03-sistemas operacionais

7/29/2019 03-Sistemas Operacionais

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Copyright 2007, ESAB Escola Superior Aberta do Brasil1

MDULO DE:

SISTEMAS OPERACIONAIS

AUTORIA:

FILIPE DE CASTRO FERREIRA

Copyright 2008, ESAB Escola Superior Aberta do Brasi l


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Mdulo de: Sistemas Operacionais

Autoria: Filipe De Castro Ferreira

Primeira edio: 2008

Todos os direitos desta edio reservados

ESAB ESCOLA SUPERIOR ABERTA DO BRASIL LTDA

http://www.esab.edu.br

Av. Santa Leopoldina, n 840/07Bairro Itaparica Vila Velha, ES

CEP: 29102-040

Copyright 2008, ESAB Escola Superior Aberta do Brasil


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ApresentaoSe voc possui um computador ou trabalha com um, ento j utilizou um sistema

operacional. Todos os computadores vendidos para o uso domstico ou para escritrios,

incluindo os notebooks (computadores portteis) utilizam um programa chamado Sistema

Operacional. A maioria dos computadores vendidos vem com o MS-Windows XP. Alguns

computadores utilizados em empresas, denominados os Computadores Servidores possuem

um sistema operacional chamado Unix, e existe um tipo de computador chamado Macintosh

cujo sistema operacional denominado Mac-OS X. O Sistema Operacional o primeiro

programa que um computador ir executar. Sem o sistema operacional, os computadores

atuais seriam inutilizveis.

Recentemente os sistemas operacionais tambm so utilizados em telefones celulares,

contendo a maioria das funcionalidades que so encontradas nos sistemas operacionais dos

computadores. Um celular moderno mais poderoso que um computador de mesa, daqueles

de 20 anos atrs.

O objetivo de um sistema operacional organizar e controlar o hardware e o software paraque o dispositivo funcione de maneira flexvel e previsvel. Neste mdulo, vamos explicar

quais as caractersticas que um programa deve possuir para ser chamado de sistema

operacional e mostrar como funciona o sistema operacional do seu computador.


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ObjetivoEste mdulo tem como objetivo passar aos alunos os conhecimentos gerais sobre os

Sistemas Operacionais: como so construdos, quais so as caractersticas que devem estar

presentes, os tipos de sistemas operacionais, quais as diferenas entre os sistemas, dentre

outros tpicos.

EmentaEsta disciplina ser trabalhada da seguinte maneira:

Parte Terica - Conceitos Gerais, Estruturao do Sistema Operacional,Gerenciamento de Processos, Memria, Dispositivos e Arquivos, Diferenas entre os

Sistemas de Arquivos, Diferenas entre o MS-Windows e Linux, Sistemas Especficos.

Parte Prtica Realizao de exerccios, atividades, leituras adicionais, debates.

Material Complementar vdeos informativos e apostilas com assuntos diversos.


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Sobre o AutorBacharel em Sistemas de Informao; Ps-Graduado em Engenharia de Sistemas; Ps-

graduando MBA em Gerncia de Projetos; Certificado PMP (Project Management

Professional); Especialista nas tecnologias MS Project 2007, Project Server 2007 (EPM 2007)

e Microsoft SharePoint 2007; Experincia como consultor pela Microsoft Brasil (MCS),

Gerente de Fbrica de Software Petrobras, Analista em Projetos de desenvolvimento de

Sistemas e administrador de redes Windows e Linux. Atualmente atuo como Gerente de

Projetos na Petrobras e Tutor na ESAB (Escola Superior Aberta do Brasil) em Cursos de Ps-

Graduao.


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SUMRIOUNIDADE 1 ........................................................................................................... 9

Histrico ............................................................................................................. 9UNIDADE 2 ......................................................................................................... 12

Primeiros Microcomputadores ......................................................................... 12UNIDADE 3 ......................................................................................................... 17

Sistemas Operacionais Avanados ................................................................. 17UNIDADE 4 ......................................................................................................... 20

Estrutura Do Sistema Operacional .................................................................. 20UNIDADE 5 ......................................................................................................... 24

Processos ......................................................................................................... 24UNIDADE 6 ......................................................................................................... 29Threads ............................................................................................................ 29

UNIDADE 7 ......................................................................................................... 34Comunicao Entre Processos ........................................................................ 34

UNIDADE 8 ......................................................................................................... 39Gerenciamento De Processos ......................................................................... 39

UNIDADE 9 ......................................................................................................... 42Sincronizao Dos Recursos ........................................................................... 42

UNIDADE 10 ....................................................................................................... 46Preveno Contra Bloqueio ............................................................................. 46

UNIDADE 11 ....................................................................................................... 51Gerenciamento Da Memria ............................................................................ 51

UNIDADE 12 ....................................................................................................... 54Memria Virtual ................................................................................................ 54

UNIDADE 13 ....................................................................................................... 58


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Memria Paginada ........................................................................................... 58UNIDADE 14 ....................................................................................................... 64

Memria Segmentada ...................................................................................... 64UNIDADE 15 ....................................................................................................... 67

Gerenciamento De Dispositivos ....................................................................... 67UNIDADE 16 ....................................................................................................... 72

Sistema De Arquivos ........................................................................................ 72UNIDADE 17 ....................................................................................................... 78

Sistema De Arquivos NTFS ............................................................................. 78UNIDADE 18 ....................................................................................................... 84

Linux Ext ........................................................................................................... 84UNIDADE 19 ....................................................................................................... 89

Interface Com O Usurio ................................................................................. 89UNIDADE 20 ....................................................................................................... 92

Sistemas Operacionais Para Redes De Computadores ................................. 92UNIDADE 21 ....................................................................................................... 96

Gerenciamento De Usurio ............................................................................. 96UNIDADE 22 ....................................................................................................... 99

Ldap.................................................................................................................. 99UNIDADE 23 ..................................................................................................... 102

Active Directory .............................................................................................. 102UNIDADE 24 ..................................................................................................... 106

Aspectos Relativos A Segurana ................................................................... 106UNIDADE 25 ..................................................................................................... 112

Sistemas Embutidos ...................................................................................... 112UNIDADE 26 ..................................................................................................... 116

Sistema Virtual ............................................................................................... 116UNIDADE 27 ..................................................................................................... 120


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Sistema Operacional Na Internet ................................................................... 120UNIDADE 28 ..................................................................................................... 123

Computao De Alto Desempenho ............................................................... 123UNIDADE 29 ..................................................................................................... 128

Microsoft Windows ......................................................................................... 128UNIDADE 30 ..................................................................................................... 135

Linux ............................................................................................................... 135GLOSSRIO ..................................................................................................... 141REFERNCIAS ................................................................................................. 142


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UNIDADE 1Objetivo: Apresentar o desenvolvimento histrico dos sistemas operacionais para que oaluno perceba a evoluo ocorrida desde o incio da informtica at os dias atuais.

Histrico

1. Primeiros Computadores

Em 1890, foi desenvolvido o primeiro computador mecnico. A partir de 1930, comearam as

pesquisas para substituir as partes mecnicas por eltricas. O Mark I, construdo em 1944

por uma equipe da Inglaterra, o primeiro computador eletromecnico capaz de efetuar

clculos mais complexos sem a interferncia humana. Ele media 15m x 2,5m. Em 1946,

surgiu o ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), primeiro computador

eletrnico e digital automtico: pesava 30 toneladas, utilizava cerca de 18 mil vlvulas e

realizava 4.500 clculos por segundo. O ENIAC continha a arquitetura bsica de um

computador. A inveno do transistor, em 1947, substituiu progressivamente as vlvulas,

aumentando a velocidade das mquinas.

Os primeiros computadores, por serem eletromecnicos, eram muito difceis de serem

operados. Era necessrio ter o conhecimento de toda a sua arquitetura e a programao

dessas mquinas era feita em paineis contendo cerca de 6.000 interruptores. E, alm disso,

esses computadores no possuam monitor ou teclado, nem sistema operacional.

A partir de 1950 os computadores comearam a ser construdos com a utilizao detransistores, tornando-se mquinas puramente eletrnicas. Surgiram dispositivos auxiliares

para operarem em conjunto com o computador, tais como: disco-rgido, memria RAM,

teclado e monitor. Foi nessa poca que surgiu o primeiro computador, o Univac 1103, com


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um sistema operacional, o ERA, programa que permitia a interao, limitada, entre o

operador e a mquina e possibilitava a execuo das tarefas de maneira mais simplificada.

Na dcada de 60 surgiram os circuitos integrados, que permitiram a criao de

computadores por um preo bastante inferior. Um computador de capacidade mdia, da

dcada de 50, custava centenas de milhares de dlares, e um com capacidade equivalente,

da dcada de 1960, podia ser comprado por cerca de 20.000 dlares. Graas queda nos

preos, os computadores tornaram-se equipamentos comuns nas mdias e grandes

empresas dos Estados Unidos e Europa. Alm da queda nos preos, houve tambm o

surgimento de vrias inovaes, tanto na eletrnica quanto na rea do desenvolvimento de

programas. Em 1971, a Intel projetou o processador i4004, dispositivo que reuniu num

mesmo circuito, todas as funes do computador, tecnologia que permitiu a criao docomputador pessoal, ou microcomputador. O processador a parte mais importante do

computador, pois responsvel por coordenar a realizao de todas as tarefas.

