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Introdução aos Sistemas

Operacionais

1.1 O que é um sistema operacional1.2 História dos sistemas operacionais1.3 O zoológico de sistemas operacionais1.4 Conceitos sobre sistemas operacionais1.5 Chamadas ao sistema

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Introdução

• Um sistema computacional consiste em– hardware– programas do sistema– programas de aplicação

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O que é um Sistema Operacional

• 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

– Cada programa tem um espaço no recurso

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Componentes de um Sistema de Computação

• Hardware - fornece os recursos básicos para se realizar a computação propriamente dita (CPU, Memória, Dispositivos de I/O).

• Kernel - controla e coordena o uso do hardware através dos programas dos usuários.

• Aplicativos e Utilitários - define a maneira como os recursos do sistema são usados para resolver a computação dos problemas dos usuários.

• Usuários - podem ser os usuários regulares, programadores, analistas, programas e computadores.

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Visão Abstrata dos Componentes de um Sistema de Computação

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História dos Sistemas Operacionais (1)

Antigo sistema em lote– traz os cartões para o 1401– lê os cartões para a fita– coloca a fita no 7094 que executa o processamento– coloca a fita no 1401 que imprime a saída

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• Primeira geração 1945 - 1955– Válvulas, painéis de programação

• Segunda geração 1955 - 1965– transistores, sistemas em lote

• Terceira geração 1965 – 1980– CIs e multiprogramação

• Quarta geração 1980 – presente– Computadores pessoais

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Estrutura de um job FMS típico – 2a. geração


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• Sistema de Tempo compartilhado• Sistema de multiprogramação

– Três jobs na memória – 3a. Geração


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• Funcionalidades necessárias para a multiprogramação

– Rotinas de I/O fornecidas pelo sistema.

– Gerenciamento de memória• O sistema deve alocar e liberar a memória

para vários jobs/programas.

– Escalonamento da CPU• O sistema deve escolher entre os vários

jobs/programas qual está pronto para ser executado.

– Alocação dos dispositivos.


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• Sistemas de tempo Compartilhado– A CPU alterna o atendimento dos vários jobs que

estão na memória • a CPU será alocada apenas se o job estiver

na memória.

– Um job alterna entre a memória e o disco • área de swap.

– Comunicação on-line entre o usuário e o sistema é fornecida.

• Computação Interativa.


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O Zoológico de Sistemas Operacionais(1)

• Sistemas operacionais de computadores pessoais (desktops)

• Sistemas operacionais de multiprocessa-dores (paralelos)

• Sistemas operacionais distribuídos• Sistemas operacionais de tempo-real• Sistemas operacionais embarcados

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• Sistemas operacionais de computadores pessoais (desktops)

– Sistema computacional dedicado para um único usuário.

– Dispositivos de I/O• Teclados, mouse, monitores de vídeo e

impressoras.– Conveniência e responsabilidade para o usuário.– Podem adotar tecnologia desenvolvida para

sistemas operacionais maiores.– Podem executar diferentes sistemas operacionais.

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• Sistemas operacionais de multiprocessadores (paralelos)– Sistemas multiprocessados com mais do que uma

CPU em comunicação direta.– Sistemas Fisicamente e Logicamente Paralelos.– Sistemas Fortemente Acoplados

• Processadores compartilham memória e um clock; a comunicação normamalmente é feita utilizando-se a memória compartilhada ou barramento de dados.

– Vantagens• Aumento do Throughput e economia.• Aumento da confiabilidade

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• Sistemas operacionais distribuídos– Distribui a computação, ou programas, entre os vários

processadores existentes.– Sistemas Fracamente Acoplado

• Cada processador possui sua própria memória local; processadores comunicam-se uns com os outros através de um sub-sistema de comunicação (rede de comunicação local ou de longa distância).

– Vantagens• Compartilhamento de Recursos.• Balanceamento de carga.• Confiabilidade.• Comunicação.

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• Sistemas operacionais de tempo-real– Utilizados para controlar um dispositivo em

uma aplicação ou ambiente dedicado, como controle de experimentos científicos, sistemas de imagens médicas, sistemas de controle industrial entre outros.

– A resposta à uma requisição é extremamente rígida em relação ao tempo.

– Sistemas de tempo real podem ser do tipo hard ou soft real time.

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• Sistemas operacionais de tempo-real– Hard Real Time

• Dispositivos de armazenamento secundário limitados ou ausentes, dados são armazenados normalmente em material semicondutor.

• Conflita com os sistemas de tempo compartilhado, são SOs de uso específico.

– Soft Real Time• Utilização limitada a simulações e realidade

virtual.

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• Sistemas operacionais embarcados– Personal Digital Assistants (PDAs).– Telefones celulares.– Considerações

• Memória Limitada• Processadores lentos• Pequenas Telas de Exibição.

