Multitarefa

Quando um sistema operacional permite a execução de mais de um programa ao mesmo tempo, ele é chamado de multitarefa e tem de lidar com procedimentos que concorrem quanto à utilização da capacidade de processamento do hardware. Então, é necessário definir e gerenciar uma questão básica que é a prioridade de cada programa quanto ao uso de recursos existentes.[1]

Os sistemas operacionais executam novos processos sem ter a necessidade que processos que foram iniciados antes precisem ser encerrados, para isso os programas executam segmentos (partes) de múltiplos processos de maneira intercalada fazendo que cada segmento dos processos executados, utilize os recursos computacionais (CPU, memória principal, disco, etc) de maneira ordenada e sequencial, mantendo as informações de cada processo consistentes.

A multitarefa automaticamente  parcialmente interrompe a execução de cada processo salvando seu estado atual(resultados parciais, conteúdo de registradores, conteúdo de memória) e então carregando o estado salvo de outro processo e passando o controle dos recursos do sistema para ele, essa interrupção pode ser implementada a partir de divisões iguais de tempo (multitarefa preemptiva) ou administrada por um programa que gerencia e supervisiona os processos e define quando estes serão interrompidos.

A multitarefa não está diretamente ligada ao processamento paralelo pois mesmo em CPUs de vários núcleos, o processamento de mais de um processo é permitido em apenas um único núcleo do processador.

História

O primeiro sistema informatizado a usar multitarefa foi o computador Leo 3, completado 1961.

A multitarefa preemptiva foi implementada nas versões iniciais do Unix em 1969, e é o padrão no Unix e em sistemas operacionais similares, incluindo Linux, Solaris e BSD em suas variações.

Pode parecer difícil de imaginar um computador monotarefa, i.e., que apenas permita utilizar uma aplicação mas, de fato, houve um percurso histórico notável até se atingir o nível atual de paralelização de processos. Com efeito, os primeiros computadores apenas permitiam executar uma única tarefa de cada vez. O Apple DOS é um excelente exemplo disso, já que foi dos primeiros sistemas operativos para computadores pessoais.

O primeiro passo para a multitarefa no MS-DOS foi a criação dos TSR's (Terminate and Stay Resident), pequenos programas que permaneciam em memória enquanto se executava outro programa, e que podiam instalar rotinas de tratamento de interrupções para serem ativados posteriormente. Ou seja, estando o utilizador a escrever um texto num processador de texto, por exemplo, poderia apertar uma combinação de teclas que dispararia uma interrupção e chamaria a TSR de uma agenda pessoal para tirar notas. Assim, do ponto de vista do processador, o processo do processador de texto era bloqueado e passava-se o controle para a agenda. Quando o utilizador terminasse, voltava-se ao processador. Ambos programas coexistiam, mas não podiam ser executados simultaneamente.

O passo seguinte foi a emulação de multitarefa. Exemplos disto eram as primeiras versões de Windows, que este executava sobre DOS (monotarefa), mas o núcleo do Windows fazia a sua própria gestão dos processos. Curiosamente, se um processo bloqueasse o Windows, todas as aplicações teriam que ser terminadas pois eram todas dependentes.

Posteriormente, surgiu uma das principais componentes dos SO atuais: o escalonador de processos, ou (em inglês) scheduler, que faria a gestão, qualificação e o gerenciamento de prioridade dos processos sem afetar o núcleo do sistema operativo. Ou seja, todas as tarefas núcleo são críticas, e todo o tempo que sobrar é legado aos processos. Adivinha-se, portanto, a necessidade de estabilizar o núcleo, por forma a minimizar o tempo de execução de tarefas internas.

O escalonador de processos é uma componente muito polêmico em termos de inovação e de aplicações. Dependendo das situações, um escalonador de processos deve gerir os seus processos por forma a diminuir a latência entre aplicações interativas, ou assegurar a coerência em termos de critérios no escalonamento: se uma tarefa não é crítica, então não devia estar a ser executada.