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Sistemas OperacionaisProfa. Regina Borges de Araujo

Livro Texto• Sistemas Operacionais Modernos. Tanenbaum, A., Pearson

– Prentice Hall, 2003

Outras Referências• Operating Systems – Deitel, H., Deitel, P. & Choffnes, D.,

3rd edition, Pearson, Prentice Hall, 2003• Sistemas Operacionais – Conceitos e Aplicações.

Silberschatz, Galvin & Gagne,Editora Campus, 2001

Informações sobre o cursohttp://www.dc.ufscar.br/~regina/apresentaso.html

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Introdução

Capítulo 1

1.1 O que é um sistema operacional1.2 História dos sistemas operacionais1.3 O zoológico de sistemas operacionais1.4 Revisão sobre hardware de computadores1.5 Conceitos sobre sistemas operacionais1.6 Chamadas ao sistema1.7 Estrutura de sistemas operacionais

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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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História dos Sistemas Operacionais (1)

• 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

• Quinta geração – a partir do ano 2000– Computação ubíqua

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Antigo sistema em lote(a) traz os cartões para o 1401(b) lê os cartões para a fita(c) e (d) coloca a fita no 7094 que executa o processamento(e) e (f) coloca a fita no 1401 que imprime a saída

Segunda geração 1955 - 1965

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Estrutura de um job FMS típico – 2a. geração

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• Sistema de multiprogramação– Três jobs na memória

• Spooling• Compartilhamento de tempo

Terceira geração 1965 – 1980

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• Intel 8080 - CP/M– domínio de 5 anos - popularização dos PCs

• IBM projeta o IBM/PC, DOS/BASIC, MS-DOS • IBM PC/AT/80286 em 1983 (morte do CP/M)• Doug Engelbart inventa GUI (adotada pela Xerox

e incorporada em suas máquinas)– LISA (Apple) incorpora GUI – fracasso (alto custo)– Apple MacIntosh – enorme sucesso– MS-GUI: W3.0/3.1/3.11/W95,W98, WMe – W/NT– UNIXGUI: XWindows (MIT), Motif (roda sobre X)

História dos Sistemas Operacionais (5)Quarta geração 1980 – presente

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• Sistemas Operacionais de Rede• Sistemas Distribuídos• Internet/WWW

– Servidores WWW• Linux, FreeBSD• Solaris

– MS/Windows x Linux

• Internet 2– Novas Aplicações (MM, Realidade Virtual)

História dos Sistemas Operacionais (6)Quarta geração 1980 – presente

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Computação Ubíqua“É a visão de um mundo no qual o custo do poder computacional e das comunicações digitais tornam-se tão baratos a ponto de

poderem ser embutidos em todos os objetos que nos cercam no dia-a-dia”

Frank Stajano, 2003 – Cambridge University

História dos Sistemas Operacionais (7)Quinta geração – a partir de 2000

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Quinta geração – Computação Ubíqua

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• Sistemas Operacionais de Computadores de Grande Porte– Capacidade de E/S, processamento de vários jobs de uma vez– Serviços típicos: lote, processamento de transação e tempo

compartilhado• Sistemas Operacionais de Servidores

– Servem múltiplos usuários de uma vez (compartilhamento de recursos de software e hardware) via rede.

• Sistemas Operacionais de Multiprocessadores– Múltiplas CPUs num único sistema (computadores paralelos,

multicomputadores ou multiprocessadores)• Sistemas Operacionais de Computadores Pessoais

O Zoológico de Sistemas Operacionais (1)

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• Tempo Real– Tempo é o parâmetro chave– Tempo real crítico x não crítico

• Embarcados– Pequenos computadores e TVs, celulares, fornos de microondas– Restrições de tamanho, memória e potência (PalmOS, W/CE –

Consumer Electronics)• Cartão Inteligente

– Restrições extremas de tamanho de memória e poder de processamento

– JVM em ROM– S.O. primitivo gerencia desde uma única função até tratamento de

múltiplas applets

O Zoológico de Sistemas Operacionais (2)

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Revisão sobre hardware de computadores (1)

