Introdução aos Sistemas Operacionais

Introdução aos Sistemas
Operacionais
1.1 O que é um sistema operacional
1.2 História dos sistemas operacionais
1.3 O zoológico de sistemas operacionais
1.4 Conceitos sobre sistemas operacionais
1.5 Chamadas ao sistema
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Introdução
• Um sistema computacional consiste em
– hardware
– programas do sistema
– programas de aplicação
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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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Componentes de um Sistema de
Computação
• Hardware - fornece os recursos básicos para se
realizar a computação propriamente dita (CPU,
Memória, Dispositivos de I/O).
• Kernel - controla e coordena o uso do hardware
através dos programas dos usuários.
• Aplicativos e Utilitários - define a maneira como os
recursos do sistema são usados para resolver a
computação dos problemas dos usuários.
• Usuários - podem ser os usuários regulares,
programadores, analistas, programas e computadores.
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Visão Abstrata dos Componentes
de um Sistema de Computação
5
História dos Sistemas Operacionais (1)
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 (2)
• Primeira geração 1945 - 1955
– Válvulas, painéis de programação
• Segunda geração 1955 - 1965
– transistores, sistemas em lote
• Terceira geração 1965 – 1980
– CIs e multiprogramação
• Quarta geração 1980 – presente
– Computadores pessoais
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História dos Sistemas Operacionais (3)
Estrutura de um job FMS típico – 2a. geração
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História dos Sistemas Operacionais (4)
• Sistema de Tempo compartilhado
• Sistema de multiprogramação
– Três jobs na memória – 3a. Geração
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História dos Sistemas Operacionais (5)
• Funcionalidades necessárias para a
multiprogramação
– Rotinas de I/O fornecidas pelo sistema.
– Gerenciamento de memória
• O sistema deve alocar e liberar a memória
para vários jobs/programas.
– Escalonamento da CPU
• O sistema deve escolher entre os vários
jobs/programas qual está pronto para ser
executado.
– Alocação dos dispositivos.
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História dos Sistemas Operacionais (6)
• Sistemas de tempo Compartilhado
– A CPU alterna o atendimento dos vários jobs que
estão na memória
• a CPU será alocada apenas se o job estiver
na memória.
– Um job alterna entre a memória e o disco
• área de swap.
– Comunicação on-line entre o usuário e o sistema é
fornecida.
• Computação Interativa.
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O Zoológico de Sistemas
Operacionais(1)
• Sistemas operacionais de computadores
pessoais (desktops)
• Sistemas operacionais de multiprocessadores (paralelos)
• Sistemas operacionais distribuídos
• Sistemas operacionais de tempo-real
• Sistemas operacionais embarcados
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O Zoológico de Sistemas
Operacionais(2)
• Sistemas operacionais de computadores pessoais
(desktops)
– Sistema computacional dedicado para um único
usuário.
– Dispositivos de I/O
• Teclados, mouse, monitores de vídeo e
impressoras.
– Conveniência e responsabilidade para o usuário.
– Podem adotar tecnologia desenvolvida para
sistemas operacionais maiores.
– Podem executar diferentes sistemas operacionais.
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O Zoológico de Sistemas
Operacionais(3)
• Sistemas operacionais de multiprocessadores (paralelos)
– Sistemas multiprocessados com mais do que uma
CPU em comunicação direta.
– Sistemas Fisicamente e Logicamente Paralelos.
– Sistemas Fortemente Acoplados
• Processadores compartilham memória e um
clock; a comunicação normamalmente é feita
utilizando-se a memória compartilhada ou
barramento de dados.
– Vantagens
• Aumento do Throughput e economia.
• Aumento da confiabilidade
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O Zoológico de Sistemas
Operacionais(4)
• Sistemas operacionais distribuídos
– Distribui a computação, ou programas, entre os vários
processadores existentes.
– Sistemas Fracamente Acoplado
• Cada processador possui sua própria memória
local; processadores comunicam-se uns com os
outros através de um sub-sistema de comunicação
(rede de comunicação local ou de longa distância).
– Vantagens
• Compartilhamento de Recursos.
• Balanceamento de carga.
• Confiabilidade.
• Comunicação.
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O Zoológico de Sistemas
Operacionais(5)
• Sistemas operacionais de tempo-real
– Utilizados para controlar um dispositivo em
uma aplicação ou ambiente dedicado,
como controle de experimentos científicos,
sistemas de imagens médicas, sistemas de
controle industrial entre outros.
– A resposta à uma requisição é extremamente
rígida em relação ao tempo.
– Sistemas de tempo real podem ser do tipo
hard ou soft real time.
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O Zoológico de Sistemas
Operacionais(6)
• Sistemas operacionais de tempo-real
– Hard Real Time
• Dispositivos de armazenamento secundário
limitados ou ausentes, dados são
armazenados normalmente em material
semicondutor.
• Conflita com os sistemas de tempo
compartilhado, são SOs de uso específico.
– Soft Real Time
• Utilização limitada a simulações e realidade
virtual.
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O Zoológico de Sistemas
Operacionais(7)
• Sistemas operacionais embarcados
– Personal Digital Assistants (PDAs).
– Telefones celulares.
– Considerações
• Memória Limitada
• Processadores lentos
• Pequenas Telas de Exibição.
