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Aula01

• IntroduçãoaosSistemasOperacionais

1

IntroduçãoaosSistemasOperacionais

• Definição

• Oqueé?

• Exemplos

• MáquinasdeNíveis

Prof. Marco Câmara2

Definição

• “...umconjuntoderoHnasexecutadaspeloprocessador,deformasemelhanteaosprogramasdosusuários.”

• “...OSOtemporobjeHvofuncionarcomoumainterfaceentreousuárioeocomputador,tornandosuauHlizaçãomaissimples,rápidaesegura”.

– FrancisMachadoeLuizPauloMaia


Definição

• “...éumprogramaqueatuacomointermediárioentreousuárioeohardwaredeumcomputador.”

• “...devepropiciarumambientenoqualousuáriopossaexecutarprogramasdeformaconvenienteeeficiente”.

– Silberschatz,GalvineGagne


OqueéumSistemaOperacional?

• OqueéumS.O.?– Funções

– Responsabilidades

• Transparência

– Simplificação

• Gerência

– ComparHlhamento– OHmização

• Encapsulamento

– EsconderDetalhes


OqueéumSistemaOperacional?

• Primeiroscomputadores

– Programaçãocomplexa

• Exigiagrandeconhecimentodohardwareedelinguagemdemáquina

– Solução:

• SistemasOperacionais– Encapsulamento

» Interaçãosetornoumaisfácil,confiáveleeficiente.


Exemplos(computadorespessoais)

• Windows(Windows10)

• MacOSX10.11(ElCapitan)

• Linux(Ubuntu,RedHat,SuSE)

• Unix(FreeBSD,SCOUnix,HP-UX,SunOS)


Exemplos(smartphones)

• Android

• IoS

• WindowsPhone


Exemplos(outrosambientes)

• Worksta-onsdeaplicaçãoespecífica

• Servidores

• EletrodomésHcos(SOembarcados)

• Computadoresdegrandeporte(mainframes)


Exemplos

• Quaisasprincipaisdiferenças?

– Quemconhecemaisdeumsistemaoperacional?

– Apresentardiferenças.


Aula02

11

HistóricodeSOs

• PrimeiraGeração(1945-1955)

– Primeiroscomputadores

– ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandComputer)

• RealizaçãodecálculosbalísHcos

– UHlizaçãodeválvulas

• ENIAC

– 18.000válvulas

– ProgramaçãoemlinguagemdemáquinaProf. Marco Câmara

12

HistóricodeSOs

• PrimeiraGeração(1945-1955)

– Ausênciadesistemaoperacional

– EDVAC(ElectronicDiscreteVariableAutomaHcComputer)

– Usuários

• Universidadeseórgãosmilitares

– UNIVAC

• Censoamericanode1950


HistóricodeSOs

• SegundaGeração(1956-1965)– Criaçãodostransistores

• Aumentonavelocidadedoprocessamento

• Dimensãodoscomputadores

– CriaçãodasmemóriasmagnéHcas

• Acessomaisrápidoaosdados

– Primeiraslinguagensdeprogramação:

• AssemblyeFORTRAN


HistóricodeSOs

• SegundaGeração(1956-1965)– Cartãoperfurado

– Processamentobatch• Processamentodelotedeprogramas

– SOcomconjuntoderoHnasparaoperaçõesdeEntradaeSaída(IOCS)

– Conceito:

• IndependênciadosdisposiHvos


HistóricodeSOs

• TerceiraGeração(1966-1980)– Monitordevídeoedoteclado

• Interação

• TimeSharing

– SurgimentodosistemaoperacionalUNIX(linguagemC)

– Primeirosmicrocomputadores


HistóricodeSOs

• TerceiraGeração(1966-1980)– IntroduçãodosCircuitosIntegrados

• Menorcustoedimensão

• Performance

– MulHprogramação• ComparHlhamentodamemóriaprincipal

• PrimiHvascombloqueio– Sinaiseinterrupções


HistóricodeSOs

• QuartaGeração(1981-1990)

– Aperfeiçoamentodoscircuitosintegrados

– SurgimentodosPC’sedoDOS

• SubsHtuiçãodoCP/M

– Estaçõesdetrabalho(monousuárias)

• MulHtarefa

– MulHprocessadores

– Sistemasoperacionaisderedeedistribuídos.


HistóricodeSOs

• QuintaGeração(1991-2007)

– Arquiteturacliente-servidor

– Processamentodistribuído

• MulHprocessadoresnãoconvencionais

– Linguagemnatural;

– Segurança,gerênciaedesempenhodoSOedarede

– Consolidaçãodossistemasdeinterfacesgráficas

• InteraçãocomusuáriosmaisflexívelProf. Marco Câmara

19

MáquinadeNíveis

• Computadorcomomáquinadeníveisoucamadas:– Nível2-Aplicações;

– Nível1–SistemaOperacional;

– Nível0–Hardware.

Prof. Marco Câmara

Usuários

20

Nível0(Hardware)

• DisposiHvosFísicos;

• Microprogramação;

• LinguagemdeMáquina.


Níveis1e2-So:ware

• SistemaOperacional;

• LinguagensdeProgramação

– CompiladoreseInterpretadores;

– MáquinasVirtuais(Java);

– AmbientesdeDesenvolvimento.

•Aplicações.


ConceitosdeHWeSW


Conceitos

• Hardware

– Trêssubsistemasbásicos:

• UnidadeCentraldeProcessamento;

• Memóriaprincipal;

• DisposiHvosdeentradaesaída.

– Subsistemassãotambémchamadosdeunidadesfuncionais;

– Implementaçõespodemvariaradependerdaarquitetura.


ModelodeComputador

Entrada SaídaProcessamento

Memória


ModelodeComputador

• Execuçãodeprogramas

– ProgramaarmazenadoemdisposiHvodeE/S

– Cargadoprogramanamemória(SO)

– Execuçãodasinstruções(umaauma)naCPU

Dispositivo de E/S

Memória Principal

CPU


CPU

• Controlacadaunidadefuncionaldosistema

• Execuçãodasinstruçõesdosprogramas

– AritméHcas

– Comparação

– Movimentação


CPU

• ConjuntodeInstruções– InstruçõesdemáquinasdisponíveisnaCPU

– TiposequanHdadevariamdeacordocomaCPU

– CompaHbilidadedeprogramas

– RISCxCISC


CPU

• Desempenhodeprocessadores– Dependede:

» Conjuntodeinstruçõesdisponível

» clock

» Númerodenúcleos

– Benchmark

» Usadoparacompararprocessadoresdiferentes

» Códigosespecíficospodemprivilegiarumdeterminadoproduto!


Memória(definição)

• Externa(storage)

– ArmazenaarquivosdoSO,AplicaçõeseDados;

– Estante?

• PrincipalouInterna

– Provêoespaçodetrabalho(mesa?)

30

MemóriaPrincipal

• Armazenainformações(bits)

– Programas(instruções)

– Dados

• Compostaporváriasunidadesdeacesso

– Bit,ByteePalavra;

– Posiçõesdememória.


Memória-Endereçamento

Cadaposiçãodememóriatemumendereçowsico

Referênciaúnicadeumaposiçãodememória

0 1 2 3 . . . . . .

m-1

0000 11111010 01000000 00001111 11110000 1111

0000 1011

Endereço Conteúdo: Instrução ou Dado

tamanho da célula: 8 bits

número de posições de

memória endereçáveis:

m


Memória-Tipos

• Fisicamente,existemdoisHpos:

– RAM,oumemóriadeleituraeescrita

• EstáHcaXDinâmica;

• Amaiscomumenteespecificadaemanipulada;

• Definidabasicamentepelacapacidadeebarramento(performance).

– ROM

• EPROM,EEPROM,Flash

33

TiposdeRAM

• SRAM(Sta-cRAM)– Construída com semicondutores;– Usa circuitos flip-flop para

armazenar cada bit de memória, logo mantém as informações enquanto existir fonte de energia;

– Muito rápida; – Cara e complexa (6 transistores),

logo não é usada em grandes volumes.

• DRAM(DynamicRAM)– Armazena cada bit em um

capacitor conectado a UM transistor;

– O capacitor perde carga rapidamente, logo a memoria precisa ser “lembrada”;

– Simples e de baixo custo, compõe o maior volume da memorial usada nos computadores atuais.

