Arquitetura de Sistemas Operacionais

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ARQUITETURA
DE
SISTEMAS OPERACIONAIS
1.
GENERALIDADES
1.1.
Definição
O Sistema Operacional (SO) é um programa que controla e coordena todas as operações
de um sistema de computação. É, muitas vezes, também chamado de Supervisor, Monitor,
Executivo ou Controlador.
1.2 Conceitos Básicos dos Sistemas Operacionais
Com a evolução do hardware dos computadores foi possível projetar SOs de dois níveis:
nível Supervisor
nível Usuário.
Com a definição destes dois níveis, foi possível restringir ao nível Supervisor
a execução de controles de máquina que pudessem interferir nas tarefas de outros
usuários.
Por exemplo, se um computador admite vários usuários simultaneamente, quando um deles
está escrevendo em uma unidade de fita magnética nenhum outro poderá fazê-lo enquanto
o primeiro não a liberar.
Fica
claro
que
os
recursos
do
sistema
podem ser compartilhados devem ter uma alocação centralizada.
que
Este controle é feito pelo SO e se o programa do usuário necessitar de uma operação
de acesso ao recurso, precisa fazer uma chamada ao SO que, passando para o nível
Supervisor, executa a operação solicitada.
Em função de parâmetros previamente estabelecidos, o SO carrega, interrompe ou limita
as ações dos programas, controla o armazenamento de dados e dirige o uso dos periféricos,
entre outras funções.
Os SOs dos computadores atuais procuram (obviamente dentro das limitações
do
hardware
de
cada
sistema)
reduzir
ao
mínimo
a
intervenção do usuário em atividades intrínsecas ao funcionamento da máquina, de tal
forma que o usuário se preocupe quase exclusivamente com o seu problema específico.
1.3. Estruturas de Processamento
Existem 5 estruturas básicas de processamento:
- mono-usuário
- multitarefa
- multiprogramação
- multiusuário
- multiprocessamento.
1.3.1 Mono-usuário
Nesta estrutura de processamento somente um programa é executado de cada vez e
apenas por um usuário também de cada vez.
1.3.2 Multitarefa
Nesta estrutura de processamento é permitido a realização de diferentes tarefas
simultaneamente.
Multitarefa é normalmente um recurso oferecido pelo sistema operacional para executar
tarefas concorrentes.
Exemplos de tarefas que podem
ser realizadas simultaneamente:
- imprimir
- editar um texto
- gravar um programa em disco
- enviar dados por modem.
Na Multitarefa o processador trabalha em várias partes de um mesmo programa e não em
vários programas concorrentemente.
1.3.3 Multiprogramação
Nesta
estrutura
de
processamento
é
permitido
a
execução
concorrente, ou aparentemente simultânea de múltiplos programas por um único
computador.
1.3.4 Multiusuário
Nesta estrutura de processamento além de multiprogramação vários usuários passam a
compartilhar o mesmo computador.
A arquitetura tradicional é um computador central e vários terminais, chamados de
terminais burros por não terem capacidade de processamento próprio.
1.3.5 Multiprocessamento
Nesta
estrutura
o
processadores para executar
processamento paralelo.
um
sistema
ou vários
multiusuário
usa
múltiplos
programas. Também é chamado de
1.4 Características dos SOs modernos
As principais características de um SO moderno são:
-
interface extremamente amigável com usuário final
recurso plug and play
suporte a rede e a Internet
explore ao máximo os recursos de hardware disponível (como memória)
permita compatibilidade com programas feitos para versões anteriores do mesmo SO e
com programas destinados para outros SOs
disponha de segurança aos dados e privacidade ao usuário
multitarefa preemptiva
multithreading
não vulnerável a crash ou travamentos ou deadlock.
1.5 Busca do Setor de Boot
Quando o computador é ligado, um pequeno programa gravado no primeiro ou nos dois
primeiros setores do disco (BOOT) é carregado para memória automaticamente. Sua função
será unicamente ler o sistema operacional para RAM.
