1 introdução a sistemas operacionais prof. alexandre monteiro recife
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Introdução a Sistemas Operacionais
Prof. Alexandre Monteiro
Recife
Contatos
Prof. Guilherme Alexandre Monteiro Reinaldo
Apelido: Alexandre Cordel
E-mail/gtalk: [email protected]
Site: http://www.alexandrecordel.com.br/fbv
Celular: (81) 9801-1878
Computador Moderno
Componentes físicos (hardware)
• Um ou mais processadores• Memória• Discos• Impressoras• Vários outros dispositivos de E/S (tela, mouse…)
Gerenciar todos estes componentes requer uma camada de software (abstração, um modelo mais simples do computador) – o sistema operacional
Sistema Complexo
Exemplo de SO’s SO’s mais conhecidos
• UNIX • Windows (95/98/ME) (NT/2000/XP/Vista/7/8)• Linux (Suse, Ubuntu, Debian, Fedora, Kurumin)• MAC OS X• Solaris• Free BSD• Symbian• IOS• Android• Chorme OS• Ubuntu Mobile OS
Exemplo de SO’s
Programa com o qual usuários interagem Windows e Linux• Shell (interpretador de linhas comandos)
- DOS, Bash, SH, CSH, KornShell, etc.)• GUI (Graphical User Interface)• Não são parte do sistema operacional, embora o utilize para realizar seu trabalho.
Shell vs. SO
Shell é tudo no linux é 1000% poderoso, e é capaz de se fazer tudo nele, como: ouvir MP3, editar textos, navegar na internet, fazer monitoramento de rede, configurações do sistema, usar icq, irc, ou seja, absolutamente.
Bash é o padrão do linux ele completa comandos com a tecla TAB, pode-se ter cores para identificar pastas e arquivos, tem-se repetição de comandos, varias teclas de atalho para manipulação das linhas (sintaxe de comando) mostra o usuário o nome da máquina e a pasta que se está (coisa que o SH não faz), então um se difere do outro por estas funcionalidades, uns tem mais outros menos.
MS-DOS (Microsoft Disk Operating System) é um sistema operacional baseado em um prompt de linhas de comando e é bastante limitado.
Exemplo de SO’s
O iOS é a base do iPhone, do iPad e do iPod touch. Como o iOS foi projetado para aproveitar as tecnologias avançadas de cada hardware Apple, os seus dispositivos estão anos à frente.
Android é um sistema operacional móvel (SO) baseado no núcleo linux e atualmente desenvolvido pela empresa de tecnologia Google utilizando a linguagem de programação Java.
O Chrome OS é um avançado sistema operacional de código aberto baseado em Linux que é totalmente focado na web e nos serviços oferecidos pelo Google, a empresa que o criou.
Computador Moderno
Fonte: Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 ed, São Paulo p.1, 2010 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved.
Computador Moderno
Sistema Operacional
BIOS
SO como máquina estendida
Sistemas operacionais tornam o hardware pouco atraente em abstrações mais interessantes
SO: Interface de Usuário - GUI
SO: Interface de Usuário - Shell
SO como Gerenciador de Recursos Gerencia e protege memória, dispositivos de E/S e
outros recursos (hardware) como mouse, teclado, impressora, etc.
Permite o compartilhamento (multiplexação) de recursos
•no tempo (time-sharing)- Ex.: múltiplos programas compartilham o processador
(executam) ao mesmo tempo
•no espaço- Ex.: um sistema de arquivos (parte do SO) permite que dados
de diferentes usuários/arquivos compartilhem o espaço em disco
Mais uma vez: O que é um SO?
É uma Máquina Estendida
•Oculta os detalhes complicados que têm quer ser executados
•Apresenta ao usuário uma máquina virtual, mais fácil de usar
É um Gerenciador de Recurso
•Cada programa tem um tempo com o recurso
- Ex.: compartilhamento de CPU
•Cada programa tem um espaço no recurso
- Ex.: compartilhamento de memória
Vídeo
A história dos principais Sistemas Operacionais
https://www.youtube.com/watch?v=tV3xeB8Pt2I
História dos SO’s e dos Comutadores Primeira geração: 1945 - 1955
•Válvulas, painéis de programação Segunda geração: 1955 - 1965
• transistores, sistemas em lote Terceira geração: 1965 – 1980
•CIs (circuitos integrados) e multiprogramação
Quarta geração: 1980 – presente
•Computadores pessoais Hoje: onipresença – computação ubíqua
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1ª Geração
Computadores com “programas fixos” – todos até a década de 40• Programa implícito no hardware
• A maioria tinha propósito específico, como acontece com as calculadoras modernas
• Apenas uma minoria podia ser reprogramada, o que era feito de maneira mecânica
- Ligando e desligando fios
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1ª Geração
Computadores de programas armazenados a partir da década de 40 com o SSEM – Manchester Small-Scale Experimental Machine• São os computadores modernos, de propósito
geral
• Diferentes programas podem ser criados e carregados na memória
• Programas escritos usando um conjunto de instruções, representadas em código binário- Linguagem de máquina!