34

Memória-Operação

• InterligaçãoMemória-Processador

– Registradoresdeusoespecífico:

• MemoryAddressRegister-MAR-REM

• MemoryDataRegister-MDR-RDM


Memória-Operação

• OperaçãodeLeituradaMemória

– CPUarmazenaendereçodacélulaaserlidanoMAR

– CPUgerasinaldecontroleindicandoqueaoperaçãoédeleituradamemória

– Memóriarecuperainformaçãoarmazenadanaposiçãoendereçadaecolocanobarramentodedados,chegandoaoMDR


Memória-Operação

OperaçãodeGravaçãonaMemória

– CPUarmazenaendereçodacélulaasergravadanoMAR

– CPUarmazenaainformaçãoasergravadanoMDR

– CPUgerasinaldecontroleindicandoqueaoperaçãoédegravaçãonamemória

– Memóriaarmazenainformaçãodobarramentodedadosnaposiçãoendereçada


MemóriaCache

• MemóriaCache

– Memóriadealtavelocidade

– LocalizadaentreCPUeMemóriaPrincipal

– Aumentodedesempenhocomcustorazoável

– Algoritmo

• Hitrate-taxadeacertos

– Interna(L1,ouprimária)xExterna(L2,ousecundária)


Memória

Prof. Marco Câmara

Per

form

ance

& C

usto

Capacidade

39

DisposiHvosdeE/S

• DisposiHvodeE/S

– Comunicaçãocommeioexterno

– MemóriaSecundáriaeInterfaceHomem-Máquina

• Barramentos

– Conjuntodefiosparalelos

– InterligaCPU,PeriféricoseMemóriaPrincipal


Barramentos

• BarramentodeDados

– NúmerodebitsporoperaçãodeE/SouacessoàMemória

– Processadoresde8,16,32ou64bits

– FluxoBi-direcional(leitura/gravação)

• BarramentodeEndereços– CapacidadedeArmazenamento=2n

– FluxoUni-direcional(CPU®MEMouE/S)Prof. Marco Câmara

41

Barramentos

• BarramentodeControle

– Diversossinaisdecontrole

• Read/Write

• ControledeInterrupções

– FluxoUniouBi-direcional(dependedosinaldecontrole)


ConceitosdeSo|ware


ConceitosdeSo|ware

• Tradução

– Necessidadedecodificarinstruçõesparamáquina

– Evolução

• Programaçãoviapainéis

• Linguagensdeprogramação

– LinguagensdeProgramação

• MaiorindependênciadoHW

• Maiorfacilidadededesenvolvimento/manutenção


Tradução

• LinguagensdeMontagem(Assembly)

– Mnemônicosassociadosàsinstruçõesdoprocessador

– Específicaparacadaprocessador

– Montadores(Assembler)


Tradução

Programa Fonte

Programa Objeto

Tradutor

Linguagem de Montagem

Módulo Objeto

Montador

Linguagem de Alto Nível

Módulo Objeto

Compilador

Módulo Objeto

Programa Executável

Linker

Módulo Objeto

Módulo Objeto


Tradução

• LinguagemdeAltoNível

– Semrelaçãodiretacomoprocessador

– Transportabilidade

– Pascal,Fortran,Cobol,VB,Java

– Compiladores

– Interpretadores

– CasoespecialdoJava:JVM


Tradução

• MódulosObjeto

– Códigodemáquinanãoexecutável

– Referênciasamódulosexternosnãoresolvidas

• MódulosExecutáveis

– Códigosdemáquinaexecutáveis

– Linkers

• Bibliotecas

• RelocaçãoProf. Marco Câmara

48

ConceitosdeSo|ware

• Loader-Carregador

– Cargadoprogramanamemóriaparaexecução

– AbsolutoxRelocável

• Debugger-Depurador

– Pesquisadeerrosdelógica

– Rastreamento


ConceitosdeSo|ware

• LinguagemdeControle

– ComunicaçãoUsuáriocomoSO

• CaracterxGráfica

– InterpretadordeComandos-Shell

– ArquivosdeComandos


ConceitosdeSo|ware

• LinguagemdeMáquina

– InstruçõesdoProcessador

• AcessoaosRegistradores/Memória

• Modosdeendereçamento

• Tiposdedados


ConceitosdeSo|ware

• LinguagemdeMáquina

– Programaemlinguagemdemáquina

• Totalmentecodificadoembinário

• DiretamenteprocessadopelaCPU

• Nãorequertraduçãoourelocação

• Nãopodeserexecutadoemoutrosprocessadores


ConceitosdeSo|ware

• Microprogramação

– Cadainstruçãoemlinguagemdemáquinatemummicroprogramaassociado

– Omicroprogramaéformadoporváriasmicroinstruções

– Microinstruçõessãoexecutadaspelohardware

– ArquiteturaCISC

– Processadoresmicroprogramáveis

• Aceitamnovasinstruções-novosmicroprogramasProf. Marco Câmara

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MáquinadeNíveis

Dispositivos Físicos

Microprogramação

Aplicativos

UtilitáriosSistema Operacional

Linguagem de Máquina

Hardware

Programas Aplicativos

Programas do SO: Compiladores, Shell,

Editores de Texto


TiposdeSistemasOperacionais

• Monoprogramáveis/Monotarefa

• MulHprogramáveis/MulHtarefa

• MulHprocessados



• SistemasMonoprogramáveis/Monotarefa

– Todosrecursosdosistemadedicadosaumatarefa

– Execuçãodeprogramasseqüencialmente

– Usadonosprimeiroscomputadoresdegrandeporte

– Usadonosprimeiroscomputadoresdepequenoporte

• SistemasMonousuário



• SistemasMonoprogramáveis/Monotarefa

– Sub-uHlizaçãodosrecursosdosistema

• ProcessadorXOperaçõesdeE/S

• Memória

• DisposiHvosdeE/S

– Implementaçãosimples

• Semrecursosdeproteção



• SistemasMulHprogramáveis/MulHtarefa

– RecursosdosistemacomparHlhadospordiversastarefas

– Execuçãodeprogramasconcorrentemente• AumentodaproduHvidade

• Reduçãodecustos

• SuporteaSistemasMulHusuário

– ComparHlhamentonauHlizaçãodosrecursosdosistema• ProcessadorXOperaçõesdeE/S

• Memória

• DisposiHvosdeE/SProf. Marco Câmara

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– Implementaçãocomplexa

• Gerenciamentodosacessosconcorrentesaosrecursos

• Recursosdeproteção

– SistemasMonousuárioXMulHusuário

• Mainframes

• ComputadoresPessoaiseEstaçõesdeTrabalho




– SistemasdeTempoReal

• SemelhanteaosSistemasdeTempoComparHlhado

• Limitesrígidosparatempoderesposta

• SemfaHadetempo

• Níveisdeprioridade

• Controledeprocessos(Indústrias,TráfegoAéreo)



• MulHtarefa– ColaboraHva

• Windows95,98

• NãoexistefaHadetempo

– PreempHva

• Windows10eServer,Linux,MacOS,...

• ExistefaHadetempo

• Preempção



• SistemasMulHprocessados

– SistemascommaisdeumaCPUinterligada

• Execuçãosimultâneadeprogramas

• Supredificuldadenodesenvolvimentodeprocessadoresmaisrápidos

• IdealparasistemasquenecessitamusointensivodeCPU– ProcessamentocienÄfico




– CaracterísHcas

• MulHprogramação

– Aplicadaacadaprocessador

• Escalabilidade

– Aumentodacapacidadecomputacional

• Reconfiguração

– Tolerânciaàfalhaemalgumprocessador

• Balanceamento

– Distribuiçãodecargadeprocessamento




– Classificação

• Emfunção:– daformadecomunicaçãoentreCPUs– dograudecomparHlhamentodamemóriaeE/S

• SistemasFortementeAcoplados– ProcessadorescommúlHplosnúcleos,porexemplo.

• SistemasFracamenteAcoplados– ServerCluster,porexemplo.




– SistemasFortementeAcoplados

• ProcessadorescomparHlhamumúnicamemória

– EspaçodeEndereçamentoÚnico– ÚnicoSO

MemóriaCPU

Dispositivos de E/S

CPU

Dispositivos de E/S




– SistemasFracamenteAcoplados

» SistemasdeComputaçãoindependentes,masconectados(mulHcomputadores)

◆ ProcessamentoDistribuído◆ SOdeRede(SOR)XSODistribuído(SOD)

Memória CPU

Dispositivos de E/S

Memória CPU

Dispositivos de E/S

Link de Comunicação



• MulHprocessamento

– Computadoresvistosoriginalmentecomomáquinasseqüenciais

• Execuçãoseqüencialdasinstruçõesdoprograma

– SistemasMulHprocessados

• Paralelismo-Simultaneidade

• Execuçãodeváriastarefasousub-tarefas


DefiniçãodeProcesso

• Umprogramaemexecução

• NãoéomesmoquePrograma(enHdadeestáHca)

– Programaéocódigoexecutável

– Processoéocódigoexecutando

• EnHdadedinâmica

– Ex.:Aexecuçãodeprog.exe3vezesgera3processosdisHntosdomesmoprograma


AmbientedeumProcesso

• Todoprocessoprecisater:

– Seçãodetexto

• Códigoexecutável

– Seçãodedados

• Variáveis,estruturas

– Pilhadoprocesso

• Parâmetrosetc

– Registradores,incluindoPC,SP,BPetc.


