Questão de Sistemas Operacionais — Threads (SO) — FUNDATEC 2023

Travas (mutex) em programas concorrentes

Gabarito: letra B — apenas a assertiva II está correta. Uma trava (mutex) é um mecanismo de sincronização que garante exclusão mútua: apenas uma thread por vez pode executar o trecho de código protegido (a região crítica), impedindo que múltiplas threads leiam e escrevam na mesma variável simultaneamente, o que causaria resultados inconsistentes. As assertivas I e III estão incorretas: travas podem sim proteger o acesso a arquivos (além da memória), e o sistema operacional não sincroniza threads automaticamente — sem travas, há corrida (race condition).

Uma trava, também chamada de mutex (do inglês mutual exclusion), é uma primitiva de sincronização usada para proteger uma região crítica — o trecho de código que acessa um recurso compartilhado (variável, estrutura de dados, arquivo, etc.). Quando uma thread "tranca" o mutex, nenhuma outra thread pode entrar naquela região até que a primeira a "destrave". Isso garante que operações de leitura e escrita sobre o mesmo dado sejam atômicas do ponto de vista das threads concorrentes, evitando o problema clássico de corrida (race condition), em que o resultado final depende da ordem imprevisível de execução das threads.

O conceito central é o de exclusão mútua: se duas threads executam x = x + 1 ao mesmo tempo sem trava, ambas podem ler o mesmo valor antigo de x, incrementar e escrever de volta, resultando em apenas um incremento em vez de dois — um resultado incorreto. A trava serializa o acesso: uma thread entra, executa a operação completa e só então libera para a próxima. É exatamente isso que a assertiva II descreve corretamente.

É importante distinguir trava de outros mecanismos de sincronização. O semáforo é uma generalização do mutex: possui um contador que permite controlar o acesso a um número limitado de recursos idênticos (não apenas 0 ou 1). O mutex é um caso especial de semáforo binário, mas com uma diferença importante: o mutex tem o conceito de dono — apenas a thread que o trancou pode destravá-lo —, enquanto o semáforo pode ser sinalizado por qualquer thread. Já as variáveis de condição são usadas em conjunto com mutexes para permitir que uma thread espere por uma condição específica (ex.: buffer cheio/vazio), bloqueando-se até ser notificada.

A banca explora aqui uma confusão comum: achar que o sistema operacional resolve a sincronização automaticamente. Isso é falso — a sincronização é responsabilidade do programador, que deve usar travas, semáforos ou monitores explicitamente. Sem isso, o SO apenas escala as threads de forma independente, e o acesso concorrente a dados compartilhados fica sujeito a corridas. Outra confusão frequente é achar que travas servem apenas para memória; elas também são usadas para proteger o acesso a arquivos (travas de arquivo, exclusivas ou compartilhadas), como veremos na assertiva I.

Guarde o critério decisivo: trava = exclusão mútua sobre um recurso compartilhado, imposta pelo programador. É com essa régua que vamos julgar cada assertiva.

Item I — ❌ Incorreto

A assertiva afirma que uma trava "pode proteger a memória de acesso simultâneo, mas não pode impedir threads do mesmo processo de acessar o mesmo arquivo". A primeira parte está correta, mas a segunda é falsa: travas podem sim ser usadas para proteger o acesso a arquivos. Sistemas operacionais oferecem travas de arquivo (file locks), que podem ser exclusivas (apenas um processo/thread acessa) ou compartilhadas (vários leitores, um escritor). O erro está na palavra "não pode" — a trava é um mecanismo genérico de exclusão mútua aplicável a qualquer recurso compartilhado, incluindo arquivos.

Item II — ✅ Correto

Esta assertiva descreve com precisão a função de uma trava: "evita que múltiplas threads leiam da e escrevam na mesma variável dentro do escopo da trava ao mesmo tempo, o que causaria resultados inconsistentes ou incorretos". É exatamente a definição de exclusão mútua: dentro da região crítica protegida pela trava, apenas uma thread por vez opera sobre o dado compartilhado, garantindo consistência. Sem isso, leituras e escritas concorrentes produzem resultados imprevisíveis (race condition).

Item III — ❌ Incorreto

A assertiva afirma que "caso o programador não use travas, o sistema operacional sincroniza as threads automaticamente, mas com uma perda de eficiência". Isso é falso em dois pontos: (1) o SO não sincroniza threads automaticamente — a sincronização é responsabilidade do programador, que deve usar travas, semáforos ou monitores; (2) sem travas não há "perda de eficiência", há corrupção de dados (resultados incorretos). A perda de eficiência ocorre justamente com o uso de travas, pois elas serializam o acesso e podem causar contenção. A banca inverteu completamente o sentido: sem sincronização, o problema não é desempenho, é corretude.

Conclusão: apenas o item II está correto. Portanto, o gabarito é a letra B.

Gabarito: letra B