• Não havia Sistema Operacional
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Fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_Small-Scale_Experimental_Machine
ENIAC – 1º Computador Programável
Pesava 30 toneladas, media 5,50 m de altura e 25 m de comprimento e ocupava 180 m² de área construída.
Foi construído sobre estruturas metálicas com 2,75 m de altura e contava com 70 mil resistores e 17.468 válvulas a vácuo ocupando a área de um ginásio desportivo, diodos de cristal de 7200, 1.500 relés, 70.000 resistores, 10.000 capacitores e cerca de 5 milhões de juntas soldadas à mão.
Segundo Tom Forester, quando acionado pela primeira vez, o ENIAC consumiu tanta energia que as luzes de Filadélfia piscaram.
Processador de 20 ciclos de clock de 0,1MHz na unidade.
Era incapaz de armazenar programa em memória (cartões perfurados) – Em 1970 DRAM de 1KB, mais tarde 256KB SDRAM.
ENIAC
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1ª Geração
A linguagem de máquina do SSEM pode ser entendida (grosseiramente) como a primeira linguagem de programação
Essa linguagem define a associação entre uma instrução em binário e o efeito dela sobre o hardware• Linguagem entendida diretamente pelo
processador• Cada arquitetura de computador define a sua
própria linguagem
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História dos SO’s
Exemplo de instrução• Somar o valor dos registradores 1 e 2 e
guardar o resultado no registrador 3
Exemplo de código de máquina (fictício)
Podemos ver que escrever um programa em linguagem de máquina não é trivial...
1011100 0001 0010 0011
adição reg. 1 reg. 2 reg. 3
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História dos SO’s
Programadores definiram uma notação simbólica para representar seus programas• Usada para anotar seus programas em papel
antes de passar para linguagem de máquina
Essa notação definia símbolos para representar cada instrução, tais como:• ADD – operação de adição• LOAD – operação de leitura da memória• R1 – representa o registrador 1• ...
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História dos SO’s
A nova notação simbólica recebeu o nome de linguagem assembly ou linguagem de montagem
Exemplo de instrução em assembly• ADD R1 R2 R3
- Representa a mesma operação dada antes em código de máquina
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História dos SO’s
Não demorou até alguém ter a idéia de criar um programa para traduzir... • De um texto digitado na linguagem assembly• Para um arquivo em linguagem de máquina
Este tipo de programa passou a ser conhecido pelo nome de assembler ou montador• Um compilador primitivo
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História dos SO’s
Programar em linguagem de montagem, porém, ainda tinha muitas das desvantagens da própria linguagem de máquina
O principal problema era a necessidade de pensar não só no algoritmo em si, mas no funcionamento do hardware
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História dos SO’s Começaram a surgir outras linguagens
mais elaboradas• Fortran (1957)• LISP (1959)• COBOL (1960)• BASIC (1964)• C (1972)• etc.
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História dos SO’s Facilitaram a vida dos programadores ao tornar a
notação mais intuitiva e mais distante dos detalhes de hardware
Por exemplo, o comando Fortran
temp = 2 + 3
Engloba várias operações de hardware:1. Carregar os operadores em registradores2. Operar a adição, guardando o resultado em
algum registrador3. Copiar o conteúdo do registrador de
resultado para a memória
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História dos SO’s
As novas linguagens que surgiram foram chamadas de linguagens de alto nível
Em contraste, as linguagens assembly e de montagem passaram a ser chamadas de linguagens de baixo nível
2ª Geração
Estrutura de um job típico (lote de cartões)
Transistores e sistemas em lote (batch) - Mainframes
(a) Programadores levam os cartões para o 1401 (b) 1401 gravada o lote de tarefas dos cartões em fita (c) operador levava a fita de entrada para 7094 (d) 7094 executava o processamento (e) operador levava a fita de saída para o 1401 (f) coloca a fita no 1401 que imprime a saída
2ª Geração
$JOB -> $FORTRAN -> $LOAD -> $RUN -> $END
Fonte -> Compila -> Carrega -> Processa -> Finaliza
3ª Geração
CI’s e Sistema de multiprogramação
•Três jobs na memória
4ª Geração
Computadores Pessoais (1º SO – CP/M)
DOS como sistema operacional (Bill Gates)
Diversidade dos SOs
Sistemas operacionais de computadores de grande porte (mainframe)
Sistemas operacionais de servidores / redes
Sistemas operacionais de multiprocessadores (paralelismo)
Sistemas operacionais de computadores pessoais
Sistemas operacionais de dispositivos portáteis/móveis (ex. celulares)
Sistemas operacionais de tempo-real
Sistemas operacionais embarcados
Sistemas operacionais de cartões inteligentes
Sistemas operacionais de sensores
Estrutura do SO: Sistema Monolítico
Modelo simples de estruturação de um sistema monolítico.