Conceitos

• ParaqueosprocessosexecutememambientemulHprogramado,existeagerênciade:

– ComparHlhamentodaCPU,dememória,E/Setc

• Nomenclatura

– SistemasBatch

• Job

– SistemasdeTempoComparHlhado

• Tarefa(on-line)


EstadosdoProcesso

• Mudançasdeestadoduranteaexecução:

– Iniciando• Oprocessoestásendocriado

– SOAlocaMemória,Contexto(BCP)

Ex.:OusuárioclicanumarquivoexecutávelnoExplorerouexecutaviaCMD

– Executando• Instruçõesdoprocessoestãosendoexecutadas

– Bloqueado• Oprocessoestáesperandoalgumeventoexterno


EstadosdoProcesso

• Mudançasdeestadoduranteaexecução:

– Pronto

• Oprocessoestáaguardandochancedeserexecutadonoprocessador

– Terminando

• Oprocessoestáfinalizandosuaexecução


EscalonamentodeProcessos

Prof. Marco Câmara

InícioPronto

Bloqueado

Execução

Terminado

73

ControledeProcesso

• BlocodeControledeProcesso(BCP)

– ÁreadeMemóriaalocadapeloSOparagerenciarprocessos

– Mantéminformaçõessobreoprocesso• Estadodoprocesso

• RegistradoresdaCPU,incluindooPC

• Informaçõesparaescalonamento

• Informaçõesparagerenciamentodememória

• Informaçõesdecontabilização

• InformaçõessobreoperaçõesdeE/S

• PonteirosparaArquivos,SocketetcProf. Marco Câmara

74

Aula03

75

TrocadeContexto

• Preempção

– AçãodereHrarumprocessodaCPUaqualquerinstanteerestaurá-locomosenadaHvesseocorrido

• SuportadoporInterrupções(comopeloCLOCK)epeloBCP

– Ex.:PreempçãoportempodeQuantum– PreempçãoporI/O,Prioridadeetc.

• Tempodatrocaéconsideradooverhead

• TempodependedesuportedehardwareecomplexidadedoSO


EscalonamentodeProcessos

• Manutençãodefilasparacontroledosprocessos

– FiladeProcessos–todosprocessosnosistema

– FiladePronto–processosprontos

– FilasdeBloqueado-processosaguardandoE/SdedisposiHvo(interrupção)ousinal

• MúlHplasFilas–umapordisposiHvo

– FiladeDisco,FiladeCD,FiladeTeclado,deRede

– BCPefetuaoencadeamentonasfilas

– ProcessospassamporváriasfilasProf. Marco Câmara

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Escalonadores

• Classificaçãodeprocessos:

– I/O-BOUND–IntensivamenteconsumidordeE/S• PassamaistempofazendooperaçõesdeE/SdoqueuHlizandoaCPU– ProcessosComerciais

– CPU-BOUND–IntensivamenteconsumidordeCPU• PassamaistempoefetuandocálculosdoqueE/S

– ProcessosCienÄficos/MatemáHcos

– Híbrido


Escalonadores

• CombinaçãoadequadadeprocessosCPUeI/OBOUNDmelhoraodesempenhoeflexibilidadedosistema

– ProcessointeraHvo(Ex.:InternetExplorer)

• TipicamenteI/OBound


AlgoritmodeEscalonamentodeCPU

• AlgoritmodoS.O.quedeterminaqualopróximoprocessoaocuparaCPU

– ExecutadoquandoocorreestourodeQuantumouinterrupçãodoprocesso(I/O,Evento,Sinaletc.)ouoprocessoacaba;

• CritériosmudamcomcaracterísHcasdosProcessos

– Batch,CPUBound,I/OBound,InteraHvos


MetasdoEscalonamento

• Eficiência– ManteraCPUocupada100%dotempo

• Throughput

– Maximizaronúmerodeprocessos(tarefas,jobs)executadosemumdadointervalodetempo

• Turnaround

– Minimizarotempodeumprocessonosistema,desdeseuinícioatéotérmino• Tempomédiodeexecução

• FundamentalaprocessosBatch Prof. Marco Câmara81

MetasdoEscalonamento

• Igualdade

– TodoProcessotemdireitodeocuparaCPU

• Tempoderesposta

– MinimizarotempodecorridoentreasubmissãodeumpedidoearespostaproduzidanumprocessointeraHvo


ConflitoentraMetas

• Atenderaumametapodeprejudicaroutra

– QualqueralgoritmodeescalonamentofavoreceráumHpodeprocesso(CPUBound,I/OBound,TempoReal,etc)emdetrimentodeoutros

– Opropósitoprecisasergeral


TiposdeEscalonamento

– Escalonamentonão-preempHvo• EscalonamentoCooperaHvo;

• ProcessomantémaCPUatéterminarouE/S;

• Nãorequerrecursosespeciaisdehardware– NãoexisteQuantum(devoluçãovoluntáriadocontroleaoS.O.)

• NocasodoWindows,uHlizadoatéaversão3.x.

– EscalonamentopreempHvo• RequertemporizadornaCPU(faHadequantumouUsodoclock);

• RequersuportedoSOparacoordenaracessoadadoscomparHlhadosdeformaconsistente(proteção).


FreqüênciadeprocessosporduraçãodesurtodeCPU


EscalonamentoFIFO

• FirstComeFirstServed(FCFS,FIFO,PEPS)

– NãopreempHvo

Processo Início Duração (ut)

P1 0 24

P2 0 3

P3 0 3


EscalonamentoFIFO

• Ordemdechegadadosprocessos:

P1,P2,P3

• DiagramadeGanÖ

P1 P2 P3

24 27 300


EscalonamentoFIFO

• Temposdeespera

P1=0

P2=24

P3=27

Dica:TempodeEsperaéotempoqueoprocessopassanoestadodePronto.

• Tempomédiodeespera

(0+24+27)/3=17

Throughput = 0,1 (3/30)

Prof. Marco Câmara

P1 P2 P3

24 27 300

88

EscalonamentoFIFO

• Temposdesaída

P1=24

P2=27

P3=30

• Tempomédiodesaída

(24+27+30)/3=27Prof. Marco Câmara

P1 P2 P3

24 27 300

89

EscalonamentoSJF

• Outraordemdechegada

P2,P

3,P

1

• DiagramadeGanÖ

P1P3P2

63 300


EscalonamentoSJF• FIFOordenado(SJF/MPP)

– MenorProcessoPrimeiro

• Menortempodeexecução

• Temposdeespera

TEP1=6;TEP

2=0;TEP

3=3

• Tempomédiodeesperamelhora

(6+0+3)/3=3

• Tempomédiodeesperanãoémínimo

– Podevariarmuito(comossurtosdeCPU)

• EfeitoComboio

– ProcessosI/OboundesperamporCPUboundProf. Marco Câmara

P1P3P2

63 300

91

EscalonamentoSJF

• Temposdesaída

P1=30;P

2=3;P

3=6

• Tempomédiodesaídamelhora

(30+3+6)/3=13

• Tempomédiodesaídanãoémínimo

– Podevariarmuito(comossurtosdeCPU)

Prof. Marco Câmara

P1P3P2

63 300

92

EscalonamentoSJF

• Shortest-Job-First(MenorJobPrimeiro)

– Deveriaser“próximosurtodeCPUmenorprimeiro”

PID Início Duração de surto

P1 0 6

P2 0 8

P3 0 7

P4 0 3

Usado para Processos batch. Sua execução diária permite determinar seu tempo total.


EscalonamentoSJF

• TemposdeesperaP

1=3;P

2=16;P

3=9;P

4=0

P1 P3 P2

3 160

P4

9 24


EscalonamentoSJF

• Tempomédiodeesperamelhora

(3+16+9+0)/4=7

ParaFIFO,nestasituação,seria10,25=(0+6+14+21)/4

• Tempomédiodeesperaémínimo

– Algoritmoconsideradoó'mo

Prof. Marco Câmara

P1 P3 P2

3 160

P4

9 24

95

EscalonamentoSJF

• Problema:determinaçãoexatadaduraçãodopróximosurtodeCPUéimpossível

– SJFéusadoparaescalonamentodejobsemsistemasbatch

• UsuárioespecificaotempodeCPUdojob

– EmescalonamentodeCPUéusadaesHmaHva

• Baseadanaduraçãodossurtosanteriores

– Médiaexponencial


PreempçãoemSJF

• NãopreempHvo– ProcessousaCPUatécompletarsurto

• PreempHvo

– Novoprocessoprontocomsurtoprevisto(TA)

– Temporestanteprevistoparaoprocessoemexecução(TB)

– SeTA<TB⇒preempçãoporprioridade

– Shortest-Remaining-Time-First(SRTF)Prof. Marco Câmara

97

PreempçãoemSJF

Processo Instante de chegada Duração de surto

P1 0 7

P2 2 4

P3 4 1

P4 5 4


PreempçãoemSJF

• SJFnãopreempHvo– Tempodeesperamédio=(0+6+3+7)/4=4

• TEP1=0 TEP2=6(8-2)

• TEP3=3 TEP4=7

P1 P3 P2

73 160

P4

8 12


PreempçãoemSJF

• SJFnãopreempHvo– Tempodesaídamédio=(7+10+4+11)/4=8

• TSP1=7 TSP2=10

• TSP3=4 TSP4=11

P1 P3 P2

7 160

P4

8 12


SRTFPreempHvo-TabeladeEstados


SJFPreempHvo

• Qualotempomédiodeespera?

