SOP-EngTel 2018 2
Sistemas Operacionais
- Professor: André D'Amato
- Encontros: Segundas às 15:40 no LabCad e quintas às 13:30 no LabSid.
- Atendimento paralelo: Quarta de 12:00 ás 13:00 horas.
Conteúdo
Unidade 01: Introdução |
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Unidade 01: IntroduçãoVisão geral de funções, responsabilidades e estruturas de um SO
Arquitetura de sistemas operacionais e modelos de programação
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Unidade 02: Processos |
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Unidade 02: ProcessosGerência de tarefas; contextos, processos e threads
Escalonamento de tarefas
Comunicação entre Processos
Coordenação de processos
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Laboratórios
Um Exemplo de Uso "API Padrão POSIX" |
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Um Exemplo de Uso "API Padrão POSIX"
Qual o tamanho limite da memória que você conseguiu alocar?
Em sua opinião NMAP trata-se de uma syscall ou de uma API? Afinal API e syscall são a mesma coisa? Explique. void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
int munmap(void *addr, size_t length);
addr = Valor do início do mapeamento.
length = valor do tamanho da região a ser alocada.
prot = especificações de proteção da região alocada (consultar http://man7.org/linux/man-pages/man2/mmap.2.html).
flags = especificação do escopo e do tipo da região criada (exemplo publica ou privada, se é anônima ou não).
void* meu_malloc(size_t tamanho) {
void* addr = mmap(0, // addr
tamanho, // len
PROT_READ | PROT_WRITE, // prot
MAP_ANON | MAP_PRIVATE, // flags
-1, // filedes
0); // off
*(size_t*)addr = tamanho;
return addr;
}
int meu_free(void* addr) {
return munmap(addr - sizeof(size_t), (size_t) addr);
}
int soma(int *N1, int *N2){
return (*N1+*N2);
}
int main(int argc, char* argv[]) {
int* numero1 = meu_malloc(sizeof(int));
int* numero2 = meu_malloc(sizeof(int));
*numero1 = 10;
*numero2 = 20;
int resultado = soma(numero1, numero2);
printf("\n\n O resultado da soma é %d \n\n",resultado);
meu_free(numero1);
meu_free(numero2);
return 0;
}
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Processos no Linux |
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Processos no Linux
// ex1: fork/wait básico
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.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$
// 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$
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$
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.
O status passado como parâmetro à função wait(&status) é, na verdade, o mecanismo de retorno de resultado do wait/waitpid. Ao retornar, esta variável contém informações sobre o resultado da execução do processo filho. Por exemplo, se um processo terminou normalmente (i.e., chamou exit), o comando WIFEXITED(status) retorna true. Este comando retorna false se o processo foi abortado (e.g., segmentation fault) ou morto (e.g., kill). Investigue no manual do wait no Linux (man wait) o funcionamento do comando WEXITSTATUS(status), e use-o para modificar o exercício anterior para calcular o 5!, sendo que cada processo pode executar apenas uma multiplicação.
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Threads de aplicação |
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Threads de aplicaçãoEntregar um relatório impresso sobre a sua solução para o problema descrito. O relatório deve conter as seguintes seções:
Busque mais informações sobre estas funções utilizando o programa manpage do Linux (ex.: man getcontext). Estude o código no arquivo pingpong.c abaixo e explique seu funcionamento. #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <ucontext.h>
#define STACKSIZE 32768 /* tamanho de pilha das threads */
/* VARIÁVEIS GLOBAIS */
ucontext_t cPing, cPong, cMain;
/* Funções-comportamento das Tarefas */
void f_ping(void * arg) {
int i;
printf("%s iniciada\n", (char *) arg);
for (i=0; i<4; i++) {
printf("%s %d\n", (char *) arg, i);
swapcontext(&cPing, &cPong);
}
printf("%s FIM\n", (char *) arg);
swapcontext(&cPing, &cMain);
}
void f_pong(void * arg) {
int i;
printf("%s iniciada\n", (char *) arg);
for (i=0; i<4; i++) {
printf("%s %d\n", (char *) arg, i);
swapcontext(&cPong, &cPing);
}
printf("%s FIM\n", (char *) arg);
swapcontext(&cPong, &cMain);
}
/* MAIN */
int main(int argc, char *argv[]) {
char *stack;
printf ("Main INICIO\n");
getcontext(&cPing);
stack = malloc(STACKSIZE);
if(stack) {
cPing.uc_stack.ss_sp = stack ;
cPing.uc_stack.ss_size = STACKSIZE;
cPing.uc_stack.ss_flags = 0;
cPing.uc_link = 0;
}
else {
perror("Erro na criação da pilha: ");
exit(1);
}
