SOP29005-2014-1

EngTel: Sistemas Operacionais - Diário de Aulas 2014-1

Professor: Arliones Hoeller
Turma: 29005
Encontros: terças e sextas às 9:40.
Atendimento paralelo: segundas às 13:30 e quintas às 8:25.
Endereço web do grupo: https://www.facebook.com/groups/sop29005.ifsc.sj/
Endereço de e-mail da disciplina: sop29005.ifsc.sj@groups.facebook.com

Outros cursos de sistemas operacionais nos quais este curso se baseia:

• Sistemas Operacionais - Ciências da Computação UFSC
• Sistemas Operacionais - Engenharia da Computação UTFPR
• Operating Systems Engineering - Computer Science MIT

Cronograma de Trabalhos Práticos

Trabalho	Descrição	Lançamento	Entrega
t0	Biblioteca de filas	21/02/2014	14/03/2014
t1	Troca de contexto	28/02/2014	21/03/2014
t2	Biblioteca de tarefas	28/02/2014	21/03/2014
t3	Despachante de tarefas	17/03/2014	01/04/2014
t4	Escalonamento por prioridade	17/03/2014	01/04/2014
t5	Preempção e compartilhamento de tempo	24/03/2014	08/04/2014
t6	Contabilização de tarefas	24/03/2014	08/04/2014
t0 - t6	Apresentação dos trabalhos	-	08/04/2014
t7	Tarefa main	21/04/2014	13/05/2014
t8	Operador join	21/04/2014	13/05/2014
t9	Chamada sleep	21/04/2014	13/05/2014
tA	Semáforo	28/04/2014	20/05/2014
tB	Uso de semáforos	16/05/2014	06/06/2014
tC	Fila de mensagens	16/05/2014	06/06/2014
t7 - tC	Apresentação dos trabalhos	-	10/06/2014
tD	Gerente de disco (trabalho de recuperação)	13/06/2014	04/07/2014

Diário de Aulas

11/02: Apresentação da disciplina. Histórico, visão geral e estruturas de um SO

• Revolution OS: documentário sobre Linux
• Apresentação sobre histórico visão geral e estruturas básicas de um SO. [slides]

14/02: Finalização do conteúdo anterior e atividades em laboratório: Introdução ao Linux e GCC/G++

• Referência sobre C++: http://www.cplusplus.com/
• Livros sobre C++:
  • The C++ Programming Language (4th Edition)
  • C++ How to Program, Fifth Edition
• Tutorial C++
  • Moving from Java to C++
• Exercício-exemplo feito em aula. [código-fonte]

18/02: Mais sobre desenvolvimento em C++ com Linux – Herança, métodos e atributos estáticos, bibliotecas

Herança

• http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/inheritance/

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:
    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

• http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/namespaces/

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

• http://www.delorie.com/djgpp/doc/ug/larger/archives.html

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

21/02: Finalização do conteúdo anterior e atividades em laboratório

Uso básico do Shell

=> Roteiro do Prof. Maziero: http://dainf.ct.utfpr.edu.br/~maziero/doku.php/unix:shell_basico

t0: Biblioteca de Filas

Uma maneira de descrever um Sistema Operacional, sob o ponto de vista da programação, é definir-lo como um grande gerenciador de filas. São exemplos de filas importantes de um SO as filas de processos prontos a serem executados, processos suspensos, processos dormindo e processos bloqueados em semáforos. Para o trabalho da disciplina implementaremos nossas filas através de uma lista circular duplamente encadeada, cuja estrutura pode ser vista na figura abaixo.

Para recapitular a execução de operações sobre uma lista encadeada, consulte o material de Programação II. Lembre-se, nossa estrutura de dados é uma Fila, ou seja, elementos são inseridos no final e removidos do início.

Neste projeto você deve construir uma pequena biblioteca que ofereça uma classe Queue com métodos de inserção e remoção de elementos genéricos. O código-base da classe, que está nos arquivos Queue.h e Queue.cc. A declaração da classe é apresentada abaixo:

/*
 * Queue.h
 *
 *  Created on: Feb 21, 2014
 *      Author: arliones
 */
 
#ifndef QUEUE_H_
#define QUEUE_H_
 
namespace BOOOS {
 
    class Queue {
    public:
        Queue();
        virtual ~Queue();
 
        class Element {
        public:
            Element() { _prev = 0; _next = 0; }
            virtual ~Element() {}
 
            Element * prev() { return _prev; }
            Element * next() { return _next; }
            void prev(Element * p) { _prev = p; }
            void next(Element * n) { _next = n; }
 
        private:
            Element * _prev;
            Element * _next;
        };
 
        Element * head() { return &_head; }
 
        int length() { return _length; }
 
        void insert(Element * elem);
 
        Element * remove();
 
    private:
        Element _head;
        int _length;
    };
 
}
 
#endif /* QUEUE_H_ */

Esta fila organiza objetos do tipo Element*. A classe Element deve ser estendida para implementar os detalhes da aplicação, como no exemplo do arquivo Queue_Test.cc, apresentado abaixo:

/*
 * Queue_Test.cc
 *
 *  Created on: Feb 21, 2014
 *      Author: arliones
 */
 
#include <iostream>
#include <Queue.h>
 
using namespace std;
using namespace BOOOS;
 
class MyElement : public Queue::Element {
public:
    MyElement(string str) : _name(str) {}
 
    virtual ~MyElement() {}
 
    string & name() { return _name; }
 
private:
    string _name;
};

void print_queue(Queue & q) {
    cout << "Queue length: " << q.length() << endl;

    if(q.length()) {
        MyElement * elem = dynamic_cast<MyElement *>(q.head()->next());
        do {
            cout << elem->name() << endl;
            elem = dynamic_cast<MyElement *>(elem->next());
        } while (elem != q.head()->next());
    }

    cout << "==============================" << endl;
}

int main() {
    cout << "Welcome to BOOOS - Basic Object Oriented Operating System!" << endl;
    cout << "This program will test the class: Queue" << endl;
 
    Queue queue;
 
    MyElement * person1 = new MyElement("João");
    MyElement * person2 = new MyElement("Pedro");
    MyElement * person3 = new MyElement("Augusto");
    MyElement * person4 = new MyElement("Fábio");
 
    queue.insert(person1);
    queue.insert(person2);
    queue.insert(person3);
    queue.insert(person4);
 
    MyElement * removed_person = queue.remove();
    delete removed_person; // Which element was removed?
 
    return 0;
}

É responsabilidade do aluno implementar mais testes além dos que estão no exemplo para garantir o funcionamento da fila. Apenas o arquivo Queue.cc deve ser entregue ao professor, devidamente preenchido (os métodos estão vazios no original).

Um projeto pré-configurado para o Elicpse Kepler também foi disponibilizado aqui. Para utilizar este projeto:

1. Baixe o Eclipse Kepler para C/C++;
2. O eclipse não precisa ser instalado, basta descompactar o arquivo ZIP baixado;
3. Execute o eclipse através do executável "eclipse" na basta descompactada;
4. Baixe o projeto disponibilizado pelo professor;
5. No eclipse, acesse "Arquivo->Importar..." ou "File->Import...";
6. Selecione a opção "Geral->Projetos Existentes para a Área de Trabalho" ou "General->Existing Projects into Workspace" e clique "Next" ou "Próximo";
7. Selecione a opção "Selecionar arquivo compactado" ou "Select archive file", clique em "Buscar..." ou "Browse..." e selecione o arquivo zip do projeto;
8. Verifique se o projeto chamado "booos" está selecionado na lista de "Projetos" ou "Projects";
9. Clique em "Encerrar" ou "Finish", e o projeto deve aparecer no espaço de trabalho.

• Se você está utilizando o Ubuntu 13.10 e encontrou problemas com os menus, crie um script chamado "run_eclipse.sh" na mesma pasta do executável do eclipse com o conteúdo abaixo e execute este script ao invés do executável. Você pode precisar ajustar as permissões do arquivo executando "chmod +x run_eclipse.sh".

#!/bin/bash
UBUNTU_MENUPROXY= ./eclipse &

Resumo do trabalho

• O que é? Classe implementando fila como uma lista circular duplamente encadeada.
• Duração estimada: 4 horas.
• Dependências: Conhecimento básico de C/C++ e de estruturas de dados.
• Entrega: Até 14/03, por email, apenas o arquivo Queue.cc.
• Observação: Este trabalho será base para os demais trabalhos realizados no curso, logo, dediquem-se a esta implementação.

25/02: Gerência de tarefas: contextos, processos e threads

• Apresentação sobre Gerenciamento de Processos. [slides]

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.

28/02: Finalização do conteúdo anterior e atividades em laboratório

• Aviso: mudança na data de viagem do professor - aulas dos dias 25 e 28 de março ocorrerão normalmente.
• Revisão da solução do exercício fork/wait (aula anterior).

t1: Troca de contexto em nível de usuário

O Linux, através da API POSIX, oferece um conjunto de funções que permite às aplicações manipular contextos, facilitando a vida do programador que quer implementar tarefas "simultâneas" dentro de um único processo, ou seja, threads. As seguintes funções e tipos estão disponíveis:

• getcontext(&a): salva o contexto na variável a;
• setcontext(&a): restaura um contexto salvo anteriormente na variável a;
• swapcontext(&a,&b): salva o contexto atual na variável a e restaura o contexto salvo anteriormente na variável b;
• makecontext(&a, ...): ajusta parâmetros internos do contexto salvo em a;
• ucontext_t: as variáveis a e b são do tipo ucontext_t. Este tipo armazena um contexto.

Busque mais informações sobre estas funções utilizando o programa manpage do Linux (ex.: man getcontext).