2. Primeiros Microcomputadores

O primeiro computador pessoal o Apple I, inventado em 1976 pelos americanos Steve J obs

e Stephan Wozniak. Em 1981, a IBM lanou o seu PC (Personal Computer), que se tornou

um sucesso comercial, utilizando o processador Intel i8080. Posteriormente, os PC's

passaram a usar processadores cada vez mais potentes: i286, i386SX, i386DX, i486SX,

i486DX. Na dcada de 90 surgiram os computadores que, alm do processamento de dados,

renem fax, modem, secretria eletrnica, scanner, acesso Internet e unidade para CD.

Basicamente, o computador formado por: Gabinete, Monitor, Teclado e Mouse. Os outros

dispositivos (caixa de som, microfone, impressora, digitalizador, etc.) so dispositivos

acessrios.

Na dcada de 80 os computadores tornaram-se equipamentos populares, comprados para

serem utilizados em casa, auxiliando a organizao e planejamento domstico, alm de ser

utilizado no entretenimento familiar. Havia uma diferena essencial nos sistemas


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operacionais feitos at a dcada de 80 e os sistemas feitos a partir de 1990: a maneira como

o usurio realizava as operaes no computador.

Ainda em 1980 um determinado tipo de sistema operacional comea a se tornar popular: o

Sistema Operacional com Interface Grfica. Em 1984 surge o Apple Macintosh, primeiro

computador popular com interface grfica, e em 1985 surge o MS-Windows 1.0, primeira

verso do sistema operacional Windows.

3. Sistemas Operacionais Modernos

Em 1993 a empresa Intel, que, na poca, j detinha a liderana no desenvolvimento de

processadores, criou o Pentium, e em 1995 a Microsoft lana o Sistema Operacional

Windows 95, e a partir dessa data iniciou-se uma nova etapa na Computao, com avanos

tecnolgicos em praticamente todas as reas.

Atualmente quase todos os sistemas operacionais utilizam interfaces grficas para permitir

que o usurio possa realizar todas as tarefas no computador (ou em telefones celulares com

vrias funcionalidades). Os sistemas mais utilizados atualmente so: MS-Windows, Mac-OS

X, Linux (KDE) e Symbian (utilizado na maioria dos aparelhos de telefone celular). Autilizao de interfaces grficas facilita em muito a utilizao dos computadores, pois a torna

mais intuitiva e mais simples.


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UNIDADE 2Objetivo: Apresentar os diferentes tipos de sistemas operacionais que podem existir, e asdiferenas entre eles.

Primeiros Microcomputadores

1. Classif icao Dos Sistemas Operacionais

Os primeiros Sistemas Operacionais foram feitos para executarem uma nica tarefa em um

computador especfico, sendo utilizado por um nico usurio a cada tarefa. Com o

desenvolvimento da informtica, os sistemas operacionais foram evoluindo, e hoje podem ser

classificados de acordo com as seguintes anlises:

Caractersticas bsicas da Arquitetura do Sistema: Monoltico, Microkernel ou Hbrido.

Capacidade de execuo das tarefas: Monotarefa ou Multitarefa;

Quantidade de usurios que podem operar o sistema: Monousurio ou Multiusurio.

2. Classif icao Pela Arquitetura Do Sistema

Em relao Arquitetura os Sistemas Operacionais podem ser:

Monoltico: possui um conjunto de instrues de alto nvel que possibilitam o

gerenciamento de processos, memria e dispositivos atravs de mdulos dedicados

que so executados com privilgios especiais. O sistema operacional escrito como

uma coleo de rotinas, em que cada uma pode chamar qualquer outra rotina, sempre

que for necessrio. Exemplos de sistemas desse tipo so: MS-Windows 98, Linux e

Solaris.


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Microkernel: algumas das funes do sistema operacional foram separadas em

programas chamados Servidores. Os servidores se comunicam com um sistema

operacional mnimo, que possui todas as instrues de manipulao e acesso a todos

os componentes do computador. O sistema Minix, que uma variao do Unix, umsistema que possui uma arquitetura de microkernel.

Hbrido: nesse caso os Servidores externos so executados em um modo chamado

protegido, permitindo assim que esses programas tenham alguns privilgios de

acesso a alguns componentes do computador, melhorando o desempenho geral do

sistema. Sendo hbrido, tem a capacidade de agregar ou desagregar funcionalidades,

sem perder performance ou estabilidade presentes na sua estrutura inicial. Sistemas

com arquitetura hbrida so: MacOS X, Windows 2000 e BeOS.

3. Classif icao Pela Execuo De Tarefas

A capacidade de execuo de tarefas divide os sistemas em:

Sistemas Monotarefa: executam uma tarefa de cada vez, como por exemplo: imprimir

um arquivo. Praticamente no so mais utilizados hoje em dia, devido ao desperdciode recursos do computador que eles causam. O extinto MS-DOS da Microsoft um

exemplo de sistema operacional monotarefa.

Sistemas Multitarefa: executam vrias tarefas simultaneamente, como por exemplo:

criar um desenho, tocar uma msica e imprimir um documento. Sistemas

Operacionais multitarefa conseguem maximizar a utilizao dos recursos do

computador. At mesmo os sistemas operacionais de alguns aparelhos de telefone

celular so multitarefa. Um exemplo o MS-Windows XP.

Os sistemas multitarefa podem ser classificados de acordo com a forma com que suas

aplicaes so gerenciadas, podendo ser divididos em: sistemas de tempo

compartilhado e sistemas de tempo real.


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Sistemas de Tempo Compartilhado: (Time Sharing Systens em ingls) permitem que

diversos programas sejam executados a partir da diviso do tempo de utilizao do

processador em pequenos intervalos, denominados fatias de tempo (time slice). Se

houver a necessidade de executar mais de um programa, o sistema operacional irdesignar uma fatia de tempo para cada um, e se a fatia de tempo concedida a um

programa no for suficiente para a concluso do mesmo, ele ser interrompido pelo

sistema operacional e seu estado corrente ser armazenado, e outro programa

entrar em execuo. Essa etapa denominada de Troca de Contexto. Essas trocas

acontecero enquanto houver algum programa que no tenha concludo a sua tarefa.

Figura 2.1: Diagrama funcional de um Sistema Operacional Monoltico

A figura 2.1 demonstra o funcionamento de um sistema de tempo compartilhado durante a

execuo de 2 programas, A e B. Inicialmente o sistema operacional executa o programa A,aps um certo tempo, o programa A ser interrompido, e a execuo passar para o

programa B. Quando o sistema operacional volta a executar o programa A, ele continua a

execuo do ponto de parada anterior.


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Sistemas de Tempo Real: a diferena dos sistemas de tempo real para os sistemas de tempo

compartilhado a definio do tempo de execuo de cada programa. Nos sistemas de

tempo compartilhado, quem define o tempo de processamento dos programas o sistema

operacional, j nos sistemas de tempo real quem define o tempo de execuo do programa o prprio programa.

No sistema de tempo real no existe o conceito de fatia de tempo, um determinado programa

ser executado no processador pelo tempo que for necessrio, at a sua concluso, ou at

que seja iniciado um programa com maior prioridade de execuo. A prioridade tambm

definida pela prpria aplicao e no pelo sistema operacional.

Praticamente todos os sistemas operacionais utilizados nos computadores hoje em dia so

de tempo compartilhado. Os sistemas Windows XP, Linux, MacOS X e Symbian so

sistemas operacionais de tempo compartilhado. Os Sistemas de Tempo Real so utilizados

em aplicaes de controle de processos, como monitoramento de refinarias de petrleo,

controle de trfego areo, de usinas, ou em qualquer aplicao em que o tempo de

processamento fator fundamental.

4. Classif icao Pela Quantidade De Usurios

Por ltimo, abordaremos a classificao quanto quantidade de usurios que operam um

sistema operacional:

Monousurio: O sistema operacional foi criado para que um nico usurio utilize os

recursos do computador. Na prtica mais de uma pessoa pode utilizar, mas, nesse

caso, o sistema operacional no far distino entre as pessoas, tratando todas como

se fossem as mesmas. Isso significa que um documento escrito por algum poderser lido (ou alterado) por outra pessoa. Alm disso, qualquer um poder executar

qualquer tarefa no computador. As agendas eletrnicas atuais, chamadas PDA

(Personal Data Assistent em ingls), utilizam um sistema operacional monousurio.


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Multiusurio: Um sistema operacional multiusurio permite que diversos usurios

utilizem os recursos do computador. O sistema operacional deve garantir que as

tarefas dos usurios estejam separadas e no haja interferncia entre as mesmas.

Cada um dos programas utilizados deve dispor de recursos suficientes e separados,de forma que o problema de um usurio no afete toda a comunidade de usurios.

Unix e sistemas operacionais mainframe como o MVS so exemplos de sistemas

operacionais multiusurio. Os sistemas operacionais Windows XP e MacOS X esto sendo

considerados sistemas multiusurios, pois fazem distino entre os vrios usurios que

utilizam o computador.