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Evolução do Conceitos dos SO's

Conceitos sobre Sistemas Operacionais (1)

• Gerência de Processos• Gerência de Memória Principal• Gerência de Arquivos• Gerência do Sistema de I/O• Gerência de Armazenamento Secundário• Rede• Sistema de Proteção• Serviços do Sistema Operacional• Interpretador de Comandos do Sistema


• Gerência de Processos– Processo é um programa em execução e necessita

de certos recursos, como tempo de CPU, memória, arquivos e dispositivos de I/O, para completar sua tarefa.

– Responsabilidades do Sistema Operacional:• criar e destruir processos do usuário e do sistema;• suspender e reativar processos;• fornecer mecanismos para

– comunicação entre processos;– sincronização entre processos;– tratamento de deadlocks (impasses).

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• Uma árvore de processos– A criou dois processos filhos: B e C

– B criou três processos filhos: D, E, e F



• Gerência de Memória Principal– A memória principal é um armazenador de acesso

rápido e compartilhável entre a CPU e os dispositivos de I/O, além de ser volátil, ou seja, perderá seu conteúdo em caso de falhas no sistema.

– Responsabilidades do Sistema Operacional:• conhecer quais partes da memória estão sendo

usadas e por quem;• decidir quais processos serão carregados quando

o espaço da memória torna-se disponível;• Alocar e liberar espaço da memória quando for

necessário.


• Divisão da Memória


• Gerência de Arquivos– Um arquivo é uma coleção de informações definidas

pelo seu criador. Normalmente representa programas (fonte, objeto e executável) ou dados.

– Responsabilidades do Sistema Operacional:• criar e remover arquivos;• criar e remover diretórios;• disponibilizar primitivas para manipulação de

arquivos e diretórios;• mapear os arquivos no dispositivo de

armazenamento secundário;• copiar arquivos entre dispositivos de

armazenamento não voláteis.

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Sistema de arquivos de um departamento universitário


• Gerência do Sistema de I/O– Ocultar as peculiaridades de dispositivos de

hardware específicos do usuário.– O subsistema de I/O consiste em:

• buffering, caching e spooling;• interface geral de driver de dispositivo

(device-driver);• drivers para dispositivos de hardware

específicos.– Apenas o driver de dispositivo conhece as

peculiaridades do dispositivo específico ao qual foi atribuído.


• Gerência de Armazenamento Secundário– A memória principal (armazenamento primário) é

volátil e muito pequena para armazenar todos os dados e programas permanentemente, portanto, o sistema computacional deve fornecer armazenamento secundário para auxiliar a memória principal.

– Responsabilidades do Sistema Operacional:• gerenciamento de espaço livre;• alocação de armazenamento;• escalonamento de disco (ordenação e

seleção das operações p/ o uso de discos).


• Rede– Coleção de computadores compartilhando recursos.– Cada computador tem seu próprio processador,

memória e clock, além do sistema operacional.– Os computadores são interligados através de um

sub-sistema de comunicação e utilizam protocolos para viabilizar a comunicação.

– Acesso aos recursos compartilhados permitem:• speed-up computacional (aumento na

velodidade de processamento);• aumento na disponibilidade dos dados;• aumento da confiabilidade.


• Sistema de Proteção– Proteção refere-se a qualquer mecanismo para

controlar o acesso de programas, processos ou usuários aos recursos do sistema ou de outros usuários.

– O mecanismo de proteção deve:• distinguir entre uso autorizado e não

autorizado;• especificar o tipo de controle a ser utilizado;• fornecer os meios para viabilizar estes

controles.


• Resumindo:–Serviços do Sistema Operacional

• Execução de programas• Operações de I/O• Manipulação do Sistema de Arquivos• Comunicações• Detecção de Erros• Alocação de Recursos• Contabilização• Proteção


• Interpretador de Comandos do Sistema–Os comandos são enviados ao sistema operacional

através de uma interface caracter ou orientada a mouse (“gráfica”).

• “ORIENTADOS A TECLADO” x “ORIENTADOS A MOUSE”

–Outros nomes: SHELL (casca do sistema), “prompt do sistema”, “console”, interpretador de linha de comando, “terminal”.

–Os comandos interagem com:• gerenciamento de processos;• gerenciamento de memória principal;• gerenciamento de arquivos (do usuário e do sistema);• manipulação de I/O;• gerenciamento de armazenamento secundário;• Proteção/rede.

Modelo simples de estruturação de um sistema monolítico


Chamada ao Sistema

• As Chamadas ao sistema (system calls) fornecem uma interface entre um programa que está em execução e o sistema operacional.

• Usadas para– Controle de Processos– Gerência de Arquivos– Gerência de Dispositivos– Manutenção de Informações– Comunicações

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Os Passos de uma Chamada ao Sistema

Os 11 passos para fazer uma chamada ao sistema read (fd, buffer, nbytes)

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Algumas Chamadas ao Sistema para Gerenciamento de Processos

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Algumas Chamadas ao Sistema para Gerenciamento de Arquivos

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Algumas Chamadas ao Sistemapara Gerenciamento de Diretório

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Algumas Chamadas ao Sistemapara Tarefas Diversas

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Chamadas ao Sistema

Algumas chamadas da interface API Win32

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