• Qualotempomédiodesaída?

102

EscalonamentoRoundRobin



• Round-Robin(revezamentocircular)

– MétodoanHgoemuitosimples;

– CadaprocessorecebeumafaHadetempo(Quantum),eéescalonadoseguindoaordemdeumafilacircular;

– SistemaPreempHvo-InterrupçãodoClock

– SeoQuantumacabarantesdotérminodoprocesso(preempção),ouseomesmoforbloqueado,oprocessovaiparaofinaldafila.



• ResultadosÄpicos:

– Eliminaproblemasdestarva-on;

– Tempodeesperamédioélongo;

– TempodesaídamaiorqueSJF;

– TempoderespostamelhorqueSJF;

– Quantumgrande->FIFO;

– Quantumpequeno->Baixaeficiênciadevidoaoexcessodetrocasdecontexto.



• Análisedaeficiência

– Comquantumqen+1processosprontos:• Tempomáximodeespera:n*q

• Umexemplo

– Suponhaumafiladeprontocom100processos,Quantumde100ms(valorÄpico);

– UmprocessointeraHvoexecuta,fazumarequisição,vaiparabloqueadoedeláparaofimdafila

• QuandoarespostaseráentregueaousuáriodoprocessointeraHvo?


EscalonamentoporPrioridade

• Cadaprocessotemumaprioridade

– Númerointeirodentrodelimites(0a7/0a4095)

– Menor(oumaior)número⇒maiorprioridade

• Empate⇒RoundRobin,FCFS

• Starva-on–Estagnação

– Bloqueioportempoindefinido

– Soluções:

• Decrementaprioridadeacadacicloemexecução;

• aging(envelhecimento)


EscalonamentoporPrioridade

• Prioridade

– Definidainternaouexternamente;

– EstáHcaouDinâmica;

– AlgunsSO(Unix)permitemdefinirprioridadeaumprocesso(comandonice);

– SOpode,porexemplo,aumentarprioridadedeprocessosI/OBound;

• Ex:Prioridade=1/fraçãoQuantumuHlizada

– SJF:casoespecialdeprioridade?

• Pode-seclassificarprocessosporclassesdeprioridade,e,dentrodecadaclasse,usaroutroalgoritmodeescalonamento.


EscalonamentoporMúlHplasFilas

– EscalonamentopreempHvoentrefilas

• Prioridadefixa:sóatendefilasmenosprioritáriasseasdemaisesHveremvazias

• Timeslice80%paraforegroundcomRRe20%parabackgroundcomFIFO



• FilascaracterizadaspelossurtosdeCPUdosprocessos

– I/OboundeinteraHvoscommaisprioridade

• PassamamaiorpartedotempoBloqueados

– Processospodemmudardefila

– Agingpodeserfacilmenteimplementado

• AlgoritmopreempHvo


EscalonamentocomMúlHplosProcessadores

• EscalonamentodeCPUmaiscomplexo

– ExistemsistemascombarramentodeE/SprivaHvodedeterminadoprocessador

• Váriasfilasdeprocessosprontos

– Possibilidadededesperdícioderecursos


EscalonamentocomMúlHplosProcessadores

• Únicafiladeprocessosprontos

– SymmetricMul-processing(SMP)

• Cadaprocessadorfazseuescalonamento

• ComparHlhamentodeestruturasdedadosdoSO– Sincronização

– AssymmetricMul-processing

• Escalonamentonoprocessadormestre


EscalonamentodeTempoReal

• SistemasdetemporealcríHco

– Limitesrígidosdetempo

– SOgaranteexecuçãonotempoourejeita

– Exigeso|wareespecialehardwarededicado

114


• Sistemasdetemporealnão-críHco– ProcessoscríHcoscomprioridade

• Geradesbalanceamentodosistema– SuportedoSO

• Escalonamentocomprioridade• NãodegradaçãodaprioridadedosprocessoscríHcos• Latênciadecargapequena

– ChamadasaosistemaeoperaçõesdeE/S– Pontosdepreempçãoseguros– TodoKernelpreempÄvel(sincronização)– Protocolodeherançadeprioridade

115


• DispatchLatency

– DescreveaquanHdadedetempoqueumsistemagastapararesponderàrequisiçãodeumprocesso

– Otempoderesposta(TR)totalconsisteem:• TRdeInterrupção

• Dispatchlatency• TRdaaplicação

116


117

SincronizaçãodeProcessos

• Éumproblemainerenteàgestãoderecursos;

– AcessosimultâneoarecursosqueprecisamsercomparHlhados;

– Podegerarstarva-on,dead-lockouinconsistência.

118


• Starva-on

– PolíHcadeescalonamentoisolaumoumaisprocessos,quenuncasãoescalonados;

– AlgoritmosespecíficospermitemotratamentodesteHpodefalha.

119


• Dead-Lock

– ProcessoP1bloqueiarecursoR1paraseuuso;

– ProcessoP2bloqueiarecursoR2paraseuuso,eébloqueadoaguardandoliberaçãodeR1;

– ProcessoP1ébloqueadoaguardandoR2.

120


• Inconsistência:

– Doisoumaisprocessosacessamamesmabasededados,ealteramdadossimultaneamente;

– Exemplos:

• ProcessoAtotalizaocampoXdetodososregistros,enquantoqueoProcessoBalteraoconteúdoderegistrosjácontabilizadospeloProcessoA->Somainconsistente?

• Processosquemanipulaminformaçõesdeformacoordenadasãointerrompidosnomeiodeumaatualização.Dadosinconsistentes?

121


• Problemasclássicos

– Produtor/Consumidor;

– Ojantardosfilósofos.

122


• Produtor/Consumidor

– DoisprocessoscomparHlhamumbufferdetamanholimitado

• Oprocessoprodutor:

– Produzumdado

– Inserenobuffer

– Voltaagerarumdado

• Oprocessoconsumidor:

– Consomeumdadodobuffer(umporvez)

123


• Produtor/Consumidor

• Oproblemaé:

• ComogaranHrqueoprodutornãoadicionarádadosnobufferseesteesHvercheio?

• ComogaranHrqueoconsumidornãovairemoverdadosdeumbuffervazio?

• Asoluçãonãoétrivial,poisosprocessospodemserinterrompidos!Oqueaconteceriase,antesdeconcluiroincrementodeumcontador,oprocessofosseinterrompido,eocontadorfossedecrementadopelooutroprocesso?

124


• Ojantardosfilósofos

– Hácincofilósofosemtornodeumamesa;

– Umgarfoécolocadoentrecadafilósofo;

– Cadafilósofodeve,alternadamente,refleHrecomer;

– Paraqueumfilósofocoma,eledevepossuirdoisgarfos

– Osdoisgarfosdevemseraqueleslogoasuaesquerdaeasuadireita;

– OgarfosomentepodeserpegosenãoesHveremusopornenhumoutrofilósofo;

– Apóscomer,ofilósofodeveliberarogarfoqueuHlizou;

– UmfilósofopodesegurarogarfodasuadireitaouodasuaesquerdaassimqueesHveremdisponíveis,massópodecomeçaracomerquandoambosesHveremsobsuaposse.

125

Sincronização-ExclusãoMútua

• ComotrataroacessoarecursosglobaiscomparHlhados,cominstruçõesintercaladaspeloescalonador,foradocontroledoprogramador?

• Acessorealizadodeformaatômica

ModelodePrograma:

{***

SeçãoNãoCríHca;

ProtocoloDeEntrada;

SeçãoCríHca;

ProtocoloDeSaída;

****

}

126

Sincronização-ExclusãoMútua

• AsessãocríHcaéumtrechodocódigoquedeveserexecutadodeformaatômica,semaintercalaçãocomoutroprocesso;

• Metas:

• APENASUMprocesso/threadestaránasuasessãocríHcadecadavez,ouseja,deveráserexecutadosobexclusãomútua;

• Umprocesso/threadnãopodeserinterrompidoouentraremloopdentrodosprotocolosdeentrada/saídaounasessãocríHca;

• Nenhumprocesso/threadforadasessãocríHcapodebloquearoutroprocesso/thread;

127

ThreadsConcorrentes

• Thread1

...

while(chave==0);

chave=0;

RC

chave=1;

...

⬥ Thread 2 ... while (chave = = 0); chave = 0; RC chave = 1; ...

Chave = 1

Ex

PrBl

T1

T2

128

ThreadsConcorrentes

• Thread1

...

while(chave==0);

chave=0;

RC

chave=1;

...


Chave = 0

Ex

PrBl

T1

T2

129

ThreadsConcorrentes

• Thread1

...

while(chave==0);

chave=0;

RC

chave=1;

...


Chave = 0

Ex

PrBl

T1

T2

PreempçãoPortempo

130

ThreadsConcorrentes

• Thread1

...

while(chave==0);

chave=0;

RC

chave=1;

...


A thread 2 vai passar todo o tempo de quantum testando se chave = 0.

