Sistemas Operacionais – Gerenciamento de processos

Olá, querido (a) aluno(a)!

Neste artigo entenderemos conceitos importantes sobre Sistemas Operacionais – Gerenciamento de Processos que são cobrados com frequência em questões de concursos.

Gerenciamento de processos

É um aspecto fundamental dos sistemas operacionais modernos, permitindo que múltiplas tarefas sejam executadas de maneira eficiente e confiável em um computador. 

Este artigo discute os conceitos principais, técnicas e desafios associados ao gerenciamento de processos, oferecendo insights sobre como os sistemas operacionais manipulam programas em execução.

O que é processo?

No coração do gerenciamento de processos está o conceito de um processo, que é basicamente um programa em execução. 

Um processo inclui o código do programa (também conhecido como texto do programa), seu estado atual, que é tipicamente representado pelo contador de programa, os registradores, a pilha e um conjunto de informações de gerenciamento, como a tabela de páginas para gerenciamento de memória. 

O sistema operacional é responsável por gerenciar esses processos, garantindo que eles sejam executados sem interferências e com acesso adequado aos recursos do sistema.

Criação de processos

A criação de processos é o primeiro passo no gerenciamento de processos. 

Em sistemas operacionais UNIX-like, processos são frequentemente criados usando a chamada de sistema fork(), que cria um processo filho que é quase uma cópia do processo pai, exceto por alguns valores. Outras chamadas de sistema, como exec(), permitem que um processo substitua seu conteúdo de código e dados por um novo programa, facilitando a execução de diferentes programas.

Estados de um processo

Uma vez criados, os processos são gerenciados pelo sistema operacional através de um ciclo de vida que inclui estados como: pronto, em execução e bloqueado. 

Processos em estado pronto estão esperando para serem atribuídos ao processador, enquanto processos em execução estão atualmente utilizando o CPU. 

Processos bloqueados estão esperando por algum evento externo, como a conclusão de uma operação de E/S. 

O sistema operacional utiliza o escalonador de processos para mover processos entre esses estados, baseando-se em um algoritmo de escalonamento para determinar a ordem de execução.

Escalonamento de processos

O escalonamento de processos é crucial para a eficiência do sistema operacional. Algoritmos de escalonamento, como Round Robin, Shortest Job First e Prioridades, são projetados para otimizar diferentes aspectos do desempenho do sistema, como tempo de resposta, justiça e throughput. A escolha do algoritmo de escalonamento adequado depende das necessidades específicas do ambiente de computação e dos objetivos de desempenho.

Comunicação entre processos (IPC)

Outro componente vital do gerenciamento de processos. 

Mecanismos de IPC, como pipes, filas de mensagens, semáforos e memória compartilhada, permitem que processos troquem dados e coordenem suas operações. Isso é essencial em sistemas operacionais multitarefa, onde processos independentes precisam trabalhar juntos para realizar tarefas complexas.

Deadlock (Impasse)

O gerenciamento de deadlock é uma preocupação relacionada, onde dois ou mais processos ficam bloqueados, cada um esperando por um recurso que o outro processo possui. 

Algoritmos de detecção e recuperação de deadlock, bem como estratégias de prevenção, são fundamentais para manter a estabilidade e a confiabilidade do sistema operacional.

Segurança do processo

É área de foco no gerenciamento de processos. 

O sistema operacional deve garantir que os processos sejam executados em um ambiente seguro, onde eles não possam interferir uns com os outros ou com o sistema operacional. Isso é conseguido através de mecanismos como espaços de endereço virtual, onde cada processo é executado em sua própria área isolada de memória.

Desempenho

O desempenho do sistema é diretamente impactado pela eficiência do gerenciamento de processos. Técnicas como multitarefa preemptiva e escalonamento eficiente de processos ajudam a maximizar a utilização do CPU e a responsividade do sistema. 

Além disso, a otimização do gerenciamento de memória e E/S para processos pode melhorar significativamente o desempenho geral do sistema.

Conclusão

O gerenciamento de processos é uma área complexa e vital dos sistemas operacionais que abrange a criação, execução e coordenação de processos. Desde o escalonamento e comunicação entre processos até a prevenção de deadlocks e segurança, os desafios associados ao gerenciamento de processos são significativos. No entanto, com algoritmos avançados e técnicas eficientes, os sistemas operacionais continuam a evoluir, oferecendo ambientes robustos e eficientes para a execução de uma ampla gama de programas e aplicações.

