725567_so_s114_t1

7/23/2019 725567_SO_s114_T1

http://slidepdf.com/reader/full/725567sos114t1 1/61

Adaptado de:

FSO1ed : Fundamentos de Sistemas Operacionais, 1ª. ed. , Silberschatz,Galvin, Gagne, LTC, 2013.

ASOM5ed: Arquitetura de Sistemas Operacionais, 5ª. ed, Francis Berenger;Machado, Maia, Luiz Paulo, LTC. 2013.SOMTB3ed: Sistemas Operacionais Modernos, TANENBAUM, A. S., 3a. ed.Pearson, 2010.SOD3ed: Sistemas operacionais, DEITEL, Harvey M.; DEITEL, Paul J.;CHOFFNES, David R, Pearson, 3 ed, 2005.SOJ7ed: Sistemas Operacionais com Java, SILBERSCHATZ, Abraham;

GALVIN, Peter B.; GAGNE., 7a. ed., Campus. 2008.OECTB5ed: Organização Estruturada de Computadores, 5ª. ed., A. S.Tanenbaum AOCS8ed: Arquitetura e Organização de Computadores, 8ª. ed., W. Stallings.

Sistemas Operacionais (SO)

UD I: Fundamentos Básicos

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


2

SISTEMA COMPUTACIONAL (Fig 1.1 FSO1ed modificada)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


3

DEFINIÇÕES DE SO - 1

“É uma camada de so ftware que separa as ap licações do

hardware e fornece serviços que perm item que cada

ap lic ação seja execu tada com segurança e efet iv amente.

É um so ftw are que hab il i ta as ap licações a in teragi r com o

hardware de um compu tador. É, pr imord ialmente, um

gerenciador dos recursos de hardware (pro cessadores,

memória, d ispos it ivos (E/S e comunicação) e so ftware

(ap licações e ou tras abstrações) que d iferentemente do

hardware, não são ob jeto s fís ic os .” (Deitel)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


4


•“É um programa de contro le do computador responsável por alocar

recursos de hardware e escalo nar tarefas. Além disto, ele deve prov er

uma in terface c om o us uário , ou seja, forn ecer ao usuário um modo de

acessar os recursos d o computador .” (Sobell)

•“Um Sistema Operacional pode ser def in ido com o um gerenciador do s

recursos que compõem o computador (processador, memória, E/S,

arquivo s, etc) . Os p rob lemas centrais que o Sistema Operacion al deve

res o lver são o compart i lhamento ordenad o, a prot eção d os recursos a

serem usado s pelas ap lic ações do u suário e a interface entre este e a

máquin a.” (Stemmer)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


5


“É um programa que atua como in termed iário entre o

usuário e hardware do compu tador, com o p ropósito d e

propic iar um ambiente para o usuário executar programasde forma conv eniente e ef iciente .” ( Si lberschatz&Galvin)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


6

FUNÇÕES DO SO(VISÃO DO USUÁRIO: “TOP-DOWN”)

INTERFACE COM O USUÁRIO: oferece um ambienteamigável para o usuário interagir com o computador.

Funciona como uma MÁQUINA VIRTUAL(MV) ouESTENDIDA, fornecendo uma abstração de alto níveldos recursos de hardware da máquina, livrando oprogramador dos detalhes de funcionamento dos

mesmos.

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


7

FUNÇÕES DO SO

(VISÃO DO PROGRAMADOR DE SISTEMAS: “BOTTON-UP”)

GERENCIADOR DE RECURSOS : processadores, arquivos,memórias, dispositivos de E/S, etc.

Estabelecer critérios de ALOCAÇÃO, USO E PROTE-ÇÃODOS RECURSOS e ordem de acesso aos mesmos, impedindoviolação de espaço de memória entre os programas dosusuários e tentativas de acesso simultâneo a um mesmorecurso.

