diferentes.
- O código dos dois processos (pai e filho) são idênticos;
- Os dados dos dois processos (pai e filho) são idênticos NO MOMENTO DA CRIAÇÃO;
- Execução do processo filho inicia na próxima instrução do programa (no retorno da chamada FORK);
- Não é possível saber qual dos processos (pai ou filho) retormará a execução primeiro - isto fica a cargo do excalonador do SO;
- Valores de retorno da chamada FORK:
- (-1): erro na criação do processo (ex.: memória insuficiente);
- (0): em caso de sucesso, este é o valor de retorno recebido pelo processo filho;
- (>0): em caso de sucesso, este é o valor de retorno recebido pelo processo pai;
Syscall JOIN
- A syscall JOIN é implementada no POSIX pelo função wait(). Execute "man wait".
- Além da função wait(), há também waitpid() e waitid();
- Todas estas syscalls são utilizadas para aguardar por mudanças no estado de um processo filho e obter informações sobre o processo filho cujo estado tenha mudado. São consideradas mudanças de estado: o filho terminou; o filho foi finalizado por um sinal (ex.: kill); o filho foi retomado por um sinal (ex.: alarme);
- A chamada wait também libera os recursos do processo filho que termina;
- '1'wait()'1': esta função suspende a execução do processo chamador até que UM DOS SEUS FILHOS finalize;
- waitpid(): suspende a execução do processo chamador até que UM FILHO ESPECÍFICO finalize;
Exemplos POSIX utilizando fork/wait
- Exemplo 1: fork/wait básico
// ex1: fork/wait básico
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
int pid, status;
pid = fork();
if(pid == -1) // fork falhou
{
perror("fork falhou!");
exit(-1);
}
else if(pid == 0) // Este é o processo filho
{
printf("processo filho\t pid: %d\t pid pai: %d\n", getpid(), getppid());
exit(0);
}
else // Este é o processo pai
{
wait(&status);
printf("processo pai\t pid: %d\t pid pai: %d\n", getpid(), getppid());
exit(0);
}
}
arliones@socrates:~/tmp$ gcc ex1.c -o ex1
arliones@socrates:~/tmp$ ./ex1
processo filho pid: 27858 pid pai: 27857
processo pai pid: 27857 pid pai: 5337
arliones@socrates:~/tmp$
- Exemplo 2: processos pai e filho compartilham código, mas não dados.
// ex2: fork/wait "compartilhando" dados
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
int pid, status, k=0;
printf("processo %d\t antes do fork\n", getpid());
pid = fork();
printf("processo %d\t depois do fork\n", getpid());
if(pid == -1) // fork falhou
{
perror("fork falhou!");
exit(-1);
}
else if(pid == 0) // Este é o processo filho
{
k += 1000;
printf("processo filho\t pid: %d\t K: %d\n", getpid(), k);
exit(0);
}
else // Este é o processo pai
{
wait(&status);
k += 10;
printf("processo pai\t pid: %d\t K: %d\n", getpid(), k);
exit(0);
}
k += 10;
printf("processo %d\t K: %d\n", getpid(), k);
exit(0);
}
arliones@socrates:~/tmp$ gcc ex2.c -o ex2
arliones@socrates:~/tmp$ ./ex2
processo 18425 antes do fork
processo 18425 depois do fork
processo 18426 depois do fork
processo filho pid: 18426 K: 1000
processo pai pid: 18425 K: 10
arliones@socrates:~/tmp$
- Modificação no código: comentar linhas 22 e 29
arliones@socrates:~/tmp$ gcc ex2.c -o ex2
arliones@socrates:~/tmp$ ./ex2
processo 32342 antes do fork
processo 32342 depois do fork
processo 32343 depois do fork
processo filho pid: 32343 K: 1000
processo 32343 K: 1010
processo pai pid: 32342 K: 10
processo 32342 K: 20
arliones@socrates:~/tmp$
- Analise os resultados e busque entender a diferença.
Exercício fork/wait
Excrever um programa C que cria uma árvore de 3 processos, onde o processo A faz um fork() criando um processo B, o processo B, por sua vez, faz um fork() criando um processo C. Cada processo deve exibir uma mensagem "Eu sou o processo XXX, filho de YYY", onde XXX e YYY são PIDs de processos. Utilizar wait() para garantir que o processo C imprima sua resposta antes do B, e que o processo B imprima sua resposta antes do A. Utilizar sleep() (man 3 sleep) para haver um intervalo de 1 segundo entre cada mensagem impressa.