makecontext(&cPing, (void*)(*f_ping), 1, "\tPing");
getcontext(&cPong);
stack = malloc(STACKSIZE);
if(stack) {
cPong.uc_stack.ss_sp = stack ;
cPong.uc_stack.ss_size = STACKSIZE;
cPong.uc_stack.ss_flags = 0;
cPong.uc_link = 0;
}
else {
perror("Erro na criação da pilha: ");
exit(1);
}
makecontext (&cPong, (void*)(*f_pong), 1, "\tPong");
swapcontext(&cMain, &cPing);
swapcontext(&cMain, &cPong);
printf("Main FIM\n");
exit(0);
}
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Exercícios sobre pipe e memória compartilhada | ||||
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PIPE e SH_MEMORY
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
int fd[2], pipe_ret, filho;
char string[] = "Hello, pipe!\n";
char buffer[20];
pipe(fd);
if((filho = fork()) == -1)
{
perror("fork");
exit(1);
}
if(filho == 0)
{
/*Mandar string para a extremidade do pipe*/
exit(0);
}
else
{
/*Ler a mensagem no pipe*/
printf("Recebi este texto %s", buffer);
}
return(0);
}
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Exercício (Algoritmo de Peterson) |
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Exercício (Algoritmo de Peterson)Exercício 1: Sincronize o código a seguir, de maneira que o processo pai imprima apenas os números impares e o processo filho os números pares. Para isso utilize o algoritmo de Peterson visto em aula. Utilize memória compartilhada para comunicação entre os processos. #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
main()
{
if (fork() != 0) { /* I am the parent */
int i;
for(i = 0;i < 10;i=i+2){
printf("Processo pai %d \n", i);
}
}
else { /*Child code */
int i;
for(i = 1;i < 10;i=i+2){
printf("Processo filho %d \n", i);
}
}
exit(0);
}
Explique seu raciocínio. |
Exercício (Semáforos) |
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Exercício (Semáforos)Exercício 1: Sincronize o código a seguir, de maneira que o processo pai imprima apenas os números impares e o processo filho os números pares. Para isso utilize Semáforos de acordo com a implementação em semaforo.h. Utilize memória compartilhada para comunicação entre os processos. #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
main()
{
if (fork() != 0) { /* I am the parent */
int i;
for(i = 0;i < 10;i=i+2){
printf("Processo pai %d \n", i);
sleep(1);
}
}
else { /*Child code */
int i;
for(i = 1;i < 10;i=i+2){
printf("Processo filho %d \n", i);
}
}
exit(0);
}
SEMAFORO.H
#include <sys/sem.h>
int criar_semaforo(int val, int chave)
{
int semid ;
union semun {
int val;
struct semid_ds *buf ;
ushort array[1];
} arg_ctl ;
key_t ft = ftok("/tmp", chave);
semid = semget(ft,1,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);
if (semid == -1) {
semid = semget(ft,1,0666);
if (semid == -1) {
perror("Erro semget()");
exit(1) ;
}
}
arg_ctl.val = val; //valor de início
if (semctl(semid,0,SETVAL,arg_ctl) == -1) {
perror("Erro inicializacao semaforo");
exit(1);
}
return(semid) ;
}
void P(int semid){
struct sembuf *sops = malloc(10*sizeof(int));
sops->sem_num = 0;
sops->sem_op = -1;
sops->sem_flg = 0;
semop(semid, sops, 1);
free(sops);
}
void V(int semid){
struct sembuf *sops = malloc(10*sizeof(int));
sops->sem_num = 0;
sops->sem_op = 1;
sops->sem_flg = 0;
semop(semid, sops, 1);
free(sops);
}
void sem_delete(int semid)
{
if (semctl(semid,0,IPC_RMID,0) == -1)
perror("Erro na destruicao do semaforo");
}
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Programação concorrente |
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Programação concorrente
A API POSIX disponibiliza uma biblioteca de threads chamada pthread. As threads são implementadas pela estrutura pthread_t, e manipuladas pelas funções (acesse as man-pages das chamadas para maiores detalhes):
Para utilizar estas funções é necessário linkar o programa à libpthread (-lpthread). A classe C++ abaixo abstrai estas operações: #ifndef __thread_h
#define __thread_h
#include <pthread.h>
#include <signal.h>
class Thread
{
public:
Thread(int ( * const entry)(int), int arg) {
if(pthread_create(&thread, 0, (void*(*)(void*))entry, (void *)arg))
thread = 0;
}
~Thread() {}
int join(int * status) { return pthread_join(thread, (void **)status); }
friend void exit(int status = 0) { pthread_exit((void *) status); }
private:
pthread_t thread;
};
#endif
A biblioteca pthread implementa um tipo pthread_mutex_t, que garante a exclusão mútua entre threads. Estes mutex são manipulados através das funções (acesse as man-pages das chamadas para maiores detalhes):
#ifndef __mutex_h
#define __mutex_h
#include <pthread.h>
class Mutex
{
public:
Mutex() {}
~Mutex() {}
void lock() { pthread_mutex_lock(&mut); }
bool try_lock() { return (pthread_mutex_trylock(&mut) == 0); } // true when succeeds.