Chave = 0

Ex

PrBl

T2

T1

131

ThreadsConcorrentes

• Thread1

...

while(chave==0);

chave=0;

RC

chave=1;

...


Chave = 0

Ex

PrBl

T1

T2

132

ThreadsConcorrentes

• Thread1

...

while(chave==0);

chave=0;

RC

chave=1;

...


Chave = 1

Ex

PrBl

T1

T2

133

ThreadsConcorrentes

• Thread1

...

while(chave==0);

chave=0;

RC

chave=1;

...


Chave = 1

Ex

PrBl

T1

T2

PreempçãoPortempo

134

ThreadsConcorrentes

• Thread1

...

while(chave==0);

chave=0;

RC

chave=1;

...


Chave = 1

Ex

PrBl

T2

T1

135

ThreadsConcorrentes

• Thread1

...

while(chave==0);

chave=0;

RC

chave=1;

...


Chave = 0

Ex

PrBl

T2

T1

136

ThreadsConcorrentes

• Thread1

...

while(chave==0);

chave=0;

RC

chave=1;

...


Chave = 0

Ex

PrBl

T2

T1

137

Sleep-WakeUp

• Inseriroutraapresentação

138

Deadlock

139

Deadlock

• Apreocupaçãocomaexecuçãosimultâneadeprocessosfez,napráHca,queumprocessoaguardasseotérminodaexecuçãodeoutro;

• Masoqueacontecequandodoisoumaisprocessosaguardamumpelosoutros?

140

Deadlock

Processo 1 Processo 2

Recurso A

Recurso B

141

DeadLock

• Condiçõesnecessárias:1. ExclusãoMútua;2. PosseeEspera;3. NãoPreempção;4. EsperaCircular.

• Ocorrênciaprecisasersimultânea– Seaomenosumanãoocorrer,nãohaveráDeadLock

142

DeadLock

• Condiçõesnecessárias:1. ExclusãoMútua;

• Apenasumprocessoporvezpodealocaremanipularumrecurso

2. PosseeEspera;3. Não-Preempção;4. EsperaCircular.

143

DeadLock

• Condiçõesnecessárias:1. ExclusãoMútua;2. PosseeEspera;

• Umprocesso,depossedeumrecurso,podesolicitarnovosrecursos

3. Não-Preempção;4. EsperaCircular.

144

DeadLock

• Condiçõesnecessárias:1. ExclusãoMútua;2. PosseeEspera;3. Não-Preempção;

•Umrecursonãopodeserremovidoexplicitamentedoprocesso

4. EsperaCircular.

145

DeadLock

• Condiçõesnecessárias1. ExclusãoMútua;

2. PosseeEspera;

3. Não-Preempção;

4. EsperaCircular.• OcorreCICLOnoGRAFOdealocação

146

DeadLock

• Comousarrecursos:1. SolicitarRecursoaoS.O.

2. SeoRecursoesHverLIVREALOCARRECURSO

3. Senão:BLOQUEARPROCESSO

4. ApósUso:LIBERAPROCESSO

147

Soluções

– Ignoraroproblema(“AlgoritmodoAvestruz”);

• Linux,Unix,Windows

– DetectareRecuperar;

– Evitardinamicamentesuaocorrência,comalocação

cuidadosaderecursos;

– ImpediroDeadlockatravésdanegaçãodepelo

menosumadas4condiçõesnecessáriasparasua

ocorrência.

148

DetectareRecuperar

• DetecçãocomumrecursodecadaHpo– MontarGrafo

• Sehouverciclo->DEADLOCK

– AnalisargraudemulHprogramação• Taxadebloqueioetempodeespera

• Comorecuperar?– Extermínio;– VoltaaoPassado.

• DetecçãoXRecuperação

149

DetectareRecuperar

• Extermínio– Mataumprocessonociclo;

– Critériodeescolhadoprocesso:• Aleatório;

• Prioridade;

• TempodeCPU;

• NúmerodeRecursosAlocados.

150

DetectareRecuperar

• VoltaaoPassado– Rollbackemprocessodocicloatéliberarorecurso

• P1---|R2|------|------|R1|------|-------|----

• P2---|------|R1|------|------|R2|-------|----

• P2éalvo– DesfazerP2atéantesdealocarR1

•Custo?•Quemimplementa?Ex.SGBD

151

ComoEvitarDeadlock

• AlgoritmodoBanqueiro– EmprésHmoXReserva

– Qualo$queobancoempresta?

– EstadoSeguro• ProbabilidadedeDeadlock=0%

• VetoreseMatrizes– VetordeRecursosExistentes(VRE);

– VetordeRecursosDisponíveis(VRD);– MatrizdeRecursosAlocados(MRA);

– MatrizdeRecursosRequisitados(MRR);

– MatrizdeRecursosPossivelmenteNecessários.

152

ImpedirDeadlock

• ExclusãoMútua– Impressora

• FiladeImpressão-Finita• Problema:eseafilaencher?

– Retardaroproblema

• PosseeEspera– Requisitartodososrecursospossivelmentenecessáriosnumsópassoeantecipadamente• Atomicidade:oualocatodosounenhum

– Problemas:• PodealocarrecursosquenãoserãouHlizados;• PodeatrasaremfunçãodademoraparaliberaçãoderecursosquenãoserãouHlizadosdeimediato;

• S.O.precisamanterquanHdadealtaderecursosdomesmoHpoparamanterconcorrência.

153

ImpedirDeadlock

• PosseeEspera– Priorizarrecursos,numerando-os;– Requisitarrecursosporordemdeprioridade;

– Wait-Die(WD)nãopreempHvo• QuandoPquerrecursoalocadoaQ,eleesperaseformaisvelho.Casocontrário,Pmorre;

– Wound-Wait(WW)preempHvo• QuandoPquerrecursoalocadoaQ,eleaguardaapenasseformaisnovo.Casocontrário,Qmorre;

– Problemas:• PodealocarrecursosquenãoserãouHlizados;• PodeatrasaremfunçãodademoraparaliberaçãoderecursosquenãoserãouHlizadosdeimediato.

154

GerênciadeMemória

• ProgramassóexecutamseesHveremnamemóriaprincipal;

• FunçõesdoGerenciadordeMemória:– Controlaralocaçãodeprocessos;

• Novosprocessos;• MúlHplosprocessos;• Términodeprocesso;• Crescimentoediminuição

– DadosePilha

155

GerênciadeMemória

• Modelos

– ParHções• EstáHcas(Fixas)

• Dinâmicas(Variáveis)

– Swapping – Paginação

– Segmentação

156

GerênciadeMemória

• EndereçoLógicoXFísico

– Problema:• Usuáriocriaprograma.Ex.:prog1.c

• OCompiladorgeracódigointermediário– Cl–cprog1.c

» prog1.obj

• EssecódigogeraExecutável?– Nãoépossívelencontraroendereçodafunçãosoma().

#include <stdio.h>

void main() { int x; x = soma (10, 20); printf("X = %d", x); }

157

GerênciadeMemória


– Problema:• Usuáriocriaprograma.Ex.:soma.c

• OCompiladorgeracódigointermediário– Cl–csoma.c

» soma.obj

• EssecódigogeraExecutável?– Nãoépossívelencontraroendereçodeiníciodeexecução➔ main().

int soma(int x, int y) { return x + y; }

158

GerênciadeMemória

• EndereçoLógicoXFísico– Comogerarprog1.exe?

• Compilando-oseligando-os:Clprog1.csoma.c


– Todoprocessoreferenciaendereçológico

– Ocompiladornãosabeondeoprogramavaiexecutarnamemória• Logo,seuprimeiroendereçoé0

• Oquesignificachamarsoma()?– ExecutarumCALLparaseuendereçodememória

» Endereçológico

159

AlocaçãodeMemória

• AlocaçãoConÄgua– Divisãodamemória

• SOresidente– Códigoedados(tabeladevetores,buffers,etc)

• Processosdeusuários

– Proteção• Registradorderelocação:menorendereço• Registradordelimite:maiordeslocamento• Cadaprocessotemseusvalores(trocadecontexto)

160

GerênciadeMemória

• AlocaçãoConÄguaSimples

– ParHçãoFixa– Implementadanosprimeirossistemaseaindausadanosmonoprogramáveis (monotarefa);

– Memóriaédivididaemduasáreas:• SistemaOperacionaleprocessodousuário;

– Usuárionãopodeusarumaáreamaiordoqueadisponível;

– Semproteção.

161

GerênciadeMemória


Sistema Operacional

Área para Processo

do usuário

Memória Principal Registrador Base

Registrador de proteção delimita as áreas do sistema operacional e do usuário; Sistema verifica acessos à memória em relação ao endereço do registrador.

Registrador Limite

162

GerênciadeMemória


Sistema Operacional

Área para Processo

do usuário

0

800K

1024K Nesse modelo, o SO foi carregado na memória alta. Se o processo faz referência ao endereço real 2050, ele lhe pertence. Registrador Base = 0K Registrador Limite = 800K

Suponha que prog1.c executando referencie o endereço lógico 100. Qual o endereço físico? Resp: 0K + 100

Nesse caso, o endereço lógico coincide com o físico.

