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Sistemas OperacionaisProf. Esp. André Luís BeliniBacharel em Sistemas de InformaçõesMBA em Gestão Estratégica de Negócios

Aula 04

Estrutura do Sistema Operacional

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Estrutura do Sistema Operacional

• O sistema operacional é formado por um conjunto derotinas que oferece serviços aos usuários e às suasaplicações.

• Esse conjunto de rotinas é chamado de núcleo dosistema, ou kernel.

• Há algumas maneiras dos usuários interagirem com oKernel:

1. Por intermédio das rotinas do sistema, realizadas poraplicações;

2. Utilitários ou linguagens de comandos

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Funções do Núcleo

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Principais funções do núcleo

• Tratamento de interrupções e exceções;• Criação e eliminação de processos e threads;• Sincronização e comunicação entre processos e threads• Escalonamento e controle de processos e threads• Gerência de memória• Gerência do sistema de arquivos• Gerência de dispositivos de E/S• Suporte a redes locais e distribuídas• Contabilização do uso do sistema;• Auditoria e segurança do sistema

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Modo de Acesso

•Uma preocupação dos S.O.s é a implementação demecanismos de proteção do sistema e de acesso aos seusserviços.•Caso uma aplicação, que tenha acesso ao núcleo, realizeuma operação que altere sua integridade, todo o sistemapoderá ficar comprometido e inoperante•Em geral, os processadores possuem dois modos deacesso: modo usuário e modo kernel.•Modo usuário: uma aplicação só pode executar instruçõesconhecidas como não privilegiadas, tendo acesso a umnúmero reduzido de instruções.•Modo kernel: pode ter acesso ao conjunto total deinstruções do processador.

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• O modo de acesso é determinado por um conjunto debits, localizado no registrador de status do processador,que indica o modo de acesso corrente.

• Ações privilegiadas não devem ser utilizadas de maneiraindiscriminada pelas aplicações, pois isso traria gravesinstabilidades e inseguranças ao S.O.

• As instruções não privilegiadas são as que nãooferecem risco ao sistema e podem ser executadas emmodo não privilegiado, ou seja, modo usuário.

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Rotinas do Sistema Operacional e System Calls

• As rotinas do S.O. Compõem o núcleo do sistema,oferecendo serviços aos usuários e suas aplicações.

• Todo o controle de execução de rotinas do S.O. érealizado pelo mecanismo conhecido como system call.

• Esse é um mecanismo de proteção por software, noqual o S.O. Garante que as aplicações só poderãoexecutar rotinas do sistema que estão previamenteautorizadas.

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Chamada a uma rotina do sistema

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• As rotinas do sistema e o mecanismo de system callpodem ser entendidos como uma porta de entrada para onúcleo no S.O. e seus serviços.

• Sempre que uma aplicação desejar algum serviço dosistema, deve ser realizada uma chamada a uma de suasrotinas através de uma system call.

• O termo system calls é tipicamente utilizado no Unix,porém, em outros sistemas o mesmo conceito éapresentado com outros nomes, como system services,no OpenVMS e Application Program Interface (API), noWindows.

Chamada a rotinas do S.O.

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System Call

System Call

Aplicação Biblioteca Hardware

Núcleo doSistema Operacional

Núcleo doSistema Operacional

Linguagem de Comandos

• A linguagem de comandos, ou linguagem de controle,permite que o usuário se comunique de uma formasimples com o S.O., capacitando-o a executar diversastarefas específicas do sistema como criar, ler ou eliminararquivos, consultar diretórios ou verificar a data e horaarmazenadas no sistema.

• Exemplo de comandos no MS Windows

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Comando Descrição

dir Lista o conteúdo de um diretório

cd Altera o diretório default

type Exibe o conteúdo de um arquivo

del Elimina arquivos

mkdir Cria um diretório

ver Mostra a versão do Windows

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Ativação / Desativação do Sistema

• Inicialmente, quando um computador é ligado, não háS.O. carregado na memória da máquina. Em geral, elereside num disco rígido.

• Os componentes do S.O. devem ser carregados para amemória principal toda vez que o computador é ligadopor intermédio de um procedimento denominadoativação do sistema ou boot.

• O procedimento de ativação se inicia com a execuçãode um programa chamado boot loader, que está namemória ROM da máquina.