1.6 Modo Real
Os programas podem acessar diretamente posições de memória, executar operações de
E/S de baixo nível ou acessar diretamente o hardware de periféricos.
Os programas executados em MODO REAL podem ter o completo controle do computador.
O processsamento em MODO REAL é inaceitável em ambiente multiprogramação pois
permite que os programas se afetem mutuamente.
1.7 Modo Protegido
Os programas não podem acessar diretamente posições de memória, executar operações
de E/S de baixo nível ou acessar diretamente o hardware de periféricos.
O SO mantém um estrito controle de cada aplicação, protegendo cada programa de outros
programas.
1.8 Classificação dos SOs
Os SOs normalmente são classificados em:
- batch
(lote)
- time-sharing (compartilhado)
- real time
(tempo real)
2. SISTEMA OPERACIONAL BATCH
Os SOs do tipo BATCH funcionam de tal forma que um lote de tarefas é
organizado na entrada e as tarefas são processadas seqüencialmente, uma após a outra.
Em sistemas deste tipo o tempo de resposta (tempo decorrido entre a entrega da tarefa
ao sistema e saída do resultado) pode ser alto, devido ao agrupamento das tarefas,
fazendo com que programas curtos submetidos após um programa longo tenham que esperar
a execução por ordem de chegada, degradando o tempo de resposta.
Por outro lado, os sistemas tipo BATCH, quando bem projetados, podem ter
um throughput (razão de execução de tarefas por unidade de tempo) muito
alto, porque o processador é melhor utilizado e os SOs podem ser bem simplificados.
3. SISTEMA OPERACIONAL TIME-SHARING
Nos Sistemas Operacionais do tipo TIME-SHARING o usuário tem acesso ao
computador através de um terminal de vídeo, enquanto a capacidade de
processamento do sistema é dividida por todos os usuários conectados ao
computador em um determinado instante. Cada comando do usuário é interpretado e
executado em seguida. Em caso de erro, este é imediatamente comunicado através do
terminal.
Nestes sistemas o usuário normalmente prepara os seus programas no próprio
terminal, por meio de um Editor de Textos, compila-os, executa-os e comanda a impressão
dos resultados quando achar conveniente. Em caso de erro, ele providencia as alterações,
utilizando o Editor de Textos, e repete o procedimento.
Os sistemas TIME-SHARING devem dar resposta em alguns segundos para a maioria dos
comandos de tal modo que cada usuário tenha a impressão que o sistema está dedicado à
sua tarefa.
Os problemas provocados pelo compartilhamento da memória principal e dos periféricos e
pela segurança dos arquivos armazenados em memória secundária, tornam os SOs TIMESHARING muito mais complexos e com um throughput muito menor do que os sistemas tipo
BATCH de mesmo porte. Mas, considerando outros fatores, tais como o tempo
humano para desenvolver e depurar um projeto complexo, a produtividade de cada tarefa
torna-se muito maior.
4. SISTEMA OPERACIONAL REAL TIME
Em SOs do tipo REAL TIME os comandos devem ser executados num intervalo de tempo
realístico em termos humanos, isto é, o sistema deve responder num intervalo de tempo
prefixado, após o qual haverá perda de informações ou operação incorreta.
Estes
sistemas
são
semelhantes
aos
sistemas
TIME-SHARING,
mas seus objetivos são muito diferentes. Eles são destinados a aplicações de
medição/controle, que exijam monitoramento contínuo de instrumentos e tempos de
respostas rígidos. Além disso, em REAL TIME um ou mais usuários estão operando
um único programa ou um pequeno conjunto de programas, enquanto em sistemas
TIME-SHARING cada usuário está executando uma aplicação diferente. Os
sistemas de Real Time são normalmente operados por um funcionário ou cliente
de determinado serviço, enquanto em sistemas TIME...
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