Unix

Sistemas multitarefa e preemptividade

Frequentemente, alunos de computação ou de sistemas manifestam certas dúvidas com relação à multitarefa e preemptividade. Por isso, resolvi postar aqui no blog sobre este assunto.

Sistemas Unix^TM são sistemas multitarefa, ou seja, executam mais de uma tarefa simultaneamente. Executar mais de uma tarefa em um mesmo processador pode parecer milagre mas é o que parece ao usuário quando as tarefas são executadas em pequenos lotes controlados pelo kernel do sistema operacional (SO). Normalmente, podemos ter dois tipos de multiprocessamento: o colaborativo e o preemptivo.

O processo colaborativo é um processo que emula o multiprocessamento. Ele acontece quando um aplicativo gerencia os processos fazendo a paginação de memória para interromper um deles e rodar o outro. Neste caso, se algum processo bloqueia o aplicativo todos os outros processos tem que ser terminados pois ficam interdependentes, ou seja: tela azul!

O modelo de multiprocessamento preemptivo é um pouco mais elaborado. O kernel do SO estabelece um "quantum" de tempo para cada processo dentro do processador. Enquanto isso, o kernel mantém um registro de todos os processos na memória com uma hierarquia de dependência de cada segmento (thread).

O comando 'ps' do Unix mostra isto:

... 2438 ?     SN  0:08 /usr/bin/nepomukservicestub nepomukontologyloader 2458 ?     Sl  3:16 /usr/lib/firefox-8.0/firefox 2488 ?     S   0:00 /usr/lib/mozilla/kmozillahelper 2497 ?     Sl  0:39 /usr/lib/firefox-8.0/plugin-container /usr/lib/adobe- 2526 ?     Rl  0:01 /usr/bin/konsole 2528 pts/1 Ss  0:00 /bin/bash 2617 pts/1 Sl+ 0:24 gedit blog.txt 2620 ?     S   0:00 /usr/lib/gvfs/gvfs-gdu-volume-monitor 2622 ?     Sl  0:00 /usr/lib/udisks/udisks-daemon 2623 ?     S   0:00 udisks-daemon: polling /dev/sdb /dev/sr0 2625 ?     Sl  0:00 /usr/lib/gvfs/gvfs-afc-volume-monitor 2628 ?     S   0:00 /usr/lib/gvfs/gvfs-gphoto2-volume-monitor 2703 pts/2 Ss  0:00 /bin/bash 2762 pts/2 R+  0:00 ps -ax

Nos SO tipo Unix, pode-se perceber dois tipos de tarefas. O processo "pai" e os processos "filhos" ou segmentos associados ao processo principal (normalmente chamadas de threads do processo). Existe um bloco de endereçamento de memória para cada processo e este é compartilhado pelas threads. No entanto, cada thread tem sua própria pilha (stack) e seu estado de processador.

Em tempo de execução, o kernel usa a prioridade de cada processo para estabelecer o tempo de CPU para cada um. Esta prioridade, chamada de "nice", é típica de cada processo ou estabelecida pelo usuário ou super-usuário. Terminado o tempo de CPU o kernel suspende a execução do processo, salva o seu contexto, fazendo uma paginação da memória que salva as informações necessárias para ele retornar à execução no próximo tempo de CPU. Então, o kernel coloca em execução o próximo da fila de prioridades para ser processado. Quando a fila acaba, o kernel volta a dar o controle da CPU a primeiro da fila, terminando o ciclo.

Mais sobre sistemas Unix: http://www.bell-labs.com/history/unix/