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Computação L1: Computação L1: Infra-Estrutura Básica Infra-Estrutura Básica Sérgio Cavalcante [email protected]

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Page 1: Computação L1: Infra-Estrutura Básica Sérgio Cavalcante svc@cin.ufpe.br

Computação L1:Computação L1:

Infra-Estrutura BásicaInfra-Estrutura Básica

Sérgio [email protected]

Page 2: Computação L1: Infra-Estrutura Básica Sérgio Cavalcante svc@cin.ufpe.br

Hardware,Software eComunicação

HardwareHardware

SistemaOperacional

Software de Suporte

Software Aplicativo

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Pra quê software básico? O que acontece quando ligamos o computador? E quando “clicamos” num ícone? Como funcionam dois programas ao mesmo

tempo? E se estiverem cooperando mas em máquinas

diferentes interligadas em rede? Como ocorre o mapeamento de discos? E se dois programas quiserem usar o mesmo

recurso?

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Escalonamento de Processos

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Módulo 1

Conceitos Básicos Introdução aos Sistemas Operacionais Gerenciamento de Processos /

Escalonamento Gerenciamento de Memória / Memória

Virtual Entrada e Saída Gerenciamento de Disco / Sistemas de

Arquivos

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Conceitos Básicos

Introdução aos Sistemas Operacionais

O que é um sistema operacional?

Um gerenciador de recursos.

- Permite uma utilização simples, eficaz e segura dos recursos do sistema computacional- Oferece uma interface para o usuário

Que recursos são esses?Que recursos são esses?

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Conceitos Básicos

Tarefas do S.O. Permite o armazenamento e recuperaçao de informações Isola detalhes de hardware Controla o fluxo de dados entre componentes Permite que um programa seja executado sem

interferência de outros Permite cooperação entre programas Interage com o(s) usuário(s) Escalona e controla recursos Responde a erros do sistema Realiza contabilidade do uso do sistema (cobrança,

performance)

Page 8: Computação L1: Infra-Estrutura Básica Sérgio Cavalcante svc@cin.ufpe.br

Conceitos Básicos

Tipos de S.O. Sistemas batch (em lote) Sistemas interativos Monotarefa Multitarefa Monousuário Multiusuário Máquinas virtuais Sistemas de tempo real Estrutura: Monolíticos X Em camadas

Page 9: Computação L1: Infra-Estrutura Básica Sérgio Cavalcante svc@cin.ufpe.br

Conceitos Básicos

Tipos de S.O. Sistemas batch (em lote)

• Cartões perfurados

Sistemas interativos• Terminais de usuários

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Conceitos Básicos

Tipos de S.O. Monotarefa Executam apenas uma tarefa por vez.

• O que é uma tarefa?

• O que são Processos?• Antes, o que é um programa?

Processos são programas em execuçãoProcessos são programas em execução.São geralmente chamados de tarefas

• O que são Threads?

Threads são partes de um programa que executam em paralelo.Threads são partes de um programa que executam em paralelo.

• Qual a diferença entre multitasking (multitarefa) e multithreading?

Page 11: Computação L1: Infra-Estrutura Básica Sérgio Cavalcante svc@cin.ufpe.br

Conceitos Básicos

Processos Contexto de processos

Vídeo

TecladoCPUCPUCPUCPU

Memória

E/S

outros dispositivos

CPU: Registradores Memória: Posições em uso E/S: Estado das requisições Estado do processo: Rodando, Bloqueado, Pronto Outras informações

Page 12: Computação L1: Infra-Estrutura Básica Sérgio Cavalcante svc@cin.ufpe.br

Conceitos Básicos: Processos

Registradores da CPU Registradores de controle e status

• Acesso geralmente restrito ao S.O. ou à própria CPU• Ex: Program Counter (PC),

Instruction Register (IR), Program Status Word (PSW)

• Resultados de operações• Modo supervisor / usuário• Habilitação / desabilitação de interrupção

Registradores de uso geral• O usuário tem acesso• Armazenam dados endereços e resultados de operações

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Conceitos Básicos

Processo Estados de um processo

Pronto Rodando

Bloqueado

CriaçãoTérmino

Esperandoevento

Eventoocorreu

ID do Processo

Estado

Program Counter

Ponteiros da MemóriaContexto (regs.)