Componentes de um computador pessoal simples

Bus

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Processadores• Busca, decodifica e executa instruções• Cada UCP tem um conjunto específico de instruções a

executar• Tempo de acesso x tempo de execução => leva à necessidade

de ter Registradores (PC, ponteiro de pilha, PSW)• S.O. sabe sobre todos os registradores (chaveamento de

contexto)• UCPs mais complexas (pipeline, superescalar) => exigem

S.Os e compiladores mais complexos• S.O.: modo núcleo (acesso total ao hardware) e modo usuário

(subconjunto de chamadas ao sistema para acesso ao hardware)

• Programa do usuário obtém serviços do S.O. => Chamadas ao Sistema => TRAP (muda de modo usuário para modo núcleo)


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(a) Um pipeline de três estágios(b) Uma CPU superescalar

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• Típica hierarquia de memória– números mostrados são apenas aproximações

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Memória• Ideal: extremamente rápida, grande e barata => nenhuma tecnologia

satisfaz => hierarquia de camadas• Registradores > cache > Memória principal > discos magnéticos > fitas

magnéticas• Discos – rotação a 5400, 7200, 10800 rpm

– Trilha (dividida em setores)– Setores (512 bytes)– Cilindro– Tempos de disco

• de um cilindro ao próximo: 1ms • de um cilindro para um cilindro aleatório: 5 a 10 ms• espera posicionar setor: 5 a 10 ms • R/W: 5 a 160MB/s

• Fitas – baixo custo• ROM/EEPROM/FlashRAM (muito mais lento para escrever do que

RAM)/CMOS• Memória e multiprogramação (MMU e o S.O. – problemas de proteção e

relocação)


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Revisão sobre hardware de computadores(6)

Estrutura de uma unidade de disco

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(a) um par base-limite (b) dois pares base-limite


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(a) Passos para iniciar um dispositivo de E/S e obter uma interrupção

(b) Como a CPU é interrompida

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Dispositivos de Entrada/Saída• Alta interação com o S.O.• Dispositivo de E/S = dispositivo + Controlador• Dispositivos => interface simples/padronizada IDE/SCSI –

controlador IDE acessa qualquer disco IDE• S.O. fala com controlador através dos Drivers de dispositivo• Driver => interage diretamente com o controlador• Driver tem que ser colocado no S.O. e rodar no modo núcleo

(religa o núcleo; cria entrada no S.O. e reboot; driver é adicionado “on the fly” – hot plug in USB)

• Formas de realizar E/S:– Espera Ociosa: Programa do usuário=> Chamada ao sistema =>

chamada de procedimento para driver => inicia E/S (espera ociosa até completar) => driver coloca dados (se houver) na memória

– Interrupção: idem acima sem espera – controlador gera interrupção– DMA: acesso direto à memória sem a intervenção da CPU


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Barramentos• Um barramento só é insuficiente para tratar todo o tráfego

=> adição de barramentos adicionais (para dispositivos de E/S mais rápidos e maior vazão entre UCP-memória)

• Sistema Pentium tem 8 barramentos (cada um com uma função e taxa de transferência diferentes)

• S.O. tem que saber sobre todos os barramentos para configuração e gerenciamento => PLUG AND PLAY (MS e Intel)

• Antes do plug and Play - cada placa de dispositivo de E/Stinha nível de interrupção fixo e endereços fixos para registradores de E/S


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Estrutura de um sistema Pentium

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Barramentos• O que fazer quando as interrupções

conflitavam?– DIP switches ou Jumpers em cada placa de E/S

CAOS

• Plug and Play => mecanismo centralizado– sistema coleta automaticamente info sobre todos os

dispositivos de E/S– Atribui níveis de interrupção e endereços de E/S– Divulga para cada placa quais são os seus números


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(8 bytes de uma vez)528MB/s

66MHzPCI(Peripheral Component

Interconnect)

160MB/sSCSI

1.5MB/sUSB

IDE

(2 bytes de uma vez)16.67MB/s

8.33MHzISA(Industry Standard

Architecture)

Taxa de Transferência

CicloBarramento


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BIOS• Localizado em memória Flash na