Referências

Silberschatz, A., Galvin, PB e Gagne, G. (2018). Conceitos de sistema operacional (10ª ed.). John Wiley e Filhos.

Tanenbaum, AS e Bos, H. (2014). Sistemas operacionais modernos (4ª ed.). Pearson.

Stallings, W. (2015). Sistemas operacionais: princípios internos e de design (8ª ed.). Pearson.

Bryant, RE e O’Hallaron, DR (2015). Sistemas de Computador: A Perspectiva de um Programador (3ª ed.). Pearson.

Vamos ver como esse conteúdo já foi cobrada em concurso?

1) Ano: 2023 Banca: FUNTEF-PR Órgão: UTFPR Prova: FUNTEF-PR – 2023 – UTFPR – Técnico de Tecnologia da informação

Em um sistema multiprogramável, um processo não deve alocar exclusivamente uma unidade de processamento, de forma que seja possível o seu compartilhamento com os demais processos. Geralmente um processo passa por diferentes estados durante seu processamento como: Execução (running), Pronto (ready) e Bloqueado, também conhecido como Espera (wait).

Assinale a alternativa que representa corretamente um processo em estado de Espera (wait). 

A) O processo está sendo encerrado. 

B) O processo está em execução e aguarda o encerramento do seu processamento. 

C) O processo depende de um evento externo ou recurso para seguir seu processamento. 

D) O processo foi criado e está em processamento.  

E) O processo aguarda a conclusão da sua criação.

Gabarito: C

Comentário: A alternativa C é a correta, pois um processo em estado de Espera (wait) está aguardando por um evento externo ou a liberação de um recurso para prosseguir com seu processamento. Esse estado é distinto dos outros estados mencionados por envolver uma dependência externa para a continuação do processamento do processo. Diferentemente de estar em execução (running), onde o processo está ativamente utilizando a CPU, ou em estado Pronto (ready), onde o processo está pronto para ser executado pela CPU mas está aguardando a sua vez, o estado de Espera (wait) indica que o processo não pode prosseguir até que uma condição específica seja atendida, como a conclusão de uma operação de I/O (entrada/saída), a liberação de um semáforo ou uma resposta de rede, por exemplo.

2) Ano: 2023 Banca: NUCEPE Órgão: UESPI Prova: NUCEPE – 2023 – UESPI – Analista de Informática

O conceito mais central em qualquer sistema operacional é o processo: uma abstração de um programa em execução. Embora cada processo seja uma entidade independente, com seu próprio contador de programa e estado interno, processos muitas vezes precisam interagir entre si. Um processo pode estar nos estados em execução, bloqueado ou pronto e as transições entre esses estados ocorrem como mostrado na figura abaixo.

Adaptado de Andrew S. Tanenbaum, Herbert; Bos. Sistemas Operacionais Modernos. 4. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016.

Qual transição é disparada quando o escalonador decide que o processo em andamento foi executado por tempo suficiente, e é o momento de ceder o lugar na CPU a outro processo?

A) Transição 1.

B) Transição 2.

C) Transição 3.

D) Transição 4. 

E) Não ocorre nenhuma transição.

Gabarito: B.

Comentário: A transição que é disparada quando o escalonador decide tirar o processo que está em execução e colocá-lo em estado de pronto, para que outro processo possa utilizar a CPU, é representada pela transição que sai do estado “Em execução” e vai para o estado “Pronto”. De acordo com as opções fornecidas e o contexto da questão, esta é a transição:

Esta transição ocorre porque o escalonador, que controla a ordem de execução dos processos, determinou que é hora de um processo ceder o uso da CPU a outro processo. Isso faz parte do que é chamado de escalonamento preemptivo, onde o sistema operacional pode interromper um processo para ceder o processador a outro, geralmente seguindo uma política de tempo compartilhado ou outras prioridades.

Então é isso! 

Bons estudos e até o nosso próximo artigo.

Prof. Jósis Alves

Coordenador TI – Gran Concursos

Analista de TI no Supremo Tribunal Federal