I/O Status

Prioridade

Informações gerais• tempo de CPU• limites, usuário, etc.

Contexto

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Conceitos Básicos

Tipos de S.O. Monotarefa Multitarefa Monousuário Multiusuário

Como evitar que um processo monopolize o sistema?

Sistemas de tempo compartilhado (Time Sharing Systems)• Permite sistemas interativos• Requer temporizadores (timers )• Interrupções

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Conceitos Básicos: Tipos de S.O.

MultiprocessamentoÍnd. Processo

PC

BaseLimite

Outros regs

Lista de

proc.

Proc. A.

Proc. B.

O índice do processo contem o apontador para a lista de processos

Uma troca de processos consiste em trocar o valor dos registradores de contexto da CPU

Memória

...

...

...

Contexto

Dados

Código

Contexto

Dados

Código

Regs da CPU

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Conceitos Básicos: Tipos de S.O.

O que é necessário para haver multiprocessamento? Suporte do Hardware

• Temporizadores (timers )• Interrupções• Gerenciamento de memória• Proteção de memória

Suporte do S.O.• Escalonamento dos processos• Alocação de memória• Gerenciamento dos periféricos

Page 17: Computação L1: Infra-Estrutura Básica Sérgio Cavalcante svc@cin.ufpe.br

Conceitos Básicos:

A importância da Interrupção Numa sistema simples,

CPU deve esperar a execução do comando de E/S• A cada chamada do

comando write a CPU fica esperando o dispositivo executar o comando.

Ex: escrita em disco

Page 18: Computação L1: Infra-Estrutura Básica Sérgio Cavalcante svc@cin.ufpe.br

Conceitos Básicos:

A importância da Interrupção Um sistema com

interrupção não fica esperando• A CPU solicita o write e

fica exectando outras tarefas até ser interrompida pelo disco.

Ex: escrita em disco

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Conceitos Básicos

Operação Básica da CPU

Busca instruçãoe dados

Busca instruçãoe dados

Executa a instruçãoExecuta a instrução

Incrementa PCIncrementa PC

1) Pára o processo atual2) Salta p/ rotina de interrupção

1) Pára o processo atual2) Salta p/ rotina de interrupção

Sim

NãoInterrupção?

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Conceitos Básicos

Interrupção do Programa

Page 21: Computação L1: Infra-Estrutura Básica Sérgio Cavalcante svc@cin.ufpe.br

Conceitos Básicos: Tipos de S.O.

Como identificar e tratar erros? Uso de exceções

• Interrupções causadas por:• Divisão por zero• Erro de código de instrução• Acesso indevido de memória• Acesso indevido a dispositivos de E/S• ...

Page 22: Computação L1: Infra-Estrutura Básica Sérgio Cavalcante svc@cin.ufpe.br

Conceitos Básicos:

Como evitar que um processo interfira em outros (inclusive no SO) ? Níveis diferentes de prioridade para os processos:

• Modo supervisor (administrador)• Modo usuário

Restrição (por hw) de acesso a certas Instruções (privileged instructions)• Instruções de E/S• Modificação de certos registradores

Gera uma exceção se tentado por processo do usuário

Page 23: Computação L1: Infra-Estrutura Básica Sérgio Cavalcante svc@cin.ufpe.br

Conceitos Básicos:

Como executar programas maiores que a memória principal? Uso de memória virtual Áreas do disco são usadas para armazenamento de

blocos do programa. Apenas os blocos em uso ficam na memória principal Quando necessário, trocam-se os blocos da memória

com o disco (swap)

Page 24: Computação L1: Infra-Estrutura Básica Sérgio Cavalcante svc@cin.ufpe.br

Estrutura do S.O.

Usuário

Aplicativos

Utilitários

Sistema Operacional

Computador (Hardware)

Monolítico Em camadas

Page 25: Computação L1: Infra-Estrutura Básica Sérgio Cavalcante svc@cin.ufpe.br

Estrutura em camadas Modularidade Hierarquia Facilita evolução e adaptação a novos

ambientes