03. Processos e threads

Este capítulo nasce das 30 questões publicadas sobre Processos e threads. A leitura do acervo revelou 30 núcleos de conhecimento, aqui reorganizados como uma explicação progressiva: primeiro o vocabulário e o modelo mental, depois os mecanismos, as decisões de implementação, os limites e a forma de verificar o comportamento do sistema.

Com modelos e componentes definidos, estudamos tarefas que avançam no tempo e disputam recursos. Ordem, estado compartilhado, sincronização, cancelamento e falhas precisam ser analisados em conjunto. Este é o capítulo 3 de 20 da disciplina Programação Assíncrona e Concorrência. Ele retoma Concorrência versus paralelismo e utiliza essa base para avançar. Na sequência, estudaremos Escalonamento e troca de contexto.

O fio condutor

O desenvolvimento de software começa com um problema e avança por decisões que precisam permanecer compreensíveis e verificáveis. Requisitos orientam modelos; modelos orientam código e arquitetura; testes verificam comportamento; e a operação devolve informações para o próximo ciclo. Uma falha importante no início tende a se espalhar pelas etapas seguintes.

Neste capítulo, use Processos e threads para acompanhar quatro perguntas: qual problema precisa ser resolvido, como o mecanismo funciona, que consequências a escolha produz e como o resultado será verificado. Essa sequência transforma termos técnicos em decisões que podem ser explicadas e testadas.

Parte 1 — Fundamentos e vocabulário

Começamos por Parte 1 — Fundamentos e vocabulário, pois essa base organiza os conceitos e exemplos que aparecerão no restante do capítulo.

Espaço de endereçamento virtual

O ponto de partida é estabelecer o significado do conceito e o problema que ele procura organizar. O espaço de endereçamento virtual é uma fronteira básica de isolamento entre processos. O sistema operacional pode mapear páginas compartilhadas em mais de um processo, mas isso exige configuração explícita e não elimina a existência de espaços virtuais distintos. Assim, o mesmo valor numérico de endereço virtual pode inclusive apontar para páginas físicas diferentes em processos diferentes. A regra ganha sentido quando suas consequências orientam a implementação.

Para aplicar Espaço de endereçamento virtual, acompanhe a execução desde a entrada até a saída e anote pré-condições, mudança de estado, custo e falhas possíveis. Assim o conceito deixa de ser um rótulo e passa a orientar decisões.

Use como teste da compreensão: Em um sistema operacional com proteção de memória, cada processo possui, em regra, seu próprio espaço de endereçamento virtual, de modo que um processo não acessa diretamente endereços virtuais pertencentes a outro sem um mecanismo explícito de compartilhamento. Depois verifique a afirmação com execução controlada, teste automatizado, análise do contrato, medição ou documentação da versão correspondente. A evidência deve reproduzir a propriedade afirmada, inclusive nos casos de erro e de fronteira.

Compartilhamento do espaço de endereçamento

A partir dessa distinção, o próximo elemento completa o fluxo. O compartilhamento do espaço de endereçamento permite que threads acessem os mesmos objetos globais e alocados no heap. Em contrapartida, pilha, contador de programa e registradores precisam representar o ponto de execução particular de cada thread. Essa combinação torna a comunicação barata, mas também permite corridas sobre dados compartilhados. Observe como definição, mecanismo e efeito permanecem ligados.