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


8

SO: EVOLUÇÃO E CONCEITOS BÁSICOS - 1

PRIMEIRA GERAÇÃO (1945 - 1955): VÁLVULAS

Programação em linguagem de máquina (L1G):chaves e painéis

Inexistência de LP (linguagem de programação) ou

Sistema Operacional (SO), o operador “fazia tudo”

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


9


SEGUNDA GERAÇÃO (1955-1965): TRANSISTORES

Separação entre programação e operação

Desenvolvimento das LP: FORTRAN e ASSEMBLY

Surgimento do SO (Sistema Operacional: seqüenciadorautomático de tarefas, também chamado de MONITOR(Ex: FMS e JCL)), dos SISTEMAS EM LOTE (“BATCH”) e da técnica de ”BUFFERING”.

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


10

PROCESSAMENTO EM LOTES: BATCH (Fig. 1.3 SOM3ed)

Colocar os cartões no 1401Ler cartões para a fitaColocar a fita no 7094 e fazer o processamento

Colocar a fita no 1401 e imprimir a saída

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


11

PROCESSAMENTO EM LOTES: BATCH (Fig. 1.4 ASOM5ed)

Processamento

Processamento

Processamento

(a)

(b)

(c)

fita de entrada

fita de entrada

cartões perfurados

fita de saída

relatórios

fita de saída

job 2

job n

relatório 1

relatório 2

relatório n

job 1

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


Processamento em lotes (“batch”)

Programas são organizados em lotes de característicascomuns e executados sequencialmente e sem

interação com o usuário

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


13


TERCEIRA GERAÇÃO (1965-1980): CIRCUITOS INTEGRADOS

MULTIPROGRAMAÇÃO , TEMPO COMPARTILHADO,(“Time-sharing”), MULTIUSUÀRIO e MULTITAREFA ->

MULTICS --> UNIX

Técnicas de ”BUFFERING” e SPOOL (“SimultaneousPeripheral Operation On Line” : Operação simultânea de

periféricos em linha)

L3G: Cobol, C, Pascal, Basic

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


14

MemóriaPrincipal

Dispositivosde E/S

UCPprograma/

tarefa

MONOPROGRAMAÇÃO (Fig. 1.6 ASOM5ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


15

Monoprogramação: um único programa

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


16

Multiprogramação (Fig 1.5 SOMTB3ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


17

MULTIPROGRAMAÇÃO

PARTIÇÃO DE MEMÓRIA 4

MONITOR, SUPERVISOR OU SISTEMA OPERACIONAL

PARTIÇÃO DE MEMÓRIA 3PROGRAMA 3 (“JOB3”)

PARTIÇÃO DE MEMÓRIA 2

PROGRAMA 2 (“JOB2”)

PARTIÇÃO DE MEMÓRIA 1PROGRAMA 1 (“JOB1”)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


18

Multiprogramação (dois programas)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


19

Multiprogramação (três programas)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


20

Tempo Compartilhado: Time Shar ing (Fig. 1.7 ASOM5ed)

MULTIPROGRAMAÇÃO E MULTITAREFA

Memória

Principal

Dispositivos

de E/ S

UCP programa/

tarefaprograma/

tarefa

programa/tarefa

programa/tarefa

programa/tarefa

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


21

Tempo Compartilhado: Time Shar ing Sys tems

A Multiprogramação possibilitou o tempo

compartilhado, permitindo que diversosusuários possam interagir diretamente com ocomputador (interativo)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


22

TÉCNICA DE BUFFERING (Fig. 3.5 ASOM5ed)

MemóriaPrincipal

UCPBuffer

gravação gravação

leitura leitura

Controlador

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


23

TÉCNICA DE SPOOLING (Fig. 3.6 ASOM5ed)

Programa Impressora Arquivode Spool

Sistema OperacionalSistema Operacional

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


24

Buffer e Spooling

• Buffers

• Área de memória para armazenamento temporário que guardadados durante transferências de E/S.• São usados principalmente para:

• Coordenar comunicações entre dispositivos que funcionam emdiferentes velocidades.