163

GerênciadeMemória


Sistema Operacional

PROG1.C

0

800K

1024K O maior endereço lógico referenciável por PROG1.C é 800K -1, pois além disso a aplicação invadiria o espaço reservado para o SO.

O espaço de endereços de PROG1.C é [0, 800K)

164

GerênciadeMemória


Sistema Operacional

Área para Processo

do usuário

0

300K

1024K Nesse modelo, o SO foi carregado na memória baixa.

Registrador Base = 300K Registrador Limite = 724K

Suponha que PROG1.C referencie o endereço lógico 100, por exemplo. Nesse caso, o endereço físico seria 300K + 100.

O endereço lógico NÃO coincide com o físico.

165

GerênciadeMemória


Sistema Operacional

PROG1.C

0

300K

1024K O maior endereço lógico referenciável por PROG1.C é [724K -1], pois além disso ele sairia da memória.

O espaço de endereços físicos de PROG1.C é [300K, 1024K)

O espaço de endereços físicos do SO é [0, 300K)

166


CPU

Registrador de LIMITE (Tamanho da Partição)

Registrador de relocação (BASE)

Memória

EL < LIMITE +endereço

lógico sim

não

endereço físico

exceção: erro de endereçamento

167


CPU

LIMITE 200K BASE

300K

5000 < 200K +EL = 5000 sim

não

5000 + 300K

exceção: erro de endereçamento

SO

P1

150K

300K

500K

Processo P1 ➔ BASE = 300K e LIMITE = 200K

168

AlocaçãoConÄguaSimples

• Processosdeusuáriolimitadospelotamanhoda

memóriaprincipaldisponível.

• Solução:

– Dividiroprogramaemmódulosoupartes;– PermiHrexecuçãoindependentedecadamódulo,usandoamesmaáreadememória;

– Técnica:Overlay(sobreposição);

169

AlocaçãoConÄguaSimples

• Permiteaoprogramador“expandir”oslimitesdamemóriaprincipal;

• Overlay–ÁreadememóriacomumondemóduloscomparHlhammesmoespaço;

PROG.EXE 200KB

Cadastro.OVL 400KB

Relatório.OVL 350KB

Manutenção.OVL 420KB

170

ParHçõesFixas

• Evoluçãodossistemasoperacionaisdemandouusodamemóriaporváriosusuáriossimultaneamente;

• Memóriafoidivididaemáreasdetamanhofixo:parHções;– TamanhodasparHçõeseraestabelecidonoboot,emfunçãodo

tamanhodosprogramas;– ReparHcionamentodemandavanovobootcomanova

configuração.

• TiposdeAlocaçãoParHcionada:– AlocaçãoParHcionadaEstáHca:

• AbsolutaeRelocável;– AlocaçãoParHcionadaDinâmica.

171

EspaçodeEndereçamento

• EndereçoLógicoouVirtual

– GeradopelaCPU

– Espaçodeendereçamentológico

• EndereçoFísico

– Enviadoàmemória• CarregadonoREM(RegistradordeEndereçodeMemória)

– Espaçodeendereçamentowsico

172


• MapeamentodoEspaçoVirtualparaFísico

– Sóénecessárioseaassociaçãoéfeitaemtempodeexecução

– Usuáriotrataendereçoslógicos,nuncawsicos

– Suportedehardware:MMU• MemoryManagementUnit

• Exemplo:Registradorderelocação

173

CPUMemória

Registrador de relocação

14000

+

MMU

endereço lógico

346

endereço físico

14346


174

TécnicasdeGerenciamento

• CargaDinâmica

– RoHnasnãosãocarregadasatéseremchamadas• RoHnasdeexceçãopodemnãoserchamadas

– MelhoruHlizaçãodoespaçodememória

– NãoénecessáriosuportedoSO

175


• LigaçãoDinâmica– Aplica-seàsbibliotecasdosistema

• LigaçãoEstáHca– Todosmódulosfazempartedaimagemgerada

176


• LigaçãoDinâmica– BibliotecascomparHlhadas

• Trechodecódigo(stub)indicacomolocalizarnamemóriaoucarregardodisco– Endereçoficaarmazenadoparafuturasreferências

• Economiadeespaçoemdiscoenamemória• Atualizaçãodasbibliotecassemnovalinkedição

– RequersuportedoSO• Acessoaendereçosforadoslimitesdoprocesso

177


• Overlays

– Sobreposiçãodedadoseinstruçõesdesnecessários

– Permitequeumprocessosejamaiorqueoespaçoalocadoaele

– Complexaresponsabilidadepassadaaoprogramador• Eventualsuportedecompiladores

178


• AlocaçãoParHcionadaEstáHca

– ParHçõesFixas

– SOs mulHprogramáveis–Ambientebatch – ParHções

• Porçõesdememóriadetamanhofixo• ControlaograudemulHprogramação

– TamanhodaparHçãoestabelecidonafasedeinicializaçãodosistema(boot)

– SOmantémFiladeEntradaeTabeladeParHções

179


Tabela de Partições

Partição Base Limite Processo ID Tamanho Processo

0 0K 124K SO 124K1 124K 50K2 174K 150K

3 324K 250K

4 574K 450K

SO

P1

10K

P2

40K

P3

70K

P4

110K

P5

130K

P6

180K

P7

260K

P8

300K

180




0 0K 124K SO 124K1 124K 50K P1 10K2 174K 150K

3 324K 250K

4 574K 450K

SO

P1

P2

40K

P3

70K

P4

110K

P5

130K

P6

180K

P7

260K

P8

300K

181




0 0K 124K SO 124K1 124K 50K P1 10K2 174K 150K P2 40K

3 324K 250K

4 574K 450K

SO

P1

P2

P3

70K

P4

110K

P5

130K

P6

180K

P7

260K

P8

300K

182




0 0K 124K SO 124K1 124K 50K P1 10K2 174K 150K P2 40K

3 324K 250K P3 70K

4 574K 450K

SO

P1

P2

P3

P4

110K

P5

130K

P6

180K

P7

260K

P8

300K

183




0 0K 124K SO 124K1 124K 50K P1 10K2 174K 150K P2 40K

3 324K 250K P3 70K

4 574K 450K P4 110K

SO

P1

P2

P3

P4

P5

130K

P6

180K

P7

260K

P8

300KA alocação ocorreu por ordem do Escalonador,

sem avaliação da ocupação de memória.

184




0 0K 124K SO 124K1 124K 50K2 174K 150K

3 324K 250K

4 574K 450K

SO

P1

10K

P2

40K

P3

70K

P4

110K

P5

130K

P6

180K

P7

260K

P8

300KComo seria a alocação

pelo Gerenciador de Memória?

185




0 0K 124K SO 124K1 124K 50K2 174K 150K

3 324K 250K

4 574K 450K

SO

P1

10K

P2

40K

P3

70K

P4

110K

P5

130K

P6

180K

P7

260K

P8

300K

186




0 0K 124K SO 124K1 124K 50K P2 40K2 174K 150K

3 324K 250K

4 574K 450K

SO

P2

P1

10K

P3

70K

P4

110K

P5

130K

P6

180K

P7

260K

P8

300K

187




0 0K 124K SO 124K1 124K 50K P2 40K2 174K 150K P5 130K

3 324K 250K

4 574K 450K

SO

P2

P5

P1

10K

P3

70K

P4

110K

P6

180K

P7

260K

P8

300K

188




0 0K 124K SO 124K1 124K 50K P2 40K2 174K 150K P5 130K

3 324K 250K P6 180K

4 574K 450K

SO

P2

P5

P6

P1

10K

P3

70K

P4

110K

P7

260K

P8

300K

189




0 0K 124K SO 124K1 124K 50K P2 40K2 174K 150K P5 130K

3 324K 250K P6 180K

4 574K 450K P8 300K

SO

P2

P5

P6

P8

P1

10K

P3

70K

P4

110K

P7

260KA alocação ocorreu por ordem do Gerenciador de

Memória, sem avaliação da ocupação do Escalonador.

190

• Osproblemasserepetem:

– SeogerenciadordememóriapriorizaamelhoralocaçãodaparHção,oqueacontecerácomprocessosmuitopequenos,dadoquenafilasempreexistemmaiores?• Inanição

– QuaisseriamasestratégiasparasoluçãodaInanição?


191

SO

50K

150K

250K

450K

P1

10K

P2

40K

P370K

P4110K

P5130K

P6180K

P7260K

P8300K

• Múltiplas Filas • Quando P6 acabar, a partição

ficará ociosa. • Pode ocorrer de uma partição

ficar livre, enquanto outra tem muitos processos.


192

• Filaúnicacomaging– Determina-seumcontadordesaltosKi(paracadaprocessoi)eumaconstanteN(idademáxima);

– TodavezqueumaparHçãoficarlivre• Procura-sepeloprocessoquedeixaomenorespaçodesperdiçado;

• Senafila,antesdele,houverumprocessoquecaibanamesmaparHção,incrementamosKi;

• SeKi=N,Pideveserexecutado,independentedotamanhodaparHção.


