Revisão de Hardware

SOP - TADS
Fundamentos de Sistemas
Operacionais
Prof. Ricardo José Pfitscher
[email protected]
Material cedido por:
Prof. Rafael Rodrigues Obelheiro
Prof. Maurício Aronne Pillon
Revisão – Ultima aula
• O que é um SO
– Duas visões
• Características das 4 gerações
• Tipos de SO
• Conceitos
–
–
–
–
–
Processo
Deadlock (impasses)
Gerenciamento de memória
Gerenciamento de Arquivos
Chamadas de sistemas
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Cronograma
• Revisão de Hardware
• Organização de SO
Revisão de Hardware [1/9]
• Componentes de um Computador
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Revisão de Hardware [2/9]
•
Processador [1/2]:
–
Ciclo: Busca-Decodifica-Executa
•
•
•
–
–
Memória: Acesso lento Uso de registradores
Registradores:
•
•
•
•
–
Buscar a primeira instrução na memória
Decodifica para determinar seus operandos e qual operação executar
Executa a operação
Propósito geral: Variáveis e resultados temporários
Contador de programa: Endereço de memória da próxima instrução a ser buscada
Ponteiro de Pilha: Indica o topo da pilha (memória) do programa corrente em
execução
PSW (Program Status Word): Quais as interrupções habilitadas e qual o modo de
operação da CPU
Evolução do modo simples (uma instrução por vez) Melhor desempenho
(a) Pipeline de três estágios
(b) Uma CPU superescalar
Revisão de Hardware [3/9]
•
Processador [2/2]
– Pode trabalhar em dois modos de operação (Em geral, definido no
PSW):
• Modo Núcleo (kernel ou supervisor)
– A CPU pode executar qualquer instrução
– A CPU tem acesso a qualquer atributo de seu hardware
– O SO executa em modo núcleo
• Modo Usuário
– Acesso a um subconjunto de instruções
– Acesso a um subconjunto de atributos
– Instruções que envolvem E/S e proteção de memória são inacessíveis ao modo
usuário
– Chaveamento entre modos:
• Trap: usuário núcleo
– Chamada de sistema:
» O Programa solicita ao SO que realize determinada operação
– Traps de hardware (exceções)
» Ex.: Tentativa de dividir por 0, O SO decide o que fazer após o aviso de
hardware
• Instrução: Núcleo Usuário
– O SO retorna ao programa o controle sobre as instruções
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Revisão de Hardware [4/9]
• Memória [1/3]
– Segundo principal componente
– Idealmente, deveria ser rápida (não atrasando assim
a CPU), deveria ser grande e barata
• Nenhuma tecnologia é capaz de atingir esses requisitos
(Simultaneamente)
– Memória é construída como uma hierarquia de
camadas
• Camada superior: Maior velocidade, menor capacidade,
maior custo por bit
Revisão de Hardware [5/9]
• Memória [2/3]
– Estrutura hierárquica
– Valores aproximados
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Revisão de Hardware [6/9]
• Memória [3/3]
– Disco:
• Custo por bit é 2 vezes mais barato que a RAM
• Acesso é 3 vezes mais lento (dispositivo mecânico)
Os pratos metálicos giram a uma
velocidade determinada (5400,
7200...)
As leituras são feitas pelas cabeças em
regiões circulares chamadas trilhas.
Todas as trilhas de uma posição
formam um cilindro
Cada trilha é dividida em setores (512
bytes)
Revisão de Hardware [7/9]
•
Dispositivos de E/S [1/2]
– Composto de duas partes:
• Controlador
– Chip ou conjunto de chips que controla o dispositivo
– Registradores de dados, controle, status
• Dispositivo
– Interfaces simples Devem ser padronizados
– Ex.: Qualquer controlador IDE pode controlar qualquer disco IDE
– Driver de dispositivo
•
•
•
•
Cada controlador é diferente
São necessários programas para controlá-los
Fornecido pelo fabricante do dispositivo
Executam em modo núcleo para ter acesso ao dispositivo
– Modos de operação
• E/S Programada
– Chamada de Sistema, Aguarda o dispositivo terminar a operação
• Interrupções
– Aguarda uma interrupção do controlador para sinalizar o término
• DMA (Direct Memory Access)
– Chip, controla o fluxo de bits entre memória e controlador sem intervenção
constante da CPU
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Revisão de Hardware [8/9]
• Dispositivos de E/S [2/2]
3. Se estiver preparado,
sinaliza à CPU
4. O controlador põe o
número do dispositivo no
barramento, para que a
CPU saiba quem terminou
2. O controlador inicializa o
1. O driver informa ao controlador o
que deve ser feito
a)
b)
dispositivo, quando ele
termina, o controlador
sinaliza
Passos para iniciar um dispositivo de E/S e obter uma interrupção
Como é feita a interrupção
Revisão de Hardware [9/9]
• Barramentos
528 MB/s
160 MB/s
1,5 a 60 MB/s
16,67 MB/s
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Cronograma
• Revisão de Hardware
• Organização de SO
Organização de SO [1/8]
• Como o sistema operacional é organizado
internamente
• Dividido em 4 estruturas clássicas:
– Monolítico
– Em camadas
– Máquinas virtuais
– Cliente/Servidor
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Organização de SO [2/8]
• Sistemas Monolíticos [1/2]
– O SO é visto como um único programa em
modo núcleo
– Composto por uma coleção de rotinas
(procedimentos)
– Invocação Livre:
• Cada rotina é livre para chamar qualquer outra
– As rotinas podem visualizar as outras rotinas
– Confiabilidade
– Bom desempenho
Organização de SO [3/8]
• Sistemas Monolíticos [2/2]
– Procedimentos de serviço implementam as chamadas de
sistema
– Procedimentos utilitários realizam tarefas para os procedimentos
de serviço, como buscar dados de programas
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Organização de SO [4/8]
• Sistemas em camadas [1/2]
– Cada camada é responsável por determinada
função
– Interfaces bem definidas entre camadas
– Cada camada utiliza dos serviços da camada
inferior
– Necessita suporte do hardware
– Exemplos: THE, MULTICS
Organização de SO [5/8]
• Sistemas em camadas [2/2]
– Estrutura do sistema operacional THE (Holandês)
– O MULTICS era descrito como uma série de anéis,
cada anel interno era mais privilegiado que o externo
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Organização de SO [6/8]
• Máquinas virtuais
•
•
•
•
•
O MMV fornece uma abstração do hardware para as MVs
Isolamento entre MVs
Diferentes Sistemas operacionais nas MVs
Desempenho depende do suporte do hardware
Consolidação de Servidores
Organização de SO [7/8]
• Modelo Cliente-Servidor [1/2]
– Funcionalidades do núcleo particionadas
• Micronúcleo (Microkernel)
• Servidores no espaço de usuário
– Comunicação por troca de mensagens
– Algumas (poucas) funções exigem modo núcleo
– Confiabilidade vs Desempenho
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Organização de SO [8/8]
• Modelo Cliente-Servidor [2/2]
– Modelo cliente-servidor pode se adaptar a idéia de
sistemas distribuído
– A Web se enquadra nesta idéia
• Um cliente solicita uma página, o servidor retorna a página
ao cliente
Próxima Aula
• Processos
– Cap. 2.1
– Exercícios Fork()
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Bibliografia
• Andrew S. Tanenbaum. Sistemas
Operacionais Modernos, 3a Edição.
Capítulo 1.Pearson Prentice-Hall, 2009.
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