• Armazenar dados para processamento assíncrono.• Permitir que alguns sinais sejam emitidos assincronamente.

• Spooling• Técnica de buffer por meio da qual um dispositivo intermediário,

como um disco, é interposto entre um processo e um dispositivo deE/S de baixa velocidade.

• Permite que os processos solicitem operações a um dispositivoperiférico sem que esse dispositivo esteja preparado para atender aessa solicitação.

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


25


QUARTA GERAÇÃO (1980 -> ? ): CIs LSI e VLSI

VLSI (Very Large Scale Integration)

microcomputadores, multiprocessadores, SOs paracomputadores pessoais (mais amigáveis) (DOS ->Windows).

Surgimento das L4G (SQL, C++ e Java), dos SOs deRedes (SOR) e dos SOs Distribuídos (SOD)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


26

EVOLUÇÃO DO UNIX (Fig. 15.1 ASOM4ed)

1 9 7 6

1 9 6 9

UNICS

1 9 7 1

UNIXV1

UNIXV6

1 9 8

8

1 9 7 9

UNIXV7

1 9 8 1

System III

1 9 8 2

System V

1 9 8 4

SVR2

1 9 8 6

SVR3

SVR4

1 9 9 2

SVR4.2

Xenix

Minix AIX

Chorus

SCO Unix

Linux

UnixWare

1BSD

1 9 8

6

1 9 7 8

1 9 7 9

2BSD

1 9 8 0 3BSD

4BSD

1 9 8 1

4.1BSD

1 9 8 3

4.2BSD

4.3BSD

1 9 9 3

4.4BSD

Ultrix

SunOS

Mach

Irix

FreeBSDOpenBSD

OSF/1Solaris

Ã

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


27

EVOLUÇÃO DO WINDOWS (Fig. 14.1 ASOM4ed)

OS/ 2 LAN

Manager VMSDOS

Windows 1.0

Windows3.0

Windows

95

Windows98

WindowsMe

1 9 8 1

1 9 8 5

1 9 9 0

1 9 9 5

1 9 9 8

1 9 9 9

WNT3.1

WNT3.51

WNT4.0

Windows2000

1 9 9 3

1 9 9 5

1 9 9 6

2 0 0 0

Windows XPWindows.NET

2 0 0 1

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


28

• Windows Vista (2007).

• Windows 2008 Server (2008).

• Windows 7 (2009).

• Windows Phone 7 (2010).

• Windows 8 (2012).

Windows: continuação

EVOLUÇÃO DO SO (2007-2013)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


29

EVOLUÇÃO DO SO (2007-2013)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


30

Recentes (2013)

• Ubuntu 13.10 (Saucy Salamander) e Ubuntu Mobi le OS (Ubuntu Touch).

• Firefox OS.

• XBOX OS (MS).

• Orbis OS (PS4): BSD

• iOS 7.

• An dro id 4.3 (Jelly Bean) e 4.4 (Ki tKat ).

• Windows 8.1 (2013).

PROCESSO (Fig 5 2 ASOM5ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


31

PROCESSO (Fig. 5.2 ASOM5ed)

Programa

Contexto deSoftware

Contexto deHardware

Espaço deEndereçamento

Estrutura do Processo (Fi 5 4 ASOM5 d)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


32

Estrutura do Processo (Fig. 5.4 ASOM5ed)

Programa

Contexto deSoftware

prioridade deexecução

registrador PC

data/horade criação

tempo deprocessador

registrador SP

quotas

privilégios

endereços de memóriaprincipal alocados

registrador de status

owner (UID)

PID

nomeregistradores

gerais

Contexto deHardware

Espaço deEndereçamento

PCB: Bloco de Controle do Processo (Fig 5 5 ASOM5ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


33

PCB: Bloco de Controle do Processo (Fig. 5.5 ASOM5ed)

.

...

.

.

.