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UNIDADE 3Objetivo: Apresentar os sistemas operacionais utilizados em sistemas avanados, comocomputadores com mais de um processador, e supercomputadores dedicados aoprocessamento cientfico.

Sistemas Operacionais Avanados

1. Definio De Sistemas Avanados De Processamento

Os Sistemas Avanados de Processamento caracterizam-se por possuir duas ou mais

unidades de processamento interligadas e trabalhando em conjunto, podendo ter dois (ou

mais) processadores em um computador, ou vrios computadores conectados em rede. A

vantagem desse tipo de sistema permitir que vrias tarefas possam ser realizadas

simultaneamente, sem a necessidade de compartilhamento do tempo do processador, ou

ento que uma determinada tarefa possa ser dividida entre as unidades de processamento

para agilizar a sua concluso.

Como o sistema operacional responsvel por gerenciar a execuo das tarefas, deve estar

devidamente adaptado para operar em sistemas com mais de uma unidade de

processamento, para poder distribuir a execuo dos programas e maximizar a utilizao dos

recursos disponveis.

A construo de Sistemas Avanados de Processamento foi feita pensando-se em

aplicaes voltadas para o processamento cientfico, explorao de minerais e petrleo,

simulaes e computao grfica. Grande parte dos supercomputadores instalados ao redor

do mundo est em uso em Laboratrios de Pesquisa dos EUA, Europa e J apo, e em

grandes empresas como Dupont, Petrobrs, entre outras.


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2. Computadores Com Vrios Processadores

Os computadores com vrios processadores eram utilizados basicamente em pequenos

laboratrios cientficos. Atualmente esto disponveis a todas as pessoas, por um preo

muito acessvel. Nesses computadores, o sistema operacional pode distribuir a execuo das

tarefas pelos processadores, e em teoria, aumentar o desempenho geral do sistema

proporcionalmente quantidade de processadores disponveis na prpria mquina.

Atualmente, os sistemas operacionais Windows 2003, MacOS X, e algumas verses do Unix

podem ser executados em computadores com vrios processadores. O Windows XP no

oferece suporte para execuo nesses computadores.

Na prtica o ganho de desempenho no proporcional quantidade de processadores

instalados no computador, pois para trabalhar em um computador com vrios processadores

o prprio sistema operacional deve executar operaes de gerenciamento e controle das

rotinas para distribuir os programas pelos processadores. Alguns sistemas conseguem uma

performance superior a 90%, isto , se o computador possui 16 processadores, o

desempenho geral ser 14,4 vezes melhor do que um computador com 1 processador.

3. Processador Com Vrios Ncleos

Outro tipo de Sistema Avanado formado por computadores em que o processador central

feito com mais de uma unidade principal de processamento. Esses sistemas esto sendo

feitos atualmente para serem utilizados tambm em computadores de escritrio e

domsticos, principalmente por causa da queda de preos. Os processadores Intel Pentium

Dual Core, Intel Core Duo e AMD Athlon X2, entre outros utilizam duas unidades de

processamento em cada processador. De maneira anloga aos sistemas com vrios

processadores, o ganho de desempenho em processadores com vrios ncleos no

proporcional quantidade de ncleos do mesmo. Os processadores Intel QuadCore, e

AMD Phenom utilizam 4 unidades de processamento em um nico processador. E existem

outros com vrios ncleos como o SUN UltraSPARC T1 que possui 8 ncleos internos, e o

Tile64 com 64 ncleos de 16 bits.


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4. Processamento Distribudo

Um computador de Processamento Distribudo um sistema formado por uma rede de

computadores interligados, denominados ns da rede, com o objetivo de realizarem o

processamento conjunto de uma tarefa de grandes propores. Esta tarefa ser ento

dividida em pequenas subtarefas, e cada uma das subtarefas ser executada em um n da

rede, e dessa forma consegue-se um ganho substancial no tempo de execuo da tarefa.

Esses sistemas so construdos com alguns sistemas operacionais disponveis para

computadores de mesa, a diferena a incluso de alguns programas especiais, o mais

utilizado chama-se LAM-MPI, que permite que os computadores da rede realizem a

comunicao necessria para a diviso da execuo das tarefas. O LAM-MPI tambm possui

uma biblioteca de funes que devem ser utilizadas nos programas a serem executados nos

sistemas distribudos, de modo que realizem as devidas comunicaes e transferncias de

dados.

Os agregados de computadores (computer clusters em ingls) tambm so sistemas

distribudos, a diferena entre um Sistema Distribudo Real, como o IBM BlueGene e um

cluster que o primeiro possui uma arquitetura eletrnica especializada e um sistema

operacional especfico, enquanto que os clusters so formados por computadores comunsconectados via Ethernet e geralmente utilizam o sistema operacional Linux (o Windows NT

raro).


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UNIDADE 4Objetivo: Apresentar a estrutura de funcionamento dos sistemas operacionais modernos e arelao existente entre as funes do sistema operacional e os programas executados nocomputador.

Estrutura Do Sistema Operacional

1. Estrutura Do Sistema

O sistema operacional utilizado para organizar e controlar a realizao das tarefas feitas no

computador. Para que isso acontea de maneira ordenada, a relao atualmente utilizada

entre os componentes do sistema, isto , o computador, o sistema operacional, os

programas, e at mesmo o usurio, a seguinte:

O Usurio utiliza programas para realizar suas atividades, esses programas so: aplicativos

(Word, AutoCAD, Oracle), utilitrios (WinZip, MediaPlayer, MSN) e jogos (FIFA, Ragnarok,

Warcraft). At mesmo o Painel de Controle do Windows XP um programa:

C:\Windows\System32\control.exe.

Os programas em execuo necessitam em determinados instantes realizar o acesso a

algum dispositivo, como o monitor de vdeo ou a impressora, para apresentar o resultado de

uma tarefa ou interagir com o usurio. Imagine que um programa atualize um arquivo no

disco-rgido. O programa no pode acessar diretamente os dados no disco, pois um

recurso compartilhado e sua utilizao deve ser gerenciada pelo sistema operacional. Para

que isso acontea, os programas executam algumas operaes com o auxlio do sistema

operacional, essas operaes so realizadas utilizando-se funes denominadas Chamadas

ao Sistema, ou System Calls em ingls.


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O Sistema Operacional deve verificar qual usurio est utilizando o computador naquele

instante, se os programas em execuo esto ativos ou esperando alguma concluso de

uma tarefa, se no existe conflito entre os programas, se os dispositivos conectados ao

computador esto disponveis para utilizao, dentre outras tarefas.

2. Funes do Sistema Operacional

As principais funes do Sistema Operacional so:

Tratamento de Interrupes: Durante a execuo dos programas, o Sistema

Operacional deve estar preparado para tratar eventos inesperados. A interrupo

gerada por um evento externo ao programa em execuo, no dependente da

instruo que est sendo executada, como por exemplo, a movimentao do mouse.

Ao trmino de cada instruo do programa, o processador verifica se houve a

ocorrncia de alguma interrupo e caso haja, avisa o sistema operacional, para que o

mesmo possa realizar as devidas operaes. O programa em execuo ser

momentaneamente paralisado, e para que possa retornar execuo posteriormente,

um determinado conjunto de informaes sobre sua execuo ser armazenada. As

interrupes sempre so geradas por algum dispositivo do computador: disco-rgido,

impressora, teclado, processador, etc.

Tratamento de Excees: as excees so semelhantes s interrupes, pois ambas

ocasionam a paralisao da execuo dos programas ativos no computador. A

diferena entre ambas que nas excees a causa da paralisao originada em

algum programa em execuo. Por exemplo, em um programa que realiza operaes

matemticas no pode existir uma instruo que faa a diviso de um nmero por

zero, caso isso acontea, essa instruo no poder ser executada (pois no existe

resposta).

Quando ocorre uma exceo, o sistema operacional deve emitir um aviso apenas no

programa que causou a exceo indicando que uma operao invlida foi executada.


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(De fato, a operao em si executada, se o sistema operacional estiver preparado

para lidar com a situao, apenas um aviso ser exibido ao usurio, caso contrrio, o

sistema inteiro pode falhar. Atualmente comum o tratamento preventivo de excees

dentro do prprio programa).

Gerenciamento de Programas: o sistema operacional responsvel por colocar em

execuo, administrar e finalizar todos os programas executados no computador. No

gerenciamento feita a alocao de memria, a disponibilizao de recursos, a

administrao dos programas em execuo feita fornecendo a cada programa o

devido tempo de utilizao do processador e dos dispositivos do computador.

Gerenciamento da Memria RAM: O sistema operacional deve a todo instante verificara disponibilidade de memria RAM no computador, para evitar que haja travamento do

sistema inteiro por falta de espao para armazenamento dos programas ou dados.

Gerenciamento de Arquivos: a criao, edio e excluso de qualquer arquivo no

computador s acontecem com a permisso do sistema operacional. Nesta etapa

feita a verificao do usurio que est solicitando acesso a um determinado arquivo,

qual programa ser executado para manipul-lo, e em alguns sistemas, feito

tambm o registro em um local separado do acesso ao arquivo pelo usurio, para finsde controle.