O objetivo deste trabalho é familiarizar o aluno com o conjunto de funções de manipulação de contexto de execução em espaço de usuário. Estas mesmas funções serão utilizadas no t2 para implementar uma classe de tarefa para nosso projeto.

O entregável deste trabalho é um relatório. 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);
}

Elabore o relatório cobrindo/explicando, ao menos, o seguinte:

1. Objetivo e parâmetros de cada uma das funções;
2. Significado dos campos do tipo (struct) ucontext_t que foram utilizados no código acima;
3. Explique o objetivo de cada linha de código de pingpong.c que chama uma destas funções ou que manipule ucontext_t.

Resumo do trabalho

• O que é? Estudo sobre funções de manipulação de contexto em espaço de usuário no Linux.
• Duração estimada: 2 horas.
• Dependências: Conhecimento básico de C e aula inicial de gerenciamento de processos.
• Entrega: Até 21/03, por email, apenas arquivo do relatório EM PDF.

t2: Estruturas de tarefas

Neste trabalho deve-se extender o projeto sendo desenvolvido no curso com a construção de uma classe para abstrair processos em nível de usuários - na prática, threads. A classe implementada será chamada de Task (tarefa). Lembre-se que uma classe é uma estrutura de dados, logo, nossa classe Task será o PCB (Proccess Control Block) do sistema. A partir deste trabalho, será disponibilizado um gabarito em C++ como no código abaixo, geralmente incompleto, e um diagrama UML de uma versão completa da solução implementada pelo professor, como na imagem abaixo.

/*
 * Task.h
 *
 *  Created on: Feb 27, 2014
 *      Author: arliones
 */

#ifndef TASK_H_
#define TASK_H_

#include <Queue.h>
#include <ucontext.h>

namespace BOOOS {

class Task : public Queue::Element {
public:
	enum State {
		READY,
		WAITING,
		RUNNING,
		FINISHING
	};

	Task(void (*entry_point)(void *), int nargs, void * arg);
	virtual ~Task();

	int tid() { return _tid; }
	State state() { return _state; }

	void pass_to(Task * t, State s = READY);

	void exit(int code);

	static Task * self() { return (Task*)__running; }
	static void init();

private:
	static volatile Task * __running;

	State _state;
	int _tid; // task ID
	// ...
};

} /* namespace BOOOS */

#endif /* TASK_H_ */

Os métodos de interface que precisam ser implementados na classe estão na declaração acima. Contudo, observe que você certamente precisará de novos atributos para o correto funcionamento da classe, e seria bom utilizar alguns métodos privados para auxiliar na implementação. Um dos atributos necessários, não declarados, é uma Task guardando o contexto da Main. Onde será que será declarado o ucontext_t de cada Task? O teste no arquivo test/Task_Test.cc implementa a mesma aplicação do t1 utilizando a Task. Use este exemplo como teste inicial.

Task(void (*entry_point)(void *), int nargs, void * arg): construtor - deve inicializar todos os atributos dos objetos.

virtual ~Task(): destrutor - deve liberar recursos alocados pelo construtor (new/malloc).

int tid(): getter do Task ID (_tid).

State state(): getter do estado do processo (_state).

void pass_to(Task * t, State s = READY): este método salva o contexto do objeto (this) e carrega o contexto da Task recebida por parâmetro. O estado passado em s é o novo estado do objeto que está deixando a CPU. Há algum atributo de classe (static) que precisa ser atualizado aqui?

void exit(int code): finaliza a Task (this) e configura o valor de resultado da task com o valor de code. Por enquanto, se preocupem em fazer a Task retornar a execução para a main. Ignorem o parâmetro code agora - utilizaremos ele mais adiante.

static Task * self(): método de classe (static) que retorna a Task executando no momento.

static void init(): método de classe que precisa ser chamando na inicialização do sistema e deve inicializar os atributos de classe (static).

Os arquivos iniciais do trabalho estão no zip do projetoc.

Resumo do trabalho

• O que é? Classe Task para nosso SO.
• Duração estimada: 4 horas.
• Dependências: t1 (troca de contexto).
• Entrega: Até 21/03, por email, apenas arquivos Task.h, Task.cc e Task_Test.cc.

07/03: Escalonamento de tarefas

• Notas de aula [slides]
• Animação de escalonamento de processos - Virginia Tech

11/03: Finalização do conteúdo anterior e atividades em laboratório: acompanhamento de projetos

• Finalização do conteúdo de escalonamento de tarefas (aula anterior)
• Acompanhamento de projetos
• Lembrete: entrega do t0 (biblioteca de fila) para próxima aula (sexta - 14/03)

14/03: Atividades em laboratório: acompanhamento de projetos

• Acompanhamento de projetos
• Lembrete: entrega do t0 (biblioteca de fila) para hoje (sexta - 14/03)

17/03: Comunicação entre processos

• Comunicação entre processos
  • Troca de mensagens
  • Memória Compartilhada

• Lembrete: entrega do t1 (troca de contexto em nível de usuário) para sexta - 21/03.