Monoprogramado vs. Multiprogramado Sistemas Operacionais Monoprogramados ou
Monotarefa são os SO que executam apenas um programa do usuário de cada vez.
Por exemplo, se se utiliza um processador de texto e se pretende fazer um desenho, tem que se fechar o processador de texto e abrir a folha de desenho.
• Ex.: MS-DOS
Monoprogramado vs. Multiprogramado Sistemas Operacionais Multiprogramados ou
Multitarefa são os SO que executam dois ou mais programas aparentemente em simultâneo. Este é o conceito de Paralelismo Concorrente.
Na verdade o que o processador faz é atribuir frações de tempo aos programas que estão a executar. Existem diferentes técnicas de multitarefa.
• Multitarefa cooperativa• Multitarefa preempetiva• Multitarefa multithreading
Monoprogramado vs. Multiprogramado
Multitarefa cooperativa: Executa dois ou mais programas em simultâneo mas o programa que está em primeiro plano tem controle sobre o processador. Neste caso se este programa falhar bloqueia o computador e tem que ser reiniciado. Exempo de SO: Windows 3.x e versões anteriores ao Mac OS 8.
Multitarefa preempetiva: É o processador que controla a execução dos programas, desta forma permite ao sistema operacional recuperar o controle caso um programa bloqueie. O utilizador perde os trabalhos do programa que falhou mas os restantes programas continuam a trabalhar. Exemplo de SO: Unix; Linux; Windows 95 e superiores; MAC OS 8 e superiores.
Multitarefa multithreading: Executa mais que uma tarefa do mesmo programa. Os programas criam threads, ou seja, tarefas distintas que executam determinadas funções dentro do mesmo programa. Por exemplo, quando conversamos em um chat, outro thread está escutando se alguém está querendo falar. Os mais recentes SO utilizam este tipo de multitarefa.
Monoprocessado vs. Multiprocessado Monoprocessamento é a capacidade de um
sistema operacional executar vários processos compartilhando memória mas utilizando apenas um processador.
Multiprocessamento é a capacidade de um sistema operacional executar simultaneamente dois ou mais processos em Paralelo. Pressupõe a existência de dois ou mais processadores. Este é o conceito de Paralelismo Real.
Difere da multitarefa, pois esta simula a simultaneidade, utilizando-se de vários recursos, sendo o principal o compartilhamento de tempo de uso do processador entre vários processos.
Monousuário vs. Multiusuário
Monousuário• O SO controla e considera apenas um usuário por vez.
• Ex. MS-DOS Multiusuário
• O SO identifica usuários diferentes por suas contas (username e senha) e permite perfis diferentes.
• Ex. Mac OS, Windows XP, Linux...
Sistemas Operacionais Clássicos
Batch: Sistema Operacional em lote, era utilizado por terminais de máquinas de grande porte, que reuniam um “lote de programas” para enviar para execução, onde o usuário não interage com o seu programa.
Time-sharing: permite que diversos usuários compartilhem o computador onde cada usuário possui seu programa (ou parte dele) na memória principal e o processador é alocado por um pequeno período de tempo (fatia de tempo ou time slice) a cada programa de usuário.
Real-time: responde dentro de um período de tempo previamente especificado (geralmente muito pequeno), a estímulos gerados externamente e utiliza conceitos de multiprogramação, oferecendo facilidades para as aplicações de tempo real.
Estrutura do SO: Sistema Camadas
Estrutura em camadas
Modularidade
Hierarquia
Facilita evolução e adaptação a novos ambientes (Flexibilidade)
Estrutura do SO: Sistema Camadas
Estrutura em camadas
Modularidade
Hierarquia
Facilita evolução e adaptação a novos ambientes (Flexibilidade)
Vídeo
A evolução dos Computadores e suas Gerações
https://www.youtube.com/watch?v=aCAyrscLwKM
Referências
Sistemas Operacionais Modernos – 2ª Edição. A. Tanenbaum, 2003.
Modern Operating Systems 3 e. Prentice-Hall, 2008.
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Introdução a Sistemas Operacionais
Prof. Alexandre Monteiro
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