Gerenciamento de Dispositivos: todos os dispositivos conectados ao computador so

gerenciados pelo sistema operacional, onde feita a verificao de utilizao do

dispositivo, disponibilidade do dispositivo, liberao para uso, entre outras funes.

Suporte a Redes: praticamente todos os principais sistemas operacionais

comercializados atualmente oferecem mecanismos de gerenciamento e acesso s

redes de computadores. Isto feito por meio de controle de computadores

interconectados, protocolos de comunicao utilizados e usurios que esto

autorizados a utilizar os recursos disponveis na rede.


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Alm das tarefas citadas, atualmente os sistemas operacionais tem que possuir a seguinte

caracterstica:

Sistema de Segurana: caracterstica de muita importncia nos dias de hoje, devido

grande utilizao da internet e dos recursos por ela oferecidos. O sistema operacional

deve garantir entre outras coisas que:

Apenas programas confiveis (que tenham a permisso do usurio) sejam executados

no computador;

Apenas usurios cadastrados previamente (ou autorizados momentaneamente)

tenham acesso aos recursos do computador;

As informaes armazenadas no computador s podem ser acessadas por usurios e

programas autorizados a manipul-las.

3. Chamadas ao Sistema

Durante o projeto de Sistemas Operacionais as maiores preocupaes so: proteo do

ncleo do sistema (kernel) e controle do acesso aos recursos do computador. Se um

determinado programa realizar uma operao que comprometa ou bloqueie, indevidamente,

um ou mais recursos do computador, todos os outros programas podem ficar

comprometidos. Imagine que um programa acesse o disco-rgido para gravar um arquivo, e

no libere o disco mesmo depois de gravar, todos os programas no tero acesso ao disco

por causa disso.

Para organizar a execuo dos programas, os sistemas operacionais so feitos com um

conjunto de rotinas denominado Chamadas ao Sistema. Essas rotinas so responsveis

por executarem as operaes especiais de acesso aos recursos do computador e de acesso

ao ncleo do sistema. Atravs das informaes passadas a uma rotina, que ser executada

pelo prprio sistema operacional, garantindo assim o controle de todos os recursos

disponveis no computador. Ao trmino da execuo da rotina uma resposta ser enviada ao

programa que solicitou a sua execuo.


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UNIDADE 5Objetivo: Identificar o que so processos, como so formados e executados, e a maneiracomo o sistema operacional lida com eles.

Processos

1. Definio de Processo

Um programa uma sequncia de instrues ordenadas escritas em uma linguagem

computacional (Pascal, C++, J ava, etc.). Um processo uma instncia de um programa que

est sendo executado, ou seja, o programa sendo executado no computador. Dependendo

de como o programa foi criado, mais de um processo pode estar associado a ele durante a

execuo, sendo que cada processo representa um determinado conjunto de instrues do

programa original. Isto acontece no Mediaplayer, por exemplo, quando h uma msica

tocando e o usurio est procurando outra msica na lista de msicas, neste caso existe um

programa em execuo e pelo menos dois processos associados tambm em execuo.

Os sistemas operacionais mais utilizados hoje em dia so multitarefa, realizada atravs do

compartilhamento do tempo do processador. Desta forma, vrios programas podem ser

executados, e consequentemente vrios processos, em um mesmo computador. Para

realizar esta tarefa o sistema operacional deve separar os programas, e processos, para que

a execuo seja feita de maneira organizada, e para isso as seguintes propriedades devem

ser armazenadas para cada processo:

Cdigo executvel do programa associado ao processo;

Espao de Memria utilizado, onde fica armazenado o cdigo executvel, dados

utilizados, estruturas de controle de execuo;


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Descritores do Sistema Operacional, como tabela de arquivos em disco ou servidores

de banco de dados;

Atributos de Segurana, indicando o nome do usurio que iniciou o processo, as

permisses de execuo no computador;

Estado do Processo, que informar se o processo est em execuo, esperando a

liberao de algum recurso, bloqueado ou em outra situao.

2. Gerenciamento de Programas

O sistema operacional, sendo multitarefa, realiza o compartilhamento do processador entre

os processos por meio da ativao, momentnea, do processo que ser executado no

processador. Se o processador possuir mais de um ncleo de processamento, mais de um

processo poder estar em execuo no processador. Como apenas um processo pode estar

ativo em cada ncleo do processador, os outros devero esperar alguns instantes, at que o

processo em execuo tenha sido executado pelo tempo que o sistema operacional

designou a ele. Quando o tempo do processo atual terminar, o sistema operacional realizar

uma operao chamada Troca de Contexto, em que o processo atual ser substitudo poroutro processo que estava esperando a liberao de um ncleo no processador.

A Troca de Contexto a etapa em que o sistema operacional armazenar todas as

informaes relativas execuo do processo atual, para permitir que o mesmo possa

continuar a execuo em outro momento, e incluir outro processo para ser executado. Esta

etapa deve ser executada de maneira quase instantnea, pois o processador deve ser

utilizado principalmente para executar os programas. Existem trs eventos que podem iniciar

a Troca de Contexto:

Escalonamento de Processo: como foi dito anteriormente, cada processo em

execuo ir utilizar um ncleo do processador por uma fatia de tempo, quando este

tempo se esgotar, o processo atual dever ser substitudo por outro processo;


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Ocorrncia de Interrupo ou exceo: quando h a ocorrncia de uma

interrupo/exceo, o sistema operacional deve entrar em operao para tratar da

interrupo/exceo, e para isso, o prprio sistema operacional iniciar um (ou mais)

processo (s) prprio(s).

O terceiro cenrio a troca de modo usurio para modo kernel. Quando tal transio

requisitada pelo sistema operacional, uma troca de contexto no necessria, mas

dependendo da implementao isso feito.

Os programas so um conjunto de instrues escritas em linguagem computacional.

Exemplos de programas so: MS-Word, MS-Excel, AutoCAD, Adobe Photoshop,

MediaPlayer, InternetExplorer, Need for Speed, World of Warcraft, entre outros. Quando um

programa est em execuo, pode ter um ou mais processos associados, os prprios

sistemas operacionais possuem vrios processos em execuo durante o funcionamento do

computador. Alm de controlar a execuo de cada processo, o sistema operacional deve

manter a associao entre um processo e o programa que o originou. Quando um programa

iniciado, um processo chamado Pai ou Principal criado, e todos os outros existentes

associados ao mesmo programa so denominados Processos Filhos. Se o mesmo programativer mais de uma execuo simultnea, por exemplo, duas telas do Internet Explorer

representam dois programas em execuo, cada programa ser considerado independente

do outro, com seus processos tratados de maneira independente.

3. Estados de um processo

Durante o funcionamento do computador, os vrios processos executados passaro pordiferentes estados: em espera, em execuo, bloqueado. Esses estados definem a maneira

como sero tratados pelo sistema operacional. O funcionamento especfico de cada estado

depende do sistema operacional utilizado, mas de modo geral os processos so divididos em

trs grupos.


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Quanto um processo criado, ele deve esperar que o sistema operacional conceda a ele um

tempo de execuo em um ncleo do processador, ento logo aps a criao o processo fica

em Estado de Espera e fica armazenado na memria principal do computador. Quando o

processo recebe do sistema operacional a autorizao para utilizar um ncleo doprocessador ele passa para o Estado de Execuo, e assim o processo executa suas

instrues internas. E assim o processo fica alternando entre os estados de Espera e

Execuo, enquanto o programa que o originou no for finalizado. Se durante o estado de

Execuo o processo fizer uma solicitao de algum recurso do computador ao sistema

operacional, por exemplo, gravar alguma informao no disco rgido, e o recurso no puder

ser liberado imediatamente, por exemplo, j houver um outro processo utilizando o disco-

rgido, o processo que ficar esperando a liberao do recurso passar para o Estado de

Bloqueio. Neste estado, o processo no participar das trocas de contexto feitas pelo

sistema operacional, ou seja, no voltar ao estado de Espera, at que o recurso solicitado

seja liberado. Aps a liberao do recurso, o processo passar do estado de Bloqueio para o

estado de Espera.

4. Comunicao Entre Processos

A comunicao entre os processos algo de extrema importncia, pois sem ela, a execuo

dos programas no seria feita de maneira organizada. Veja a seguinte situao: quando um

programa imprime um arquivo, o sistema operacional inicia um programa de gerenciamento

da impresso. Esse programa dever controlar a lista de arquivos a serem impressos,

permitir que outros arquivos sejam includos na lista, e enviar um arquivo por vez

impressora. Nesse caso, pelo menos trs processos sero necessrios para organizar o

gerenciamento das impresses, e se no houver comunicao entre esses processos, o

gerenciador nunca saber quando incluir um arquivo novo na lista de impresso ou quando

retirar um arquivo da lista de impresso.

