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Sistemas Operacionais
Processos e Threads

Processos e Threads

O conceito mais central em qualquer sistema operacional é o processo: uma abstração de um programa em execução.

O Modelo de Processo

Um processo é apenas uma instância de um programa em execução, incluindo os valores atuais do contador do programa, registradores e variáveis. Cada processo tem seu próprio espaço de endereçamento (uma lista de posições de memória que vai de 0 a algum máximo).

A Ilusão do Paralelismo

Em qualquer sistema de multiprogramação, a CPU muda de um processo para outro rapidamente (dezenas ou centenas de milissegundos), dando a ilusão de que vários programas estão rodando ao mesmo tempo (pseudoparalelismo).

Criação de Processos

Quatro eventos principais fazem com que processos sejam criados:

  1. Inicialização do sistema: Quando o SO liga, ele inicia vários processos.
    • Primeiro plano: Interagem com o usuário.
    • Segundo plano (Daemons): Rodam escondidos (ex: servidor de e-mail, gerenciador de impressão).
  2. Execução de uma chamada de sistema: Um processo em execução pode pedir para criar outro (ex: um navegador criando um processo para uma nova aba).
  3. Solicitação de um usuário: Clicar duas vezes em um ícone ou digitar um comando no terminal.
  4. Início de uma tarefa em lote: Em mainframes, quando há jobs na fila.

A Chamada fork() (UNIX/Linux)

No Linux, a única maneira de criar um novo processo é através da chamada de sistema fork.

  • Ela cria um clone exato do processo pai.
  • Pai e filho têm a mesma memória e arquivos abertos, mas a partir daí seguem caminhos independentes.

Exemplo Prático em Python

import os
import sys

pid = os.fork()

if pid < 0:
  sys.exit("Erro no Fork")

if pid == 0:
  print(f"Sou o processo FILHO. Meu PID é {os.getpid()}")
else:
  print(f"Sou o processo PAI. Criei o filho com PID {pid}")

##Estados de ProcessosDurante sua vida, um processo transita entre três estados principais:

  1. Em execução (Running): O processo está realmente usando a CPU naquele instante.
  2. Pronto (Ready): O processo poderia estar rodando, mas está parado temporariamente para dar vez a outro.
  3. Bloqueado (Blocked): O processo não pode rodar até que um evento externo aconteça (ex: esperando o usuário digitar algo ou o disco ler um arquivo).

Diagrama de Transição:

  1. Execução -> Bloqueado: Processo pede algo (I/O) e precisa esperar.
  2. Execução -> Pronto: O tempo do processo acabou (Scheduler interrompe).
  3. Pronto -> Execução: Scheduler escolhe este processo para rodar.
  4. Bloqueado -> Pronto: O evento esperado aconteceu (I/O terminou).

##A Tabela de ProcessosPara gerenciar tudo isso, o SO mantém uma Tabela de Processos (uma lista de estruturas). Cada entrada contém o PCB (Process Control Block) com informações vitais:

  • Estado do processo (Running, Ready, Blocked).
  • Contador de programa (onde ele parou).
  • Valores dos registradores da CPU.
  • Arquivos abertos.
  • Prioridade.

Quando o SO troca de um processo para outro (Mudança de Contexto), ele salva tudo isso na tabela para poder restaurar exatamente como estava depois.

##Threads (Miniprocessos)Muitas vezes, um único programa precisa fazer várias coisas ao mesmo tempo. Por que não criar vários processos? Porque processos são “pesados” e isolados (difícil compartilhar memória).

A solução são as Threads:

  • Compartilhamento: Threads ficam dentro do mesmo processo e compartilham o mesmo espaço de endereçamento (variáveis globais, arquivos abertos).
  • Leveza: Criar uma thread é muito mais rápido (10 a 100x) que criar um processo.

###Exemplo: Processador de TextoImagine o Word rodando com 3 threads:

  1. Thread 1: Ouve o teclado e mouse (interação).
  2. Thread 2: Reformata o texto e quebras de página em background.
  3. Thread 3: Salva o arquivo no disco automaticamente a cada 5 minutos.

Se a Thread 3 bloquear esperando o disco, a Thread 1 continua funcionando e você continua digitando!

###Problemas de ConcorrênciaComo as threads compartilham a mesma memória, se duas tentarem escrever na mesma variável ao mesmo tempo, gera erro (Condição de Corrida). Para resolver, usamos mecanismos de sincronização como Semáforos ou Monitores.

##Monitoramento no LinuxVocê pode ver os processos rodando agora no seu sistema usando:

  • top ou htop: Mostra processos em tempo real, uso de CPU e Memória.
  • ps -aux: Lista todos os processos do sistema.
  • pstree: Mostra a árvore genealógica (quem é pai de quem).
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