Introdução Sistemas Operacionais I

Sistemas Operacionais I
Prof. Fernando Freitas
Introdução
1.1 O que é um sistema operacional
1.2 História dos sistemas operacionais
1.4 O zoológico de sistemas operacionais
1.5 Conceitos sobre sistemas operacionais
1.6 Chamadas de sistema
1.7 Estrutura de sistemas operacionais
1.8 O mundo de acordo com a linguagem C
1.11 Unidades Métricas
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Introdução
• Um sistema computacional consiste em
– hardware
– Programas do modo núcleo
– Programas do modo usuário
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O que é um Sistema Operacional
• É uma máquina estendida
– Oculta os detalhes complicados que têm quer
ser executados
– Apresenta ao usuário uma máquina virtual,
mais fácil de usar
• É um gerenciador de recurso
– Cada programa tem um tempo com o recurso
– Cada programa tem um espaço no recurso
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História dos Sistemas Operacionais
• Primeira geração 1945 - 1955
– Válvulas, painéis de programação
Antigo sistema em lote
–
–
–
–
traz os cartões para o 1401
lê os cartões para a fita
coloca a fita no 7094 que executa o processamento
coloca a fita no 1401 que imprime a saída
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História dos Sistemas Operacionais
• Segunda geração 1955 - 1965
– transistores, sistemas em lote
Estrutura de um job FMS típico – 2ª geração
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História dos Sistemas Operacionais
• Terceira geração 1965 – 1980
– CIs e multiprogramação
– SO enorme e complexo (2x ou 3x > FMS)
– Surge o spooling (simultaneous peripheral
operation online)
– CTSS – 1º SO com tempo compartilhado
• Sistema de multiprogramação
– Três jobs na memória – 3ª geração
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História dos Sistemas Operacionais
• Quarta geração 1980 – presente
–
–
–
–
–
–
–
–
Computadores pessoais
CP/M – Kildall
MS-DOS – Bill Gates
GUI (Graphical User Interface) – Engelbart – Stanford Research
Macintosh – Steve Jobs
Microsoft Windows – Sucessor do MS-DOS
Windows 95
Windows NT (New Technology)
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O Zoológico de Sistemas Operacionais
• Sistemas operacionais de computadores de
grande porte
–
–
–
–
Em lote
Processamento de transações
Tempo compartilhado
Ex: OS/390
• Sistemas operacionais de servidores
– Servem múltiplos usuários
– Compartilham recursos
– Ex: Solaris, FreeBSD, Linux e Windows Server
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O Zoológico de Sistemas Operacionais
• Sistemas operacionais de multiprocessadores
– Múltiplas CPU´s em um único sistema
– Ex: Linux e Windows
• Sistemas operacionais de computadores pessoais
– Boa Interface com usuário
– Ex: Linux, FreeBSD, Windows 7, etc.
• Sistemas operacionais de computadores portáteis
– Não trabalham com discos rígidos
– Ex: Palm OS, Symbiam OS, etc
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O Zoológico de Sistemas Operacionais
• Sistemas operacionais embarcados
– Não aceitam softwares instalados por usuários
– Ex: QNX, VxWorks
• Sistemas operacionais de nós sensores
– SO dirigido por eventos.
– Deve ser pequeno e simples
– Ex: TinyOS
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O Zoológico de Sistemas Operacionais
• Sistemas operacionais de tempo-real
– Ações devem acontecer em determinado momento
– Crítico e não crítico
– Ex: e-Cos
• Sistemas operacionais de cartões inteligentes
– Muito primitivo
– Possuem restrições de consumo de energia e de
memória
– Geralmente são sistemas proprietários
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Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (1)
• Uma árvore de processos
– A criou dois processos filhos: B e C
– B criou três processos filhos: D, E, e F
– Processos filhos recebem mesmo UID do pai
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Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (2)
• Espaços de Endereçamento
– Nos sistemas atuais devem ser protegidos
para evitar intervenções de outros processos.
