Sistemas Operacionais

Prof. Pedro Luís Antonelli Anhanguera Educacional

INTRODUÇÃO

• Sistema Operacional (S.O.)

– Formado por um conjunto de rotinas que oferecem serviços aos usuários, às aplicações e ao próprio sistema

Utilitários

Hardware

Núcleo doSistema Operacional

Aplicativos

MACHADO, fig.4.1, pag 51 – Estrutura do sistema computacional

FUNÇÕES DO S.O.

• Tratamento de interrupções e exceções

• Criação e eliminação de processos e threads

• Sincronização e comunicação entre processos e threads

• Escalonamento e controle dos processos e threads

• Gerencia de memória

• Gerência do sistema de arquivos

FUNÇÕES DO S.O.

• Gerencia de dispositivos de E/S

• Suporte às redes locais e distribuídas

• Contabilização do uso do sistema

• Auditoria e segurança do sistema

• Interface com o usuário

VISÃO DO S.O.

• Apresentar ao usuário uma Máquina Virtual equivalente ao hardware e mais simples de programar.

• Máquina Estendida (Virtual)

– Máquina Virtual

– Esconde o verdadeiro hardware

– Isola o usuário dos detalhes de operações em disco

– Trata questões de baixo nível

VISÃO DO S.O.

• Gerenciador de Recursos

– Fornece Interface aos aplicativos

– Gerencia usuários no uso de recursos da máquina

– Aloca processador, memória, dispositivos de E/S

ESTRUTURA DO S.O.

• Kernel ( núcleo)

– Núcleo do Sistema Operacional

• System Call ( Chamadas do sistema)

– Mecanismo de proteção ao núcleo

• Modos de Acesso

– Mecanismo de proteção de segurança e violação do sistema

KERNEL • Kernel

– Núcleo do S.O.

– Oferece serviços básicos para todas as outras partes

– Rotinas que fornece serviços aos usuários e aplicações

– Interpretador de comandos = SHELL

• Desempenha papel de interação com o usuário

– UNIX = c shell (%), bourne shell ($)

– Linux = bash (#)

– MS-DOS = command.com

– Windows = API Win32

SYSTEM CALL • System Call (Chamadas do Sistema)

– Mecanismo de proteção ao núcleo do S.O. e de acesso aos seus serviços

– UNIX e Linux – System Calls

– OpenVMS – System Services

– Windows – API (Aplication Program Interface)

– Quando um usuário ou aplicação deseja solicitar um serviço do S.O., realiza uma chamada ao serviço por meio de uma System Call.

SYSTEM CALL • Funções das System Calls

– Gerência de processos e threads

– Gerência de memória

– Gerência do sistema de arquivos

– Gerência de dispositivos

System Call

Aplicação Biblioteca Hardware

Núcleo doSistema Operacional

Núcleo doSistema Operacional

MACHADO, fig. 4.3, pag 54 – Chamada de uma rotina do sistema – System call

EXEMPLOS DE SYSTEM CALL UNIX E WINDOWS NT

TANENBAUM, fig.1.23, pag 41 – As chamadas da interface API Win32

EXEMPLO DE SYSTEM CALL

• read (fd, buffer, nbytes)

1, 2 e 3 – Guarda parâmetros na pilha

4 – chamada real ao procedimento na biblioteca

5 – programa coloca o número da chamada ao sistema de um local esperado pelo SO

6 – TRAP para passar do modo usuário para modo núcleo e iniciar a execução em um endereço no núcleo

7 – despacha para procedimento correto de tratamento de chamada

8 – executado o procedimento de tratamento da chamada ao sistema

9 – retorna para o procedimento de biblioteca do espaço do usuário

10 – retorno ao espaço do usuário

11 – programa do usuário limpa pilha

TANENBAUM, fig.1.17, pag 33 – Os 11 passos para fazer uma chamada ao sistema read(arq, buffer, nbytes)

MODOS DE ACESSO • Métodos ou Modos de Acesso

– Certas instruções devem ser executadas apenas pelo SO

– As chamadas de sistema estão relacionadas aos modos de acesso do processador

– Mecanismo para impedir a ocorrência de problemas de segurança e violação do sistema