.

ponteiros

Estado do processo

Registradores

Nome do processo

Prioridade do processo

Limites de memória

Lista de arquivos abertos

Linux PCB : struct task struct (1)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


34

Linux PCB : struct task_struct (1)

struct task_struct {

long state;

long counter, priority;

struct task_struct *next_task, *prev_task;

struct task_struct *next_run, *prev_run;

int exit_code, exit_signal;

int pid;struct task_struct *p_opptr, *p_cptr;

struct wait_queue *wait_chldexit;

struct task_struct *pidhash_next;

Linux PCB : struct task struct (2)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


35

Linux PCB : struct task_struct (2)

unsigned long policy;

struct tms times;

unsigned long start_time;

unsigned short uid, gid;

struct thread_struct tss;

struct files_struct *files;

struct mm_struct *mm;struct signal_struct *sig;

sigset_t signal, blocked;

};

Troca (mudança) de Contexto (Fig 5 3 ASOM5ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


36

Troca (mudança) de Contexto (Fig. 5.3 ASOM5ed)

Carrega registrado res doProcesso B

Carrega registrado res doProcesso A

Sistema O per acional

Salva r egistrador es doProcesso A

executando

executando

executando

Salva r egistrador es doProcesso B

Processo A Processo B

(Fi 2 8 SOMTB3 d)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


37

Monothread x Multithread (Fig 2.8 SOMTB3ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


38

Monothread x Multithread (Fig 4.1 – SOJ7ed)

(Fig 6 3 ASOM5ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


39

Multithread (Fig. 6.3 ASOM5ed)

Contextode hardware

Contextode hardware

Contextode hardware

Espaço de

endereçamento

C o n t e x t o

d e

s o f t w a r e

Thread 3Thread 2Thread 1

Suporte de hardware para sistemas operacionais (SOD3ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


40


• Recursos que executam funções de sistemas operacionaisrapidamente em hardware para melhorar o desempenho.

• Recursos que habilitam o sistema operacional para proteção.

• Mecanismos de proteção no processador: evitam que os processosacessem instruções privilegiadas ou memória.

• Os sistemas de computador geralmente dispõem de diferentes modosde execução:• Modo usuário (estado usuário ou estado-problema): o usuário

pode executar apenas um subconjunto de instruções.

• Modo núcleo (estado supervisor): o processador pode acessarinstruções privilegiadas e recursos em nome dos processos.

CHAMADAS DE (AO) SISTEMA (Fig 1 1 SOD3ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


41

Interação entre aplicações e o sistema operacional.

CHAMADAS DE (AO) SISTEMA (Fig. 1.1 SOD3ed)

CHAMADAS DE (AO) SISTEMA (Fig 4 3 ASOM5ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


42

CHAMADAS DE (AO) SISTEMA (Fig. 4.3 ASOM5ed)

System Call

Aplicação Biblioteca Hardware

Núcleo doSistema OperacionalNúcleo doSistema Operacional


7/23/2019 725567_SO_s114_T1


43


• Proteção e gerenciamento da memória

• Impede que processos acessem memória que não lhes foidesignada.

• É implementada por meio de registradores de processador quesomente podem ser modificados com instruções privilegiadas.

• Interrupções e exceções


7/23/2019 725567_SO_s114_T1


44

• Temporizadores

• O temporizador de intervalo gera periodicamente uma interrupção.

• Os sistemas operacionais usam temporizadores de intervalo paraimpedir que processos monopolizem o processador.

• Relógios

• Oferecem uma medida de continuidade.

• Um relógio de 24 horas habilita o sistema operacional a determinar ahora e a data atuais.

INTERRUPÇÕES E EXCEÇÕES (Fig 3 2 ASOM5ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


45

INTERRUPÇÕES E EXCEÇÕES (Fig. 3.2 ASOM5ed)

INTERRUPÇÕES E EXCEÇÕES

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


46

Ç Ç

São desvios do fluxo de execução de um programa.