void unlock() { pthread_mutex_unlock(&mut); }
private:
pthread_mutex_t mut;
};
#endif
Nos sistemas POSIX, semáforos são implementados pelo tipo sem_t e manipulado através das funções (acesse as man-pages das chamadas para maiores detalhes):
Para utilizar estas funções é necessário linkar o programa à librt ou à libpthread (-lrt ou -lpthread). A classe C++ abaixo abstrai estas operações:
#ifndef __semaphore_h
#define __semaphore_h
#include <semaphore.h>
class Semaphore
{
public:
Semaphore(int i = 1) { sem_init(&sem, 0, i); }
~Semaphore() { sem_destroy(&sem); }
void p() { sem_wait(&sem); }
void v() { sem_post(&sem); }
operator int()
{
int ret;
sem_getvalue(&sem, &ret);
return ret;
}
private:
sem_t sem;
};
#endif
Exemplo de uso do operator: Semaphore sem;
cout << (int)sem << endl;
O programa abaixo cria 5 threads, e cada uma destas threads atualiza uma variável global (memória compartilhada). #include <iostream>
#include "thread.h"
#define NUM_THREADS 5
using namespace std;
int saldo = 1000;
int AtualizaSaldo(int n)
{
int meu_saldo = saldo;
int novo_saldo = meu_saldo + n*100;
cout << "Novo saldo = " << novo_saldo << endl;
saldo = novo_saldo;
}
int main()
{
Thread * threads[NUM_THREADS];
for(int t = 0; t < NUM_THREADS; t++)
threads[t] = new Thread(&AtualizaSaldo, t+1);
cout << "Saldo final é " << saldo << "." << endl;
}
O programa abaixo manipula uma matriz de tamanho MxN (veja os defines para o tamanho da matriz). A função SumValues soma todos os valores em uma linha da matriz. A linha a ser somada é identificada pela variável i. Modifique o programa principal (main) nos locais indicados para:
#include <iostream>
#include "thread.h"
/* number of matrix columns and rows */
#define M 5
#define N 10
using namespace std;
int matrix[N][M];
Thread *threads[N];
/* thread function; it sums the values of the matrix in the row */
int SumValues(int i)
{
int n = i; /* number of row */
int total = 0; /* the total of the values in the row */
int j;
for (j = 0; j < M; j++) /* sum values in the "n" row */
total += matrix[n][j];
cout << "The total in row" << n << " is " << total << "." << endl;
/* terminate a thread and return a total in the row */
exit(total);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int i, j;
int total = 0; /* the total of the values in the matrix */
/* initialize the matrix */
for (i = 0; i < N; i++)
for (j = 0; j < M; j++)
matrix[i][j] = i * M + j;
/* create threads */
/* COLOQUE SEU CÓDIGO PARA CRIAR AS THREADS AQUI! */
/* wait for terminate a threads */
/* COLOQUE SEU CÓDIGO PARA PEGAR O SOMATÓRIO DE LINHAS E TOTALIZAR A SOMA DA MATRIZ AQUI! */
cout << "The total values in the matrix is " << total << endl;
return 0;
}
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Lista de exercícios "Revisão para Prova" |
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Lista de exercícios/Revisão para ProvaA lista de exercícios referente a primeira prova (Parte introdutória + Processos) segue neste LINK | Lista de exercícios. |