Para que essa comunicao exista, tanto os programas quanto o sistema operacional devem

ser construdos de modo a permitir a efetivao da comunicao. Esta efetivao garantida


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utilizando-se mecanismos de controle e estruturas de dados que possibilitem a identificao,

organizao e separao entre os processos e informaes trocadas entre os processos. Os

sistemas operacionais oferecem algumas funes e rotinas para fornecerem suporte aos

programas, sendo que essas funes devem ser includas no programa durante o seudesenvolvimento. Alguns exemplos de mecanismos de comunicao entre processos so:

FIFO (First In First Out): Neste mecanismo, um processo abre um canal de

comunicao com outro processo, sendo que o primeiro apenas escreve dados na

FIFO, enquanto o segundo processo l dados da FIFO, este mecanismo deve ser

utilizado e gerenciado dentro dos programas, e no pelo sistema operacional.

PIPES unidirecionais: tem funcionamento semelhante ao FIFO, a diferena quenesse caso o controle da comunicao feito pelo sistema operacional.

FILA DE MENSAGENS: Uma fila de mensagens (message queue) permite criar uma

rea de troca de mensagens entre os processos, sendo que essa rea ser

administrada pelo sistema operacional. A caracterstica mais importante da Fila de

Mensagens a possibilidade de acesso a uma mensagem de maneira seletiva, pois

existe um identificador especial para cada mensagem.

Memria Compartilhada: a memria compartilhada semelhante Fila de

Mensagens, a diferena que o controle deve ser feito dentro dos programas que

utilizam este mecanismo.


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UNIDADE 6Objetivo: Conhecer o funcionamento das threads, e a relao entre as threads e osprocessos.

Threads

1. Definio De Thread

A traduo literal da palavra thread linha, e em computao pode ser entendida como a

linha (ou instruo) de programa em execuo. Mas o conceito de thread estende o simples

conceito de linha de programa, pois uma thread no definida isoladamente, e sim em

conjunto com outras threads: Threads so partes independentes de um processo em

execuo. A diferena bsica entre threads e processos : um processo no compartilha um

mesmo recurso do computador simultaneamente com outro processo, enquanto que uma

thread pode compartilhar um mesmo recurso simultaneamente com outras threads (dentro do

mesmo processo).

Vrias threads so executadas simultaneamente pelo processador, pois so partes distintas

de um processo, como por exemplo: uma thread que ir realizar a soma de dois nmeros

pode ser executada simultaneamente com uma outra thread que ir gravar uma informao

no disco-rgido. Dentro do processador, onde realmente ser feito o comando de execuo,

ocorrem algumas etapas para se completar uma operao: leitura e decodificao da

instruo, leitura dos dados, execuo da instruo, leitura e apresentao da resposta

(existem diferenas na quantidade de etapas entre os processadores, e tambm na

nomenclatura utilizada por cada um). Quando o processador comea a executar uma thread,

aps as primeiras etapas, j fica liberado para iniciar a execuo de outra thread, desta

maneira as threads sero executadas de maneira quase simultnea.


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Os processadores possuem um ou mais ncleos de processamento, e cada ncleo possui

internamente vrias unidades de processamento, cada unidade responsvel por um tipo:

comparao numrica, aritmtica, clculos com nmeros decimais (ponto flutuante), etc.

Cada unidade pode estar executando uma thread independente, e os processadores queconseguem realizar essa execuo realmente simultnea so denominados de

Processadores Multi-Threading ou Hiper-Threading (dependendo do fabricante).

A execuo de threads (parcial ou totalmente simultneas) depender, alm do processador,

do sistema operacional, pois o mesmo ir gerenciar a execuo das threads de maneira

semelhante realizada com os processos. As threads so administradas por meio das

Chamadas ao Sistema.

Em ltimo caso, praticamente no mais utilizado nos dias atuais, os prprios programas

podem ter internamente estruturas de gerenciamento de suas prprias threads, um exemplo

clssico o Internet Explorer utilizado no antigo sistema Windows 3 (anterior ao Windows

95). O Windows 3 no oferecia suporte execuo de vrias threads, mas o Internet

Explorer realizava a execuo de vrias threads atravs de mecanismos internos do prprio

programa.

2. Diferenas entre Threads e Processos

As threads se diferenciam dos processos nas seguintes propriedades:

Os processos em execuo no computador utilizam os recursos de modo exclusivo,

no permitindo que outro processo (nem mesmo do prprio programa) acesse o

mesmo recurso que j estiver em uso;

As Threads podem compartilhar a utilizao de um recurso, mas este compar

tilhamento ocorre apenas dentro de um nico processo (pois o compartilhamento entre

processos no existe).


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Os processos possuem uma grande quantidade de informao associada a eles,

informaes que so utilizadas pelo sistema operacional para gerenciar a execuo

de vrios processos sem que aconteam erros;

Threads no necessitam de muita informao para gerenciamento, pois so

especficas de cada processo, tornando seu gerenciamento mais fcil e rpido.

Quando o sistema operacional vai realizar a Troca de Contexto de um processo para

outro, vrias informaes tm que ser salvas, os recursos utilizados tm que se

manter bloqueados, e o trecho de execuo (linha de cdigo) do processo tm que ser

salva para que o mesmo possa continuar a execuo em um segundo momento.

Quando a Troca de Contexto feita nas threads de um processo, a operao realizada com uma velocidade maior, pois ser necessrio salvar uma quantidade

mnima de informao e o trecho de execuo da thread, os recursos se mantm

inalterados. Por isso, atualmente, os programas e sistemas operacionais so feitos

para tirarem o mximo proveito das threads, e consequentemente tirar o mximo

proveito dos recursos do computador. Em computadores equipados com vrios

processadores, ou com um processador de vrios ncleos, a utilizao de threads

aumentar significativamente o desempenho do sistema, pois as threads so mais

facilmente executadas simultaneamente que os processos.

Um exemplo de programa que utiliza mltiplas threads o Internet Explorer, pois ao montar

uma pgina de hiper-texto, cria uma thread para cada item na pgina (texto, figuras,

animao, msica, vdeo) assim as mltiplas threads podem ir montando o contedo da

pgina medida em que os dados so recebidos pelo computador. Outro programa que

utiliza mltiplas threads o Adobe Acrobat Reader, em que um documento PDF exibido aousurio antes de terminar o seu carregamento, as threads nesse caso compartilham a

mesma rea de memria onde esto armazenadas as informaes do arquivo. O programa

Word no oferece esse recurso, um documento do Word s exibido ao usurio depois de

inteiramente carregado na memria principal do computador.


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A Troca de Contexto entre as threads pode ser feita de duas maneiras: Preemptiva e

Cooperativa. Na Troca Preemptiva o sistema operacional tem total controle da thread, ele

que determina o momento de ocorrncia da Troca de Contexto. Na Troca Cooperativa cada

thread tem o prprio controle e determina o momento de interromper a execuo e passar oprocessador para outra thread. A desvantagem na Troca Cooperativa a possibilidade de

uma thread assumir o processador por muito tempo, no permitindo que outra thread seja

executada, e a desvantagem da Troca Preemptiva a possibilidade de o sistema operacional

interromper uma thread em um momento crtico indevido, causando uma situao anormal

no sistema.

Alguns sistemas operacionais fazem distino entre as threads executadas por um processo

do prprio sistema e as threads executadas por processos relativos a programas do usurio.As threads do sistema so gerenciadas no Modo Kernel, que entre outras coisas realiza a

Troca de Contexto Preemptiva, e as threads do usurio so gerenciadas no Modo Usurio,

em que as Trocas de Contexto so Cooperativas.

3. Concorrncia

As threads em um mesmo processo compartilham os mesmos recursos do computador. Isto

implica em Acesso Concorrente aos recursos, e Execuo Concorrente das instrues do

programa. Para exemplificar, imagine uma situao em que duas threads iro realizar uma

operao de gravao de dados em uma mesma rea de memria (na mesma varivel no

cdigo fonte), sendo que as threads s podero realizar a operao se no houver dados

naquela rea. Nesse caso, as threads no podero acessar essa rea simultaneamente, pois

se isso acontecer, apenas uma gravao de uma das threads ser armazenada, ou ento

haver uma mistura dos dados gravados, o que poder comprometer a continuao daexecuo do processo (causando travamento no programa).

Para evitar que isso acontea, alguns mecanismos de proteo devem ser implementados,

mecanismos de comunicao e sincronizao na execuo das threads, mas no podem ser

complexos, pois poderiam dificultar o gerenciamento das trocas de contexto entre as threads.


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Esses mecanismos so criados no Sistema Operacional por meio de rotinas e estruturas de

dados que realizem o controle do acesso aos recursos do computador e a rpida

manipulao das threads.

Essas situaes em que uma thread realiza uma operao simultnea com outra thread so

denominadas Condio de Corrida ou Condio de Disputa, em que as threads iro competir

para conseguir o acesso exclusivo ao recurso necessrio para realizar as operaes daquele

instante.

Veja a "Cartilha de Segurana para Internet", esta cartilha tem por finalidade sanar

dvidas comuns sobre segurana de computadores e redes e sobre o significado de

termos e conceitos da Internet. Alm disso, procura enumerar, explicar e fornecer um guia

de procedimentos que visam aumentar a integridade do computador e de posturas que

um usurio pode adotar para garantir a sua segurana.