1. EXCEÇÃODesvio forçado do fluxo de execução de um programa causadopor um evento interno síncrono, ou seja, ocorre devido a própria

execução das instruções do programa (divisão por zero,overflow, instrução inválida, etc.). As exceções podem sergeradas com uma resposta a erros ou condições de exceção.

2. INTERRUPÇÕES: HARDWARE e SOFTWARE.

(AOCS8ed – Cap3 )

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


47

Interrupções e exceções (AOCS8ed – Cap3 )

• Mecanismo pelo qual outros módulos (p.e. E/S) podem interromper asequência de processamento normal.

• Programa (ex: estouro da pilha, divisão por zero)

• Timer (ex: gerado por timer dentro do processo, sado na multitarefapreemptiva)

• E/S (controlador de E/S)

• Falha de hardware (erro de paridade de memória)

(AOCS8ed Cap3 )

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


48

iclo de interrupção (AOCS8ed - Cap3 )

Adicionado ao ciclo de instrução. Processador verifica interrupção (Indicado por um sinal de

interrupção). Se não houver interrupção, busca próxima instrução. Se houver interrupção pendente:

» Suspende execução do programa atual.» Salva contexto.» Define PC para endereço inicial da rotina de tratamento de

interrupção.» Interrupção de processo.

» Restaura contexto e continua programa interrompido.

(Fig 3 8 AOCS8ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


49

Transferência de controle

(Fig 3.8 AOCS8ed)

(Fig 3 9 AOCS8ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


50

iclo de instrução com interrupções (Fig 3.9 AOCS8ed)

Interrupções e exceções (SOD3ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


51

• Quando ocorre um evento, a maioria dos dispositivos enviaao processador um sinal denominado interrupção.

• As exceções são interrupções geralmente geradas em

resposta a erros ou condições de exceção.

• O sistema operacional pode responder a uma interrupçãonotificando os processos que estão à espera desseseventos.

INTERRUPÇÃO DE HARDWARE (evento externo)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


52

Ç ( )

• Desvio forçado do fluxo de execução de um programacausado por um evento assíncrono externo (relógio,teclado, disco impressora, etc).

• Quando ocorre um evento, a maioria dos dispositivos enviaao processador um sinal denominado interrupção

Pinagem lógica de uma CPU (Fig 3.32 OECTB5ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


53

• As setas indicam sinais de entrada e sinais de saída.• Os segmentos de reta diagonal indicam que são utilizados vários pinos.

PIC: Controlador de interrupção 8259A (Fig 3.40 OECTB5ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


54

Interrupções de hardware (Fig 5.4 SOMTB3ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


55

INTERRUPÇÃO DE HARDWARE (Fig 1.11 SOMTB3ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


56

INTERRUPÇÕES DE SOFTWARE

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


57

São instruções especiais que fazem parte do conjunto deinstruções de um processador, mas que tem umcomportamento semelhante às interrupções de hardware.Os serviços do Sistema Operacional (SO) são geralmenteobtidos através deste mecanismo (chamadas ou “traps” ao

SO).

Exemplos:INT 0x80 (Linux)INT 0x21 (DOS)

CHAMADAS AO SISTEMA: INTERRUPÇÕES DE SOFTWARE (Fig. 4.2 ASOM4ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


58

VETORES DE INTERRUPÇÃO

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


59

• Vetor de interrupção é um mecanismo usado para indicaro dispositivo está solicitando operação de E/S. Elesservem para indicar uma entrada na tabela de vetores deinterrupção.

• A Tabela de vetores de interrupção armazena osendereços das rotinas de tratamento de interrupção (RTI)de cada dispositivo de E/S, de exceções e dasinterrupções de software.

Tabela de vetores de interrupções e exceções para x86 (Tab 12.3 AOCS8ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


60

Tabela de vetores de interrupções e exceções para x86 (Tab 12.3 AOCS8ed)

7/23/2019 725567_SO_s114_T1


61

725567_so_s114_t1

Documents