193

EstratégiasdeAlocação

– Escolhadoblocoquedeveseralocadoaoprocesso– Váriosalgoritmospossíveis

• First-fit(Performance?)– Alocaprimeiroblocosuficientementegrande– Nãoprecisapesquisartodosblocos

• Best-fit(OcupaçãodeMemória?)– Alocaomenorblocosuficientementegrande– Precisapesquisartodosblocos

» AlternaHva:ordenaçãodosblocosportamanho– Geraomenorblocodememóriarestante

• Worst-fit(Realocação?)– Alocaomaiorbloco– Precisapesquisartodosblocos

» AlternaHva:ordenaçãodosblocosportamanho– Geraomaiorblocodememóriarestante

194

– Comoavaliar?

– Simulação!• First-fitebest-fituHlizammelhoramemória

• First-fitémaisrápida

EstratégiasdeAlocação

195

Processos Tamanho TurnaroundProcesso 1 100k 3Processo 2 10k 1Processo 3 35k 2Processo 4 15k 1Processo 5 23k 2Processo 6 6k 1Processo 7 25k 1Processo 8 55k 2Processo 9 88k 3Processo 10 100k 3

Bloco Memória Processo

Bloco 1 (50k) Bloco 2 (200K) Bloco 3 (70K) Bloco 4 (115K) Bloco 5 (15K)

Tempo: -1

EstratégiasdeAlocação-BestFit

196



Bloco 1 (50k) Bloco 2 (200K) Bloco 3 (70K) Bloco 4 (115K) Processo 1 Bloco 5 (15K)

Alocado


Tempo: 0

197



Bloco 1 (50k) Bloco 2 (200K) Bloco 3 (70K) Bloco 4 (115K) Processo 1 Bloco 5 (15K) Processo 2

AlocadoAlocado


Tempo: 0

198



Bloco 1 (50k) Processo 3 Bloco 2 (200K) Bloco 3 (70K) Bloco 4 (115K) Processo 1 Bloco 5 (15K) Processo 2

AlocadoAlocadoAlocado


Tempo: 0

199



Bloco 1 (50k) Processo 3 Bloco 2 (200K) Bloco 3 (70K) Processo 4Bloco 4 (115K) Processo 1 Bloco 5 (15K) Processo 2

Alocado – 15K em 70K !



Tempo: 0

200



Bloco 1 (50k) Processo 3 Bloco 2 (200K) Processo 5Bloco 3 (70K) Processo 4Bloco 4 (115K) Processo 1 Bloco 5 (15K) Processo 2




Tempo: 0


201



Bloco 1 (50k) Processo 3 Bloco 2 (200K) Processo 5Bloco 3 (70K)Bloco 4 (115K) Processo 1 Bloco 5 (15K)

AlocadoConcluído !

AlocadoConcluído !Alocado


Tempo: 1

202



Bloco 1 (50k) Processo 3 Bloco 2 (200K) Processo 5Bloco 3 (70K)Bloco 4 (115K) Processo 1 Bloco 5 (15K) Processo 6

AlocadoConcluído !


Alocado


Tempo: 1

203



Bloco 1 (50k) Processo 3 Bloco 2 (200K) Processo 5Bloco 3 (70K) Processo 7Bloco 4 (115K) Processo 1 Bloco 5 (15K) Processo 6

AlocadoConcluído !


AlocadoAlocado


Tempo: 1

204



Bloco 1 (50k) Bloco 2 (200K)Bloco 3 (70K)Bloco 4 (115K) Processo 1 Bloco 5 (15K)

Concluído !Concluído !

AlocadoConcluído !Concluído !



Tempo: 2

205



Bloco 1 (50k) Bloco 2 (200K)Bloco 3 (70K) Processo 8Bloco 4 (115K) Processo 1 Bloco 5 (15K)



Concluído !Concluído !Alocado


Tempo: 2

206



Bloco 1 (50k) Bloco 2 (200K) Processo 9Bloco 3 (70K) Processo 8Bloco 4 (115K) Processo 1 Bloco 5 (15K)



Concluído !Concluído !Alocado


Tempo: 2

Alocado

207



Bloco 1 (50k) Bloco 2 (200K) Processo 9Bloco 3 (70K) Processo 8Bloco 4 (115K) Bloco 5 (15K)


Concluído !Concluído !Concluído !

Concluído !Concluído !AlocadoAlocado


Tempo: 3

208



Bloco 1 (50k) Bloco 2 (200K) Processo 9Bloco 3 (70K) Processo 8Bloco 4 (115K) Processo 10Bloco 5 (15K)



Concluído !Concluído !AlocadoAlocadoAlocado


Tempo: 3

209



Bloco 1 (50k) Bloco 2 (200K) Processo 9Bloco 3 (70K)Bloco 4 (115K) Processo 10Bloco 5 (15K)



Concluído !Concluído !Concluído !AlocadoAlocado


Tempo: 4

210



Bloco 1 (50k) Bloco 2 (200K)Bloco 3 (70K)Bloco 4 (115K) Processo 10Bloco 5 (15K)



Concluído !Concluído !Concluído !Concluído !Alocado


Tempo: 5

211



Bloco 1 (50k) Bloco 2 (200K)Bloco 3 (70K)Bloco 4 (115K) Bloco 5 (15K)



Concluído !Concluído !Concluído !Concluído !Concluído !


Tempo: 6

212

Sistema de Arquivos FAT

238

FAT

• AFATéosistemadearquivosusadopeloMS-DOSeoutrossistemasoperacionaisbaseadosemWindowsparaorganizaregerenciararquivos.

• AsiglaFATsignificaFile Allocation Table ouTabeladeAlocaçãodeArquivos.

239

FAT

▪ Divididaemquatroregiões:▪ Regiãoreservada(ousetordeboot)▪ RegiãodaTabeladeArquivos(FAT)▪ RegiãodeDiretórioRaiz(NãoexistenaFAT32)▪ Regiãodearquivosediretórios

240

FAT

❑ Usavaalocaçãodearquivoscomtabeladeíndices–blocosnãoconSguos.

❑ 1ªversãodaFAT–FAT12,alocava12bits,máximodeblocos/cluster(4.096=212).

❑ OsistemaFATexigequecadaclusterdodiscosejausadosomentepara um único arquivo.

241

FAT16/32

❑ FAT 16 ❑Consegue trabalhar no máximo com 216 = 65536

clusters, mas é usado apenas 65525 clusters. ❑Por que?

❑Como marcar um bloco como Ruim? Como identificar Fim de Arquivo? ❑11 FLAGS

❑Limite do tamanho da partição: 65525 * 32KB = 2GB, podendo chegar a 4GB (no caso no NT). ❑32 KB é o tamanho do maior Cluster da FAT

16 ❑FAT

❑Não é possível ter clusters de diferentes tamanhos242

FAT16/32

▪ FAT 32 : 228 = 256M clusters no máximo Tamanho Máximo do Cluster = 32 KB Tamanho Total Máximo = 256 M * 32 KB = 8 TB ✓ Limite do tamanho da partição: 2TB

▪ Numero máximo de setores 232 = 4G, como cada setor tem 512 bytes o Limite do tamanho da partição = 4G * 512 bytes = 2TB

⬥ No XP, a FAT32 dá suporte a clusters de 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16K, 32K, 64K, (128K, 256K para o tamanho do setor > 512 bytes). ■ 65526 < Número de clusters por partição < 4177918

● 4177918 * 64KB = 254 GB

243

FAT16/32

❑ Uma das maiores vantagens da FAT32 é a utilização de tamanhos menores de clusters.

❑ Os tamanhos dos clusters dependem do tamanho do disco ❑ Suporte a nomes longos de arquivos

❑FAT 12 e 16 usam nomes de 11 caracteres ❑ 8 para nome do arquivo ❑ 3 para extensão

244

FAT32namemóriaprincipal

❑ FAT32nãoficatodanamemóriaprincipal.

❑Apenasumapartesuficienteparadarsuporteaoiníciodosistema.

❑U`lizatabelacommúl`plosníveis.

245

FAT32namemóriaprincipal

❑TamanhodaFAT32namemória:▪ Dependedotamanhododiscoedobloco.▪ Exemplo–umdiscocom40GBeblocosde4KB.

▪ NumerodeBlocos=40GB/4KB=10MBlocos.▪ Tamanhodatabelanamemória:✓10M*4bytes=40MB

246

ESTRUTURADOSISTEMADEARQUIVOS

❑ OprimeirosetorésempreaIDdoVolumequevemseguidapelossetoresdaRegiãoReservada.

❑ Emseguida,encontra-seumacópiadaTabeladeAlocaçãodeArquivos(FAT)eoutracópiadebackup.

❑ Porúl`moencontram-seosclustersreservadosparadadosediretórioseumespaçonãou`lizado.

247


❑ Ocluster0éreservadoparaaiden`ficaçãodatabelaBPBeocluster1paradefiniroformatodoEOC(ovalordeclusterquerepresentaofimdoarquivo).

