Sistemas Operativos
Threads
3º ano - ESI e IGE (2011/2012)
Engenheiro Anilton Silva Fernandes
([email protected])
Dos Processos para os Threads
●
O conceito de thread foi introduzido na
tentativa de reduzir o tempo gasto em
criação, eliminação e troca de contexto de
processos nas aplicações concorrentes,
bem como economizar recursos do
sistema como um todo.
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Em um ambiente multithread, um único
processo pode suportar múltiplos threads,
cada qual associado a uma parte do código da
aplicação.
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Dos Processos para os Threads
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Neste caso, não é necessário haver
diversos processos para a implementação
da concorrência.
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Threads compartilham o processador da
mesma maneira que um processo, ou seja,
enquanto um thread espera por uma operação
de E/S, outro thread pode ser executado.
–
cada thread possui seu próprio contexto de hardware,
porém compartilha o mesmo contexto de software e
espaço de endereçamento com os demais threads do
processo.
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Dos Processos para os Threads
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O compartilhamento do espaço de
endereçamento permite que a
comunicação de threads dentro do mesmo
processo seja realizada de forma simples e
rápida.
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Ambiente MONOTHREAD
Processo
Thread
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Dos Processos para os Threads
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Ambiente MULTITHREADS
Processo
Contexto de
Hardware
Contexto de
Hardware
Contexto de
Hardware
Contexto de
Software
Thread 1
Thread 2
Thread 3
Espaço de
Endereçamento
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Dos Processos para os Threads
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Ambiente MULTITHREADS
Thread de
Entrada
Buffer
Thread de
Exibição
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Thread de
Gravação
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Dos Processos para os Threads
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Ambiente MULTITHREADS
Processo Servidor
Solicitações
Thread
Thread
Thread
Processo Cliente
Processo Cliente
Processo Cliente
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Modelo de Threads
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Processos Leves (lightweight process)
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Contador de programa
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Pois possuem somente algumas propriedades
dos processos
Indica qual a próxima instrução a ser
executada
Registradores que contém as variáveis
atuais
Pilha sobre a história de execução
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Um para cada procedimento não retornado
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Modelo de Threads
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Diferença entre thread e processo
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Processos são usados para agrupar recursos
Threads são entidades escalonadas para a
execução sobre a CPU
Threads permitem que múltiplas
execuções ocorram no mesmo ambiente
do processo de forma independente
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Modelo de Threads
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Múltiplas threads executando em paralelo é
semelhante a múltiplos processos
executando em um computador
Threads compartilham um mesmo espaço
de endereçamento
Processos compartilham um espaço físico
de memória, discos e impressoras e
recursos semelhantes
Multithread: possibilidade de execução de
vários threads para um mesmo processo
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Modelo de Threads
a) Três
Cadaprocessos.
thread opera
Cada
emum
umpossui
espaçoseu
de próprio
endereçamento
espaço de
diferente
endereçamento e thread de controle
b) Todos os threads compartilham o mesmo espaço de endereçamento
b) Um único processo com três threads de controle
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Modelo de Threads
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Execução de múltiplos threads em sistema
com uma única CPU
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Semelhante a execução de vários processos
A CPU alterna entre os threads
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Ilusão de paralelismo
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Modelo de Threads
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Threads distintos em um processo não são
tão independentes quando processos
distintos
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●
Pois compartilham o mesmo espaço de
endereçamento
Compartilham variáveis globais
Pode ler e escrever a pilha de execução do
outro thread
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Modelo de Threads
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Não há proteção entre threads
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É impossível
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Não há necessidade
No caso de processos, há utilizadores
diferentes e possivelmente hostis
Cada processo é propriedade do usuário
Todos threads de um processo são
propriedades de um único usuário
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Modelo de Threads
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Itens compartilhados entre threads
Se um thread abre um arquivo, este arquivo é visível para todos os
threads do processo, podendo ler e escrever nesse arquivo
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Os threads podem compartilhar recursos e
cooperar na realização de uma tarefa
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Modelo de Threads
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Assim como em processos tradicionais
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Processos com um único thread
Um thread pode estar em um dos vários
estados
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Modelo de Threads
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Cada thread possui sua própria pilha
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Modelo de Threads
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Cada thread chama procedimentos
diferentes
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●
Por isso cada thread possui sua própria pilha
Exemplo:
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Se o procedimento X chamar o procedimento
Y e esse chamar o procedimento Z
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enquanto Z estiver executando
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X, Y e Z estarão todos na pilha
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Threads
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O que são?
Qual a diferença entre threads e
processos?
Porque usar threads?
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Threads
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Em uma aplicação ocorrem muitas
atividades ao mesmo tempo
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Muitas vezes as atividades são independentes
Muitas vezes elas podem bloquear de
tempos em tempos
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Parando a aplicação
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Threads
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O modelo de programação fica mais
simples se decompormos a aplicação em
múltiplos threads
Com os threads há a capacidade de
entidades paralelas compartilharem o
endereço e os dados entre elas mesmas
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Threads
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Thread são mais fáceis de criar e destruir
do que processos
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São mais simples
Em alguns sistemas é 100 vezes mais rápido
criar um thread do que um processo
Há um aumento de desempenho quando
os threads são orientados à E/S e têm
grande computação para ser feita
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Threads
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Threads
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Exemplo: dada uma planilha eletrônica.
Os cálculos são dependentes das entradas
do usuário. Dada a entrada os cálculos são
efetuados de forma encadeada.
Podemos criar threads para
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Efetuar os cálculos
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Interagir com o usuário
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Fazer backups
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Threads
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Exemplo: servidores WEB. Requisições
de páginas que chegam a um servidor são
devolvidas aos clientes.
As páginas principais são mais acessadas
do que outras páginas.
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A página principal da Sony é mais acessada
do que a página sobre configurações de uma
determinada câmera
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Threads
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Esse fato é usado para melhorar o
desempenho
As páginas mais acessadas são colocas
na memória
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Essa coleção é chamada de cache
Uma forma de organizar o servidor é
utilizando threads
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Threads
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Threads
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Threads tornam possível manter a idéia de
processos sequenciais que fazem
chamada ao sistema de bloqueio e mesmo
assim conseguem obter paralelismo
Essas chamadas tornam a programação
mais fácil e o paralelismo melhora o
desempenho
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