Local: http://www.terra.com.br/informatica/especial/cartilha


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UNIDADE 7Objetivo: Aprender como realizada a comunicao entre os processos e threads emexecuo no computador, e a maneira como ela implementada em alguns sistemasoperacionais.

Comunicao Entre Processos

1. Introduo

A comunicao entre os processos e threads muito importante, pois uma das ferramentas

que torna possvel a execuo de vrias tarefas simultaneamente no computador. A

comunicao utilizada quando um processo ou uma thread precisa passar, ou solicitar,

algum dado que s pode ser informado por outro processo ou outra thread, por exemplo, o

gerenciador de impresso deve ser feito de tal forma que a comunicao entre os seus

processos seja eficiente, caso contrrio a utilizao da impressora ficar comprometida.

Como foi visto anteriormente, tanto o sistema operacional quanto o programa devem ser

construdos de maneira que a comunicao entre os processos e threads possa ser

realizada. Para permitir isso, o sistema operacional feito com vrias rotinas que realizaro o

gerenciamento da comunicao. Essas rotinas so acessadas pelos programas atravs das

API's do sistema operacional. Assim, os programas possuem funes especiais, alm das

especficas, que realizaro a comunicao no momento desejado.

A API do sistema operacional MS-Windows, denominada Win32, possui um subconjunto de

rotinas chamadas COM (Component Object Model, Modelo de Componente de Objeto) e

possui as funes necessrias para realizar a troca de dados entre os processos e threads.

Nos sistemas UNIX a API POSIX possui dois subconjuntos de funes, um para o tratamento

de processos, POSIX Core Services, e outro especfico para o tratamento de threads


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chamado POSIX-Thread ou PThread. E no MacOS X as funes esto agrupadas no

subconjunto Core Foundation.

2. MS-Windows Component Object Model

Nas primeiras verses do MS-Windows a API possua um subconjunto de funes para a

comunicao entre os processos denominada DDE (Dynamic Data Exchange, Troca

Dinmica de Dados). Essas funes ofereciam um conjunto bsico e simplificado para

realizar a troca de dados entre os processos de um programa, e entre processos de

programas diferentes. Com o lanamento do MS-Windows 3.1 em 1992 um novo conjunto de

rotinas para troca de informaes entre os processos foi criado, sendo chamado de COM.

As rotinas da COM so includas nos programas por meio de componentes, como por

exemplo, para ler o contedo de um arquivo texto. Para realizar a leitura do arquivo para um

programa, a rotina de leitura possui os itens necessrios: mecanismo de busca do arquivo no

disco-rgido, funo para copiar os dados do disco-rgido para a memria principal, entre

outros. Outro componente que est disponvel nas rotinas da COM o temporizador, que

pode ser alterado para executar uma determinada funo em instantes pr-determinados. O

programador no precisa (e nem deve) se preocupar com o funcionamento interno das

rotinas da COM, o que ele precisa saber so apenas duas: quais as informaes necessrias

para executar a rotina da COM, e qual ser a resposta na concluso da rotina.

Tanto o componente para ler um arquivo, quanto o temporizador, e todos os outros da COM,

possuem os mecanismos necessrios para realizar a troca de informao entre os processos

de um programa. Um programa como o MS-Word ir executar uma rotina da COM para abrir

um arquivo, essa rotina ser executada por um processo independente (processo filho), que

ao terminar, dever avisar ao processo (principal) que o executou, o prprio MS-Word,

indicando que a leitura do arquivo terminou, e que o contedo do arquivo est disponvel em

uma rea na memria principal. Se o arquivo no pode ser lido no disco-rgido, a rotina da

COM dever informar o motivo de no ter conseguido ler, que pode ser, por exemplo, a no

existncia do arquivo no disco.


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A COM tambm possui rotinas para que o programa crie seus prprios processos, ou

threads, de acordo com a implementao feita pelo programador, e possui tambm rotinas

para que os processos e threads se comuniquem. Os componentes da COM ficam

disponveis aos programadores atravs das ferramentas de desenvolvimento de programas,como: Borland Delphi, MS-Visual Studio, entre outras. Na prtica, o que fica disponvel aos

programadores so partes das rotinas, pois as rotinas completas esto no prprio MS-

Windows. Essas partes contm apenas as regras de utilizao da rotina, que chamada de

Interface de Componente.

Essa abordagem tem vantagens e desvantagens: as vantagens mais perceptveis so: a

economia de tempo no desenvolvimento do programa e a diminuio do espao ocupado

pelo programa, tanto na memria principal quanto no disco-rgido; e as desvantagens so: agrande necessidade de espao para o prprio sistema operacional, e a dependncia dos

programas a uma determinada verso do MS-Windows, pois cada verso possui uma COM

especfica.

Algumas rotinas so executadas como um processo dentro do prprio programa do usurio,

e outras atravs dos Servios de Componentes, que so pequenos aplicativos executados

de forma independente, mas em sincronia com o programa do usurio.

As rotinas de comunicao do MS-Windows Vista passaro a ter um novo nome: Windows

Communication Foundation. A mudana de nome se deve a mudanas internas na execuo

das rotinas de controle de comunicao entre os processos. Por causa dessa mudana,

muitos programas feitos para o MS-Windows XP no funcionaram no MS-Windows Vista. As

alteraes visavam obter melhorias no desempenho dos programas, e melhor

aproveitamento dos recursos do computador, visto que a maioria dos computadores atuais

possui um processador com a capacidade de execuo de vrias threads simultaneamente,

e alguns processadores com mais de um ncleo podem executar mais de um processo

simultaneamente.


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3. POSIX Core Services

O padro POSIX foi formalizado em 1990, definido para se criar um padro de

funcionamento entre as diversas verses do sistema Unix existentes na poca. O POSIX

tornou-se um padro entre os sistemas Unix, sendo adotado praticamente por todos os

sistemas, no havendo excees de importncia. As verses iniciais do POSIX continham

rotinas para o gerenciamento de processos, permitindo a criao de vrios simultaneamente

e a troca de dados entre eles. A execuo dos processos feita, desde o incio, utilizando-se

a tcnica de compartilhamento do tempo do processador. Essas rotinas receberam o nome

de POSIX Core Services.

Para os programadores de aplicativos, as rotinas de gerenciamento dos processos so

acessadas a partir de bibliotecas de funes. Estas so semelhantes aos componentes

COM, as diferenas dizem respeito mais a questes conceituais do que prticas. As rotinas

que fazem parte do POSIX Core Services permitem aos programadores criarem programas

que podem ser utilizados em sistemas HP-UX (Unix da Hewllet-Packard) e IBM AIX, ou

qualquer uma das principais distribuies do sistema Linux.

Os programas feitos utilizando tais rotinas podem ser executados em diversos sistemas Unix,

pois em todos eles as rotinas possuem a mesma definio para os parmetros de entrada ea mesma definio para o resultado delas. Internamente cada rotina ser feita de acordo com

os critrios das respectivas equipes de desenvolvimento de cada empresa. Para realizar o

gerenciamento de threads nos sistemas Unix, foi criado outro conjunto de rotinas

denominado POSIX Threads. Este novo conjunto permite que um mesmo processo possa

criar vrias threads de execuo, otimizando a utilizao dos recursos do computador.

Um detalhe importante: os programas s funcionaro em sistemas Unix diferentes se

possurem apenas as rotinas disponveis no POSIX. A utilizao de rotinas especficas, ouproprietrias, no definidas no padro POSIX pode tornar um programa feito para um

sistema incompatvel com outro sistema. Imagine um sistema Unix hipottico chamado BRIX

utilizado para monitorar um processo industrial. Esse sistema conter algumas rotinas

especficas para o seu funcionamento. Se um aplicativo for feito para realizar alguns


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controles adicionais na indstria, como por exemplo, o controle de estoque, utilizando estas

rotinas, ele s poder ser utilizado no sistema BRIX. Para o programa ser compatvel com

vrios sistemas Unix, os sistemas que iro execut-lo devem possuir os mesmos conjuntos

de rotinas.

4. MacOS X Core Foundation

No MacOS X as principais rotinas de gerenciamento do sistema so agrupadas na Core

Foundation. Ela possui os tipos de dados fundamentais e servios essenciais para realizar a

correta execuo dos programas no computador. As rotinas so definidas como Objetos

Gerenciados pelo MacOS X, e acessveis aos programadores graas s ferramentas dedesenvolvimento disponveis para os computadores Macintosh, quando for necessria uma

utilizao direta das funes contidas na Core Foundation. Os objetos so definidos de modo

altamente abstrato, permitindo um grande grau de independncia entre as verses do Mac

OS X (atualmente est na 5 verso).

A Core Foundation oferece suporte tanto aos aplicativos quanto ao prprio sistema

operacional, sendo que algumas funes so realizadas atravs de rotinas includas nos

programas, e outras rotinas so executadas pela prpria Core Foundation, por meio de

utilitrios denominados Servios do Sistema. Estes servios so semelhantes aos Servios

de Componente do MS-Windows XP.