❑ Logo,oprimeiroclusterparadadoséocluster2.

248


❑BPB(BIOSParameterBlock)▪ ApresentainformaçõessobreaestruturadovolumeFAT32.

▪ Ficalocalizadanaprimeirosetordovolume,naáreaderegiãoreservada.

249

BPB

250


❑ SetordeBackupdeBOOT▪ OcampoBPB_BkBootSecsóestácon`doemBPBsdosvolumesFAT32eéresponsávelporarmazenarumacópiadeinformaçãosobreosetordeBOOTincluindooBPB,reduzindoassimapossibilidadedosistemanãoseriniciadoporcausadeumafalhanaleituradosetor0(setordeBOOT).

251

TabelasdeBlocosFAT32

❑ Éumalistadeentradasquemapeiamcadaclusteremumapar`ção.

❑ Cadaentradacontémumadasseguintesinformações:▪ Oendereçodopróximocluster.▪ Umcaracterespecialqueindicaofinaldoarquivo(EOF).

▪ Umcaracterespecialparaiden`ficarumclusterdanificado.

▪ Umcaracterespecialparaiden`ficarumclusterreservado.

▪ Zero,queno`ficaqueoclusterestálivre

252

TabeladeBlocos

253

Limites

❑Apar`çãoFAT32temumalimitaçãodetamanhodearquivo:4GB(emboraissopareçamuito,arquivosdevídeopodemfacilmentesuperarestetamanho).

254

EstruturadeDiretórios

❑Umdiretórioéumarquivocompostoporumalistadeestruturas

❑Odiretórioregistrainformações-taiscomonome,posição,tamanhoe`po-paratodososarquivosnaquelapar`ção▪ Árvore✓Raiz-C:

255

DiretórioRaiz

❑NoFAT32odiretórioraiztemtamanhovariáveleficalocalizadonosetordedados.

❑AlocalizaçãodoprimeiroclusterdodiretórioraizéarmazenadonocampodaBPBRootClass

256

EstruturadeumaEntradadeDiretório

257

Atributos

❑OsatributosqueumarquivopoderecebernoFAT32são:▪ SomenteLeitura▪ Oculto▪ Sistema▪ IDdoVolume▪ Diretório▪ Arquivo

258

ACL

❑ACL(AcessControlLists)▪ Estalistaéu`lizadacomoummétodoadicionalparaproverpermissõesparausuáriosadeterminadosarquivosepastas

▪ CadaentradadeumalistaACLcontém:▪ Qual(is)usuários(s)temacessoaquelaentrada▪ Seaentradaéresponsávelpornegaroupermi`roacesso.

▪ Quaisdireitosserãopermi`dosounegados.✓Leitura, escrita, execução, apagar, modificação de atributos, modificação de permissões.

259

ACL-HERANÇAO ACL permite 4 tipos de herança para arquivos e sub-pastas de uma determinada pasta:

❑Herança para todos os arquivos

❑Herança para todas as pastas,

❑Herança limitada apenas aos arquivos da pasta

❑Herança somente para sub-pastas e arquivos dentro da pasta mas não a ela.

O sistema tem que possuir um registro de quais Entradas da ACL são herdadas e quais não são.

260

Desfragmentação

❑ AFATnãopossuinenhummecanismoqueimpeça,oupelomenosdiminuaafragmentação,daíanecessidadederodarodefragououtroprogramadesfragmentadorperiodicamente.

❑ Afunçãodelesémoverosarquivos,deformaqueelesfiquemgravadosemclustersseqüenciais.

❑ Processodemorado,quedeveserrepe`doregularmente.

❑ Manipulaçãodeapontadoresdalistaencadeada.

261

Swap

❑ Épossíveldeterminaremqualpar`çãoestaráaáreadeSWAP

❑AáreadeSWAPédefinidanomomentodainstalação,deacordocomaquan`dadedememóriadocomputador,porémpodeserredefinidapelousuário.

262

Segurança

❑OsistemaFAT32nãoimplementasegurançaalgumaparaacessoadadosemumvolumepordiferentesusuários.

263

Desempenho

❑ComparaçãodoSistemadeArquivoFAT32XFAT16XNTFS▪ TransferênciadearquivosoFAT32igualaosdemais.

▪ LeituraeescritaoFAT32émaiseficiente

264

SistemadeArquivosNTFS

• DesenvolvidopelaMicrosoftnadécadade80paraoWindowsNT

• BaseadonoHPFSdaIBM

• Versões– NTFS1.1(ou 4)– NTFS5

265

SistemadeArquivosNTFS

• Unidadefundamentaléovolume– Volumecorrespondeaumapartiçãológicadodisco

quepodeocuparpartedodiscoouodiscointeiro– NTFSgerenciaovolumedeformaindependente

• Volumeconsisteem:– Arquivos

• Englobaarquivosdedados,diretórios,bitmap,informaçõesgerais

– Espaçolivre• ModeloNTFS“tudoqueestánodiscoé

arquivo”266

Clusters(Blocos)

• Éaunidadedealocação• Quantomaioroclustermaisrápidoserásuapartição.

Porém,quantomenorocluster,menoraperdadeespaçonoHD

• Osclusterssãoreferenciadosporseusdeslocamentosapartirdoiníciodovolume

• LCN(Númerodeclusterlógico)– Numeraçãoseqüencialdetodososclustersdodisco– Essesponteirostêm64bits

• VCN(Númerodeclustervirtual)– Numeraçãoseqüencial(apartirdozero)dosclusteralocadosaumarquivo

267

Estruturadeumapar`çãoNTFS

• UmapartiçãoNTFSédividaemduaspartes:– ÁreaMTF(MasterFileTable)– Áreadestinadaaarmazenamentodedados

268

MFT–MasterFileTable

• Arquivoquemantéminformaçõessobreagerênciadosistemadearquivos(localização,bitmap,etc)

• ZonaMFT– Áreareservadaondedadosnãopodemserarmazenados,

entretantoécontabilizadocomespaçolivrededisco– EmcasodeproblemadeespaçoemdiscoazonaMFTé

reduzida– ObjetivodazonaMFTédeixaroMFTcrescersem

provocarfragmentação

269

Metadados

• Metadadossãoarquivosdosistema– Localizadosnodiretórioroot

• Responsávelpelogerenciamentodosistemadearquivo– Cadaarquivotemumafunçãoespecífica

• Onomecomeçacomcifrãoparaindicarqueéumarquivodemetadado

270

ArquivosmetadadosdoNTFS

$MFT–MasterFileTable$MFTMIRR–MirrordoNFT$LOGFILE–Arquivodelogdastransações$VOLUME–Informaçõessobreovolume(númerodesérie,datadacriação,flag,etc)$ATTRDEF–Definiçõesdeatributos$.–Diretórioraiz$BITMAP–Informaçõesdeclusterslivre/ocupados$BOOT–Setordeboot$BADCLUS–Listadosblocosdanificadosdodisco$UPCASE–Mapeamentodecaracteresminúsculoparamaiúsculo$QUOTA–Informaçõessobreasquotasdeespaçoemdisco(usuário)

271

Atributos

• OsatributosfazempartedaMFT– Sãomantidosnaformadeparesdenome/valor– Osatributospodemsernomedoarquivo,segurançaeclaro

dados

• Atributosresidentes– ValordoatributoéarmazenadonopróprioMFT

• Arquivoscommenosde1kbytetambémchamadosdearquivosimediatos

• Atributonãoresidentes– Ovalordoatributoéarmazenadoemumaáreaaparte– AtributospodemnecessitarmaisdeumregistrodaMFT

272

Diretório

• Arquivoespecialquemantémregistrosobrearquivosediretórios– Umregistroécompostopor:

• Nomedoarquivo• Atributosdebase• ReferênciaparaumelementoMFT

• Suaestruturadependedoseutamanho– Diretóriospequenossãorepresentadoscomolistalinearde

arquivos– DiretóriosgrandesusamarvoreB+

• Ordenaçãoalfabética• DiretórioraizpossuiumareferêncianoMFT($.)

273

UsodeÁrvore• Utilizaumaestruturadeárvoreparatodosos

diretóriosdodiscocomafinalidadedereduzironúmerodeacessosaodiscoparalocalizararquivos.

• Estesistemaéomelhorparadiretóriosgrandes.

274

FragmentaçãodoDisco

• ONTFSpossuiumprocessoespecialquevisaminimizarafragmentaçãododiscopelaescolhainteligentedolocalondeosarquivosserãoarmazenados.– Minimizamasnãoeliminaafragmentação

275

Compar`lhamentodeArquivos

• Arquivosepastaspodemterpermissõesatribuídasindividualmente.– Podemseratribuídaspermissõesaumgrupodeusuáriosouaumúnicousuário.

– Podedefinironíveldeacesso.– Permissõesparaarquivostemprioridadesobrepermissõesparapastas.

– NegarpermissãotemprioridadesobrePermitir.

276

introdução aos sistemas operacionais - logic · introdução aos sistemas operacionais •...

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