– Modo Núcleo (Kernel) • Todas as instruções do processador

– Modo Usuário • Somente instruções não-privilegiadas

ESTRUTURA DO SO

• Chamada a uma rotina do sistema

MACHADO, fig.4.2, pag 54 – Chamada a uma rotina do sistema

SOFTWARE

• Ativação/Desativação do Sistema

– Boot – processo que carrega o SO da memória secundária para a memória principal e executa os arquivos de inicialização

MACHADO, fig.4.5, pag 57 – Ativação do sistema

SOFTWARE

• Desativação do Sistema

– Shutdown – processo de desativação do SO

MACHADO, fig.4.5, pag 57 – Ativação do sistema

ARQUITETURAS DE SOs

• Arquitetura Monolíticos

– Interação entre rotinas

• Arquitetura em Camadas

– Módulo de uma camada faz referência aos módulos das camadas inferiores

ARQUITETURAS DE SOs

• Arquitetura Cliente-Servidor

– Baseado em microkernel (micro núcleo)

– Usuário não tem acesso direto ao hardware

– Exemplo: Minix, Windows NT, QNX

• Máquinas Virtuais

– Exemplo: CP/CMS, JVM

ARQUITETURA MONOLÍTICA

• Aplicação formada por vários módulos compilados separadamente e depois lincados em um grande e único programa executável onde os módulos podem interagir livremente

– Exemplo

• MS-DOS

• UNIX (primeiros)

MACHADO, fig.4.6, pag 59 – Arquitetura monolítica

ARQUITETURA MONOLÍTICA

Modelo simples de estruturação de um sistema monolítico

ARQUITETURA EM CAMADAS • Sistema dividido em níveis sobrepostos

• Módulos de uma camada podem fazer referência apenas aos módulos das camadas inferiores

• Isola as funções do S.O. facilitando sua manutenção

• Exemplo – THE

– OpenVMS

– UNIX

– Linux

– Windows 200X

MACHADO, fig.4.7, pag 59 – Arquitetura em camadas do OpenVMS

ARQUITETURA EM CAMADAS

Estrutura do sistema operacional THE

ARQUITETURA EM CAMADAS

Estrutura do sistema operacional THE

MÁQUINA VIRTUAL • Nível intermediário entre o hardware e o SO

• São independentes do SO

• Grande segurança para cada Máquina Virtual

• Desvantagem – desempenho

• Exemplo – JVM (Java Virtual Machine)

– VMWare

– Microsoft Virtual PC

– Oracle Virtual Box

MACHADO, fig.4.8, pag 60 – Máquina virtual

ARQUITETURA MICROKERNEL • A função do núcleo é realizar a comunicação entre o

cliente (aplicação que solicita o serviço) e o servidor (processo que responde à solicitação)

• Surgiu com o Mach (1980- Carnegie Mellon University)

• Manutenção mais fácil de depurar e mais confiável

ARQUITETURA MICROKERNEL

MACHADO, fig.4.9, pag 61 – Arquitetura Microkernel

ARQUITETURA CLIENTE/SERVIDOR • Baseado em Microkernel

• Tornar o núcleo do S.O. menor e mais simples

• Implementar a maior parte dos serviços do SO em processos de usuários

• Usuários não tem acesso direto ao hardware

• Adaptável para sistemas de processamento paralelo ou distribuído

• Exemplos

– MINIX

– Mach

– Windows NT

ARQUITETURA CLIENTE/SERVIDOR

O modelo cliente-servidor

BIBLIOGRAFIA • MACHADO, F. B. & MAIA, L. P., Arquitetura de

Sistemas Operacionais, 4 Edição, São Paulo, LTC, 2007.

• TANENBAUM, A. S. Sistemas Operacionais Modernos: 2ª edição, São Paulo, editora Prentice Hall, 2003.

• SILBERSCHATZ, A. Sistemas Operacionais – Conceitos: São Paulo, editora LTC, 2004.