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Evolução do Conceitos dos SO's
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Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (1)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Gerência de Processos
Gerência de Memória Principal
Gerência de Arquivos
Gerência do Sistema de I/O
Gerência de Armazenamento Secundário
Rede
Sistema de Proteção
Serviços do Sistema Operacional
Interpretador de Comandos do Sistema
Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (2)
• Gerência de Processos
– Processo é um programa em execução e necessita
de certos recursos, como tempo de CPU, memória,
arquivos e dispositivos de I/O, para completar sua
tarefa.
– Responsabilidades do Sistema Operacional:
• criar e destruir processos do usuário e do sistema;
• suspender e reativar processos;
• fornecer mecanismos para
– comunicação entre processos;
– sincronização entre processos;
– tratamento de deadlocks (impasses).
Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (3)
• Uma árvore de processos
– A criou dois processos filhos: B e C
– B criou três processos filhos: D, E, e F
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Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (4)
• Gerência de Memória Principal
– A memória principal é um armazenador de acesso
rápido e compartilhável entre a CPU e os dispositivos
de I/O, além de ser volátil, ou seja, perderá seu
conteúdo em caso de falhas no sistema.
– Responsabilidades do Sistema Operacional:
• conhecer quais partes da memória estão sendo
usadas e por quem;
• decidir quais processos serão carregados quando
o espaço da memória torna-se disponível;
• Alocar e liberar espaço da memória quando for
necessário.
Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (5)
• Divisão da Memória
Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (6)
• Gerência de Arquivos
– Um arquivo é uma coleção de informações definidas
pelo seu criador. Normalmente representa programas
(fonte, objeto e executável) ou dados.
– Responsabilidades do Sistema Operacional:
• criar e remover arquivos;
• criar e remover diretórios;
• disponibilizar primitivas para manipulação de
arquivos e diretórios;
• mapear os arquivos no dispositivo de
armazenamento secundário;
• copiar arquivos entre dispositivos de
armazenamento não voláteis.
Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (7)
Sistema de arquivos de um departamento universitário
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Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (8)
• Gerência do Sistema de I/O
– Ocultar as peculiaridades de dispositivos de
hardware específicos do usuário.
– O subsistema de I/O consiste em:
• buffering, caching e spooling;
• interface geral de driver de dispositivo
(device-driver);
• drivers para dispositivos de hardware
específicos.
– Apenas o driver de dispositivo conhece as
peculiaridades do dispositivo específico ao qual
foi atribuído.
Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (9)
• Gerência de Armazenamento Secundário
– A memória principal (armazenamento primário) é
volátil e muito pequena para armazenar todos os
dados e programas permanentemente, portanto,
o sistema computacional deve fornecer
armazenamento secundário para auxiliar a
memória principal.
– Responsabilidades do Sistema Operacional:
• gerenciamento de espaço livre;
• alocação de armazenamento;
• escalonamento de disco (ordenação e
seleção das operações p/ o uso de discos).
Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (10)
• Rede
– Coleção de computadores compartilhando recursos.
– Cada computador tem seu próprio processador,
memória e clock, além do sistema operacional.
– Os computadores são interligados através de um
sub-sistema de comunicação e utilizam protocolos
para viabilizar a comunicação.
– Acesso aos recursos compartilhados permitem:
• speed-up computacional (aumento na
velodidade de processamento);
• aumento na disponibilidade dos dados;
• aumento da confiabilidade.
Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (11)
• Sistema de Proteção
– Proteção refere-se a qualquer mecanismo para
controlar o acesso de programas, processos ou
usuários aos recursos do sistema ou de outros
usuários.
– O mecanismo de proteção deve:
• distinguir entre uso autorizado e não
autorizado;
• especificar o tipo de controle a ser utilizado;
• fornecer os meios para viabilizar estes
controles.
Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (12)
• Resumindo:
– Serviços do Sistema Operacional
• Execução de programas
• Operações de I/O
• Manipulação do Sistema de Arquivos
• Comunicações
• Detecção de Erros
• Alocação de Recursos
• Contabilização
• Proteção
Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (13)
• Interpretador de Comandos do Sistema
– Os comandos são enviados ao sistema operacional
através de uma interface caracter ou orientada a
mouse (“gráfica”).
• “ORIENTADOS A TECLADO” x “ORIENTADOS A MOUSE”
– Outros nomes: SHELL (casca do sistema), “prompt do
sistema”, “console”, interpretador de linha de
comando, “terminal”.
– Os comandos interagem com:
• gerenciamento de processos;
• gerenciamento de memória principal;
• gerenciamento de arquivos (do usuário e do sistema);
• manipulação de I/O;
• gerenciamento de armazenamento secundário;
• Proteção/rede.
Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (14)
Modelo simples de estruturação
de um sistema monolítico
Chamada ao Sistema
• As Chamadas ao sistema (system calls)
fornecem uma interface entre um programa
que está em execução e o sistema
operacional.
• Usadas para
– Controle de Processos
– Gerência de Arquivos
– Gerência de Dispositivos
– Manutenção de Informações
– Comunicações
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
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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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Algumas Chamadas ao Sistema
para Tarefas Diversas
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Chamadas ao Sistema
Algumas chamadas da interface API Win32
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