– Espaço de endereçamento do processo >
memória disponível – memória virtual
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Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (3)
• Arquivos
–
–
–
–
–
–
–
–
SO oculta detalhes do disco
Há chamadas de sistema
Arquivos são armazenados em diretórios
Sistema de Arquivos – Organização em Árvore
Caminhos absolutos ou relativos
Sucesso ao acessar arquivos – descritor de arquivo
Mount
Arquivo especial (bloco e caractere)
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Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (4)
Sistema de arquivos de um departamento universitário
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Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (5)
• Antes da montagem,
– os arquivos do disco flexível são inacessíveis
• Depois da montagem do disco flexível em b,
– os arquivos do disco fazem parte da hierarquia de arquivos
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Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (6)
Dois processos conectados por um pipe
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Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (7)
• E/S
– Gerenciar dispositivos
• Segurança
– Bits de proteção
– Outros tipos de segurança (contra usuários, por
exemplo)
• Shell
– Não faz parte do SO, assim como as GUI´s
– cat arq1 arq2 arq3 | sort > /dev/lp &
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Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (8)
• Ontogenia recapitula a filogenia
– Memória grande – assembly
• Comp. grande porte > Comp. comercial > microcomputadores
– Hardware de proteção
• Multi e monoprogramação
– Discos
• Tamanho físico / capacidade
– Memória virtual
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Os Passos de uma Chamada ao
Sistema
Os 11 passos para fazer uma chamada ao
sistema read (fd, buffer, nbytes)
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Algumas Chamadas ao Sistema
para Gerenciamento de Processos
Fork retorna um valor. Ele vale zero para o processo
filho e é igual ao PID do processo filho no processo pai.
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Chamadas ao Sistema - Processos
• O interior de um shell:
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Chamadas ao Sistema - Processos
Os processos têm três segmentos:
texto, dados e pilha
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Algumas Chamadas ao Sistema
para Gerenciamento de Arquivos
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Algumas Chamadas ao Sistema
para Gerenciamento de Diretório
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Chamadas ao Sistema - Diretórios
I-node
(a) Dois diretórios antes da ligação de /usr/jim/memo ao
diretório ast
(b) Os mesmos diretórios depois dessa ligação
Diretórios fazem referência a pares de informações (i-node
e nome ASCII)
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Chamadas ao Sistema - Diretórios
(a) Sistema de arquivos antes da montagem
(b) Sistema de arquivos depois da montagem
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Algumas Chamadas ao Sistema
para Tarefas Diversas
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Chamadas ao Sistema
Algumas chamadas da interface API Win32
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Exercícios
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
O que é um Sistema Operacional? Quais suas funções
principais?
Comente sobre os SO´s da terceira geração.
Diferencie SO de grande porte e SO de servidores.
Diferencie SO de tempo real crítico e não crítico.
Quando dizemos que na computação “Ontogenia recapitula a
filogenia”, o que estamos querendo dizer?
De modo resumido, fale sobre os 11 passos para efetuar uma
chamada de Sistema read.
O que acontece quando uma chamada unlink ocorre?
Qual a função da chamada de sistema mount?
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Estrutura de Sistemas Operacionais
Sistemas Monolíticos
• De longe o mais comum
• Coleção de rotinas ligados a um único grande
programa binário executável
• Estrutura básica
1.
2.
3.
Prog. principal invoca rotina serviço requisitado
Rotina serviço executa chamada sistema
Rotinas utilitárias auxiliam rotinas de serviço (ex: buscar
dados em programas de usuários)
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Estrutura de Sistemas Operacionais
Sistemas Monolíticos
Modelo simples de estruturação
de um sistema monolítico
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Estrutura de Sistemas Operacionais
Sistemas de Camadas
• Surgiu em 1968 com o sistema operacional THE –
implementado por Dijkstra e seus alunos
• Sistema em lote simples com 6 camadas
• Desenvolvido para
Electrologica X8
o
computador
holandês
• Posteriormente surgiu o MULTICS que também
utilizou o conceito de camadas – Série de anéis
concêntricos.
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Estrutura de Sistemas Operacionais
Sistemas de Camadas
Estrutura do sistema operacional THE
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Estrutura de Sistemas Operacionais
Micronúcleo
• Fortes argumentos p/ colocar o mínimo
possível no núcleo
1. Erros no núcleo podem derrubar o SO
2. Erros no modo usuário são menos trágicos
• Idéia Básica
1. Dividir o SO em módulos pequenos e bem
definidos
2. Criar o micronúcleo
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Estrutura de Sistemas Operacionais
Micronúcleo
Estrutura do Sistema Minix 3
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Estrutura de Sistemas Operacionais
O modelo cliente-servidor
• Ligeira variação da idéia de micronúcleo
• Duas classes de processos:
– Servidores – prestam algum serviço
– Clientes – usam este serviço
• Normalmente se comunicam por uma rede
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Estrutura de Sistemas Operacionais
O modelo cliente-servidor
O modelo cliente-servidor em uma rede
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Estrutura de Sistemas Operacionais
Máquinas Virtuais
• Monitor de máquina virtual – coração do sistema.
Atualmente conhecido como hipervisor.
– Provê n máquinas virtuais para a próxima camada.
– Cópias exatas do hardware
• Utilizada por:
– Servidores empresariais de alto desempenho (união de
servidores)
– Empresas de hospedagem web (máquinas completas para
clientes)
– Usuários finais (2 SO’s em um mesmo pc)
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Estrutura de Sistemas Operacionais
Máquinas Virtuais
Estrutura do VM/370 com o CMS
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Estrutura de Sistemas Operacionais
Máquinas Virtuais
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Estrutura de Sistemas Operacionais
Exonúcleo
• Utiliza a divisão de recursos como estratégia alternativa
a clonagem existente em máquinas virtuais
• Exonúcleo
–
–
–
–
Programa na camada mais inferior executado em modo núcleo
Aloca recursos às máquinas virtuais
Assegura os recursos de cada máquina
Poupa uma camada de mapeamento
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Exercícios
1. Diferencie Sistemas Monolíticos e Sistemas de
Micronúcleo.
2. Qual a principal característica de um Sistema de
camadas?
3. Qual a vantagem de se trabalhar com sistemas de
micronúcleo?
4. Diferencie Máquinas Virtuais e Exonúcleo.
5. Na sua opinião, qual sistema é melhor: Máquinas
Virtuais ou Exonúcleo? Por quê?
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O mundo de acordo com a
linguagem C
• A linguagem C
– Controle sobre memória é um atrativo
– A Falta de um coletor de lixo é um defeito
• Arquivos de cabeçalho
– Permite definição de macros
– Podem conter compilações condicionais
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O mundo de acordo com a
linguagem C
• Grandes projetos de programação
– Cada arquivo .c é compilado em um arquivo objeto .o
– Recompilação completa é inaceitável (>= 5 milhões linhas)
– Make
• Identifica arquivos requeridos,
• Verifica modificações
• Recompilações mínimas
– Linker
• Combina .o em um único arquivo binário executável
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O mundo de acordo com a
linguagem C
O processo de compilação
C e arquivos de cabeçalho
para criar um arquivo
executável
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O mundo de acordo com a
linguagem C
• O modelo de execução
– Pode carregar pedaços. Ex:
• Drivers
• Sistemas de arquivos
– Múltiplos segmentos
• Texto (fixo)
• Dados (crescente)
• Pilha (variável)
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Unidades Métricas
Os prefixos métricos
OBS: Vale lembrar que quando fazemos referências a unidades métricas
para armazenamento de dados, os prefixos fazem referência a base 2 e não
base 10. Ex: 5 MB = 5 * 220 bytes e não 5 * 106 bytes
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