Uma caracterstica importante da Core Foundation nos computadores Macintosh a

manuteno da compatibilidade com aplicativos desenvolvidos para os sistemas

operacionais anteriores ao MacOS X. Antes do MacOS X os computadores Macintosh

utilizavam o sistema operacional MacOS System. Aplicativos simples, que no utilizam

comunicao entre processos so gerenciados por um conjunto de rotinas denominadas

Carbon, mas o Carbon no possui a capacidade de gerenciar a comunicao entre

processos de aplicativos antigos, essa tarefa feita pela Core Foundation de maneira

totalmente transparente, no havendo a necessidade de alteraes no programa original.


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UNIDADE 8Objetivo: Entender o mecanismo de gerenciamento dos processos feito pelo sistemaoperacional, e conhecer os modelos que podem ser utilizados para realizar esta tarefa.

Gerenciamento De Processos

1. Introduo

O gerenciamento de processos um dos conceitos fundamentais dos sistemas operacionais

modernos. No gerenciamento dos processos sero definidas as propriedades dos processos

em execuo, e a maneira como cada um receber o tempo de execuo no processador. A

principal funo do gerenciador de processos exatamente a execuo do processo no

processador de maneira adequada (considerando a prioridade do processo e a quantidade

de processos gerenciados).

2. Tipos de Gerenciadores de Processos

Em relao execuo dos processos, os gerenciadores podem ser separados em trs

categorias:

Gerenciadores por Admisso: neste caso o gerenciador ir escolher quais processos

sero selecionados para serem executados no processador. Quando um programa

solicita ao sistema operacional a execuo de alguma operao, o gerenciador deprocessos que ir decidir o momento em que esta solicitao ser atendida. Esta

escolha feita verificando-se alguns fatores, sendo que o principal fator a Prioridade

do Processo.


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Esse tipo de gerenciador geralmente utilizado em Sistemas de Tempo Real, em que

o controle da execuo das operaes deve ser rigorosamente definido e obedecido.

No existe nenhum sistema operacional para computadores pessoais que utilize esse

tipo de gerenciador de processos;

Gerenciadores por Tempo Mdio: este est presente em todos os sistemas que

trabalham com Memria Virtual (descrito na Unidade 12) que temporariamente ir

retirar processos da memria principal e guard-los na memria secundria, e vice-

versa. A escolha de qual processo ir sair da memria principal para a secundria

feita de acordo com o estado do processo.

Como visto na Unidade 5, enquanto o processo est nos estados de Espera e

Execuo, ficar na memria principal e quando passar para o estado de Bloqueio

ser retirado da memria principal e ser armazenado na memria secundria.

Quando o processo passar do estado de Bloqueio para Espera, ser enviado da

memria secundria para a principal;

Gerenciadores Despachantes: os despachantes designam os processos para serem

executados pelo processador baseados em alguma alterao ocorrida no sistema, que

pode ser causada por uma interrupo do relgio do processador, por um dispositivo,por uma instruo de Chamada do Sistema, ou por algum outro sinal identificvel.

Dessa maneira, no ser nem a prioridade do processo, nem a alterao do seu

estado que influenciaro na escolha feita pelo gerenciador. As execues dos

processos sero feitas de acordo com o nvel de atividade do sistema.

Quando houver uma carga de trabalho muito grande, os processos recebero em

intervalos regulares o devido tempo de execuo no processador. Quando a carga de

trabalho for menor, cada processo ter mais tempo para executar no processador. (Otempo de interrupo causado pelo relgio pode ser definido pelo programador do

sistema operacional).


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3. Algori tmos para Gerenciamento de Processos

Na informtica o termo algoritmo define o conjunto de instrues que iro executar uma

determinada tarefa. Um algoritmo para um Gerenciador de Processos contm as instrues

necessrias para que o gerenciamento seja feito de maneira correta e organizada.

Atualmente os sistemas operacionais tm uma necessidade por algoritmos extremamente

eficientes, devido ao maior nmero de programas em execuo nos computadores, e da

maior quantidade de recursos disponveis.

Um algoritmo pode ser escrito definindo-se um Gerenciador Despachante, com a troca entre

os processos no processador feita a partir de interrupes do relgio a cada 100ms, e a troca

entre os processos ser feito por um mtodo de rodzio. Esse tipo de algoritmo um dos mais

simples de ser feito. Os sistemas operacionais atuais necessitam de um algoritmo com maior

capacidade de controle dos processos e com maior aproveitamento do processador. Pode-se

planejar um algoritmo que trabalhe com prioridade de execuo nos processos, ou com base

no Estado de Execuo deles.

Essa escolha feita durante o desenvolvimento do Sistema Operacional e influenciar

diretamente o desempenho geral do computador. A escolha feita pensando-se no tipo de

utilizao que o usurio far dos recursos computacionais e do tipo de aplicao que serexecutado.

Um exemplo de algoritmo avanado para gerenciamento de processos chamado de Fila de

Resposta Multi-nvel. Os objetivos desse algoritmo so:

Executar preferencialmente Processos com poucas instrues;

Executar preferencialmente Processos que iro fazer acesso a algum dispositivo;

Definir rapidamente a natureza do processo, e gerenci-lo adequadamente.

Nesse algoritmo cada processo tem a oportunidade de concluir suas instrues a cada

instante. Caso isso no acontea, o gerenciador ir reclassificar o processo, colocando-o em

um determinado nvel de controle.


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UNIDADE 9Objetivo: Conhecer o funcionamento do mecanismo de sincronizao entre os processos nautilizao dos recursos do computador.

Sincronizao Dos Recursos

1. Introduo

A sincronizao dos recursos do computador uma tarefa muito importante, realizada pelos

sistemas operacionais multitarefas e feita em duas reas distintas:

Sincronizao dos Dados: nesse caso o objetivo manter os dados do computador

em perfeita integridade;

Sincronizao dos Processos: refere-se sincronizao da execuo dos processos,

com o objetivo de se evitar o conflito na utilizao dos recursos do computador;

A sincronizao dos processos s faz sentido em sistemas multitarefa, em que a cada

instante, vrios processos podero estar em execuo. O trabalho do sistema

operacional ser garantir que cada processo seja concludo corretamente. Aqui, o

conceito de processo ser aplicado tanto ao processo em si quanto thread, ou seja,

a sincronizao de processos e sincronizao de threads sero tratados de maneiras

unificadas, como Sincronizao de Processos.

Para realizar a sincronizao algumas medidas podem ser tomadas: a utilizao deBarreiras, Travas, Semforos, Comunicao e vrias outras. Algumas dessas medidas so

implementadas no cdigo dos programas, como as Barreiras, e outras medidas so

realizadas no sistema operacional, as Travas.


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2. Controle da Sincronizao

Como foi mencionado, para realizar a sincronizao podem-se utilizar Barreiras, Travas eSemforos, entre outras medidas.

As Barreiras so criadas e gerenciadas pelos desenvolvedores de programas aplicativos.

Dentro das instrues desses programas, deve-se incluir uma instruo de criao de

Barreira. Quando um processo executa tal instruo, entra em estado de Espera (ou

Bloqueio), e permanece assim at que todos os processos pertencentes ao mesmo

programa tambm executem a instruo de Barreira. Com isso consegue-se colocar todos os

processos no mesmo ponto de execuo do programa.

Semforos podem ser utilizados tanto pelos programas quanto pelo sistema operacional. So

variveis de controle, que indicam se um determinado recurso pode ser utilizado ou no. O

modo mais frequente de controle a utilizao de um contador no semforo. O contador

indica a quantidade de processos que podem compartilhar o recurso, quando o limite

alcanado, nenhum processo a mais pode utilizar o mesmo recurso.

Barreiras e Semforos geralmente so utilizados para lidar com situaes em que vriosprocessos podem (ou devem) compartilhar um mesmo recurso. Nos casos, nos quais um

recurso deve ser utilizado exclusivamente por apenas um processo utilizada a Trava.

Alguns sistemas implementam Travas Simples, que impedem a utilizao do recurso por

outro processo, e outros sistemas implementam Travas Especiais, que emitem um sinal

(aviso de erro) quando um processo tenta acessar um recurso j em uso. Existe tambm a

possibilidade de se ter uma Trava Compartilhada por vrios processos, mas nesse caso, o

acesso ao recurso fica limitado apenas leitura dos dados contidos nele.

Para o correto funcionamento dos mtodos de sincronizao, o processador deve estar

preparado para permitir que os processos consigam compartilhar um recurso at o limite

estabelecido, sem que haja conflito no controle de sincronia. Por exemplo, em um sistema de

Trava, se ela estiver aberta significa que um processo poder acessar o recurso. Se, em um


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mesmo instante, dois processos tentarem utilizar o recurso, os dois conseguiro acesso ao

recurso e com certeza isso resultar em m utilizao dele (imagine uma impressora

imprimindo simultaneamente dois documentos diferentes).

Para evitar essa falha, os processadores devem possuir mecanismos de verificao e

ativao da sincronia quase instantnes, ou, no mnimo, no conflitantes. Esses mecanismos

no processador so instrues que realizaro a sincronizao de maneira correta, as

instrues sero do tipo verificar e travar recurso, uma mesma instruo faz a verificao e,

se possvel, o travamento do recurso. Esse mecanismo s vlido em computadores com

um processador (podendo o processador ter vrios ncleos). Em computadores com vrios

processadores, o controle da sincronizao mais complexo, havendo um maior nmero de

consideraes a serem feitas.