• POST (Power on Self Test) – Identifica possíveisproblemas no hardware do equipamento.

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Ativação / Desativação do Sistema

• Após essas etapas, o procedimento de ativação verificase há algum dispositivo de armazenamento onde há umsistema operacional residente.

• Caso não haja, uma mensagem de erro é exibida e oprocesso é interrompido.

• Se for encontrado, um conjunto de instruções écarregado para um bloco específico do dispositivo,conhecido como setor de boot .

• A partir da execução desse código, o S.O. é finalmentecarregado para a M.P.

• Na maioria dos S.O. existe também a desativação oushutdown, que garante que os componentes do S.O.sejam desativados ordenadamente, garantindo a suaintegridade.

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Ativação do Sistema

Disco MemóriaPrincipal

boot

SistemaOperacional

Área doSistema

Operacional

Arquiteturas do Núcleo

• Um projeto de S.O. é bastante complexo e deve atendera diversos requisitos, tais como: confiabilidade,portabilidade, fácil manutenção, flexibilidade edesempenho.

• Os primeiros S.O., escritos integralmente em assembly,possuiam cerca de um milhão de instruções.

• S.O. como o Windows Vista, possuem cerca de 50milhões de linhas de código.

• Estima-se que o Windows 7 tenha aproximadamente100 milhões de linhas de código

• O S.O. Linux (versão do kernel 2.6.35), possuiaproximadamente 13 milhões de linhas de código

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Arquitetura Monolítica

• A arquitetura monolítica pode ser comparada com umaaplicação formada por vários módulos que sãocompilados separadamente e depois linkados, formandoum grande e único programa executável, onde osmódulos podem interagir livremente.

• Os primeiros S.O. foram desenvolvidos com base nessemodelo, o que tornava seu desenvolvimento e,principalmente, sua manutenção bastante difíceis.

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Arquitetura Monolítica

Modo kernel

aplicação aplicação

Modo usuário

System call

Hardware

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Arquitetura de camadas

• Na arquitetura de camadas, o S.O. é dividido em níveissobrepostos.

• Cada camada oferece um conjunto de funções quepodem ser utilizadas apenas pelas camadas superiores.

• A vantagem da estruturação em camadas é isolar asfunções do S.O., facilitando sua manutenção edepuração, além de criar uma hierarquia de níveis demodos de acesso, protegendo as camadas maisinternas.

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Arquitetura em Camadas do OpenVMS

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Máquina Virtual

• O modelo de máquina virtual (VM), cria um nívelintermediário entre o hardware e o S.O., denominadogerência de máquinas virtuais. Este nível cria máquinasvirtuais independentes, onde cada uma oferece umacópia virtual do hardware, incluindo os modos deacesso, interrupções, dispositivos de E/S, etc.

• Cada máquina virtual é independente das demais e épossível que cada VM tenha seu próprio S.O. e queseus usuários executem suas aplicações como se todoo computador estivesse dedicado a cada um deles.

• Além de permitir a convivência de S.O. diferentes nomesmo computador, este modelo cria o isolamento entrecada VM, oferecendo grande segurança para cada VM.

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Máquina Virtual

Ap1

VM

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VM

2

VM

n

Gerência de Máquinas Virtuais

Hardware

SO1

HV1

Ap2

SO2

HV2

Apn

SOn

HVn

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Arquitetura de Microkernel

• Existe uma tendência nos S.O. modernos de tornar onúcleo do S.O. o menor e mais simples possível.

• Para tal, os serviços do sistema são disponibilizadosatravés de processos, onde cada um é responsável poroferecer um conjunto específico de funções, comogerência de arquivos, gerência de processos, gerênciade memória e escalonamentos.

• Quando uma aplicação deseja algum serviço, érealizada uma solicitação ao processo responsável.

• A aplicação que solicita é chamada de cliente e oprocesso que responde é chamado de servidor.

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• Um cliente pode ser uma aplicação do usuário ou umoutro componente do S.O., que solicita um serviçoenviando uma mensagem para o servidor.

• O servidor responde ao cliente através de outramensagem.

• A principal função do núcleo é realizar a comunicação,ou seja, a troca de mensagens entre cliente e servidor.

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Arquitetura Microkernel

Modo kernel

Modo usuário

Microkernel

men

sage

m

mensagem

Hardware

Prof. André Luís Belini E-mail: andre.belini@aedu.com

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