A etapa de efetivao do sincronismo muito importante, o tempo que ela demora no deve

em hiptese alguma ser demorado. A efetivao da sincronizao deve acontecer

obrigatoriamente antes de o processador executar mais uma instruo de outro processo (ou

do mesmo processo). A etapa de liberao de uma sincronizao tambm deve ser tratada

de maneira adequada, pois em um ambiente de execuo de mltiplos processos, para

haver a real otimizao da utilizao dos recursos, os processos devem ter acesso aos

mesmos assim que eles no estiverem em uso.

3. Granularidade da Sincronizao

A granularidade de uma sincronizao a medida da quantidade de dados que esto sendo

utilizados pelos processos envolvidos no sincronismo. O tamanho da granularidade ir

influenciar diretamente no desempenho do sistema, pois realizar o compartilhamento de uma

grande rea de dados por vrios processos exigir um maior controle no processo de

alterao desses dados. Por outro lado, realizar vrios compartilhamentos em pequenas

reas de dados pode gerar uma situao de Bloqueio de Processo (DeadLock), em que um

processo A est com uma rea X travada e esperando o acesso a rea Y, e um processo B

est com a rea Y travada esperando o acesso a rea X.


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Para evitar essas situaes, o compartilhamento de informao e sincronizao dos

processos deve ser feito de maneira planejada e para casos estritamente necessrios.


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UNIDADE 10Objetivo: Entender os mtodos utilizados para prevenir que acontea algum tipo de bloqueioentre os processos durante o compartilhamento de recursos.

Preveno Contra Bloqueio

1. Introduo

Um bloqueio entre processos acontece quando dois ou mais processos esto esperando a

liberao de um recurso que est alocado para outro processo, que por sua vez est

esperando a liberao do recurso que est travado para o primeiro processo. Nessa

situao, se no houver a interveno do sistema operacional, a liberao dos recursos no

acontecer.

Para que a situao de bloqueio seja caracterizada, as seguintes condies devem ser

encontradas:

Um recurso est sendo utilizado por um processo;

Um processo que j possui um recurso solicita outro recurso;

Apenas o processo que usa o recurso pode liber-lo;

Uma sequncia circular de solicitao de um novo recurso e travamento do recurso

em uso por uma srie de processos.


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2. Preveno

A preveno contra bloqueio deve ser feita de maneira a permitir que um processo aguarde a

liberao de um recurso, contanto que essa espera no acarrete em uma dependncia

circular.

Uma maneira de evitar a dependncia circular entre eles utilizar uma ordenao por

precedncia dos recursos do computador. Um determinado recurso ter ndice de ordem N, e

se um processo est utilizando o recurso de ordem N, esse processo no poder solicitar

outro recurso de ordem M, pois o novo recurso deveria ter sido solicitado anteriormente. Isto

faz com que a utilizao dos recursos seja feita obrigatoriamente de maneira linear e no

circular.

Para evitar que aconteam bloqueios na utilizao dos recursos do computador, algumas

estratgias devem ser adotadas:

Nenhum processo ter acesso exclusivo aos recursos;

A alocao de recursos computacionais por um processo s ser permitida em modo

sequencial;

Pr-alocao de recursos no incio da execuo do processo. Assim, antes mesmo de

precisar, o recurso j estar reservado para o processo;

A alocao de um recurso ser por tempo determinado, assim, a probabilidade de o

recurso estar livre maior no sistema.

3. Tratamento de bloqueio

Quando no for possvel evitar o surgimento de um bloqueio no computador, outras medidas

devem ser tomadas para o tratamento do bloqueio:

Caso haja um bloqueio, os processos sero terminados, mas antes de serem

finalizados, os dados sero salvos, os recursos reservados para cada processo sero


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liberados, e ento os processos so finalizados. Aps a finalizao deles, so

reiniciados, sendo que a inicializao dos processos ser feita de forma sequencial,

evitando assim que dois processos repitam o bloqueio de recursos.

Detectar uma situao de bloqueio antes que ela acontea uma tarefa muito

complexa, podendo at mesmo gerar falsos avisos de bloqueio. Na maioria dos

casos no possvel fazer a diferenciao entre um processo que est aguardando a

liberao de um recurso, e outro processo que est bloqueando a liberao de um

recurso.

4. Bloqueio Aberto

Existe um caso particular de bloqueio que no causado pela espera de um recurso. Uma

estratgia pouco utilizada para evitar uma situao de bloqueio a seguinte: verificar se um

recurso est sendo solicitado por mais de um processo. Nesse caso, se um processo solicitar

um recurso, tambm ir verificar se outro processo j solicitou o mesmo recurso, caso haja

outro, processo solicitando-o, o primeiro ceder o recurso e ir esperar a liberao do

mesmo pelo outro processo.

Aqui o bloqueio pode acontecer e o recurso no estar sendo utilizado. Imagine dois

processos X e Y, que fazem uma solicitao ao recurso R. Se a solicitao for feita

simultaneamente (o que pode ocorrer em um sistema com vrios processadores ou um

processador com vrios ncleos), os dois processos no iro utilizar o recurso R e ceder a

utilizao um ao outro. O recurso est liberado, podendo ser utilizado, mas os processos no

conseguem acesso ao recurso.


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At iv idade Dissertativa

Interfaces Grficas

Temos observado novas tecnologias que utilizam interface diferente das atuais: a interao

entre o computador e o usurio feita utilizando imagens hologrficas e manipulao direta

dos objetivos atravs das mos e, at mesmo, atravs do pensamento, como, por exemplo,

vimos nos filmes "Minority Report" (Figura 10.1) e Iron Man 2 (Figura 10.2).

Figura 10.1 Figura 10.2

Veja tambm o vdeo Tan Le: Um fone que l as suas ondas cerebrais disponvel em sua

SALA DE AULA no link ESTUDO COMPLEMENTAR.

Diante deste tema descreva em no mximo 1 pgina:

Analisando TODOS os pontos possveis (cultural, sustentvel, motor, etc.), quais os impactos

que esta nova metodologia de interao com o computador pode trazer sociedade?


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Antes de dar continuidades aos seus estudos fundamental que voc acesse sua

SALA DE AULA e faa a Atividade 1 no link ATIVIDADES.


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UNIDADE 11Objetivo: Aprender como feito o Gerenciamento da Memria do computador, e entender aimportncia de seu funcionamento correto.

Gerenciamento Da Memria

1. Introduo

Basicamente, o gerenciamento da memria a ferramenta utilizada para permitir aos

programas em execuo no computador utilizarem a memria do computador para

armazenar as instrues e dados que sero manipulados. Os principais objetivos a serem

alcanados no gerenciamento da memria so:

Oferecer uma rea de armazenamento para os processos serem executados;

Proteger a execuo dos processos contra eventuais falhas causadas por erro em um

determinado processo;

Criar um ambiente de execuo com desempenho satisfatrio aos usurios;

Alm dessas caractersticas, adicionalmente deseja-se de um bom gerenciador:

Compartilhamento da memria entre os processos (em sistemas avanados);

Permitir aos programadores desenvolverem programas que tenham um acesso

transparente memria do computador.

Nos sistemas operacionais modernos, o gerenciamento da memria realizar essas tarefas

atravs da Proteo da Memria.


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2. Proteo da Memria

A Proteo da Memria a estratgia utilizada pelos sistemas operacionais para controlar amemria em utilizao no computador. A principal funo da proteo da memria a

separao dos processos e suas informaes, e impedir que um processo acesse uma rea

de memria que no foi reservada para ele. Para realizar a proteo da memria, uma das

seguintes medidas pode ser escolhida: Segmentao da Memria ou a Paginao da

Memria.

Na Paginao da Memria, a memria dividida em pginas, com tamanho fixo. Com a

utilizao de outro mecanismo chamado Memria Virtual, cada pgina pode ser armazenadaem qualquer lugar da memria do computador. A Segmentao da Memria a diviso da

memria do computador em segmentos de dados. Quando um programa vai acessar uma

rea de memria, ele deve informar tambm o nmero do segmento de memria.

3. Compartilhamento da Memria

Uma memria chamada de memria compartilhada quando vrios processos podem

acess-la simultaneamente. Dependo do processador utilizado no computador, vrios

processos podem ser executados ao mesmo tempo, e a comunicao entre os processos

pode ser feita utilizando-se uma rea da memria que seja acessvel a todos os processos. A

memria compartilhada pode ser criada de duas maneiras:

Eletronicamente (Hardware): o compartilhamento feito em uma grande rea de

memria RAM que pode ser acessada por vrios processadores, geralmente utilizada

em supercomputadores;

Logicamente (Software): aqui o compartilhamento feito utilizando-se estruturas de

dados especiais nos programas, para que possam realizar a troca de informao

durante a sua execuo.


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4. Organizao da Memria

A memria geralmente dividida em trs partes:

Memria Cache: esta memria fica dentro do processador, muito menor que aMemria Principal, mas possui uma importncia muito grande, pois utilizada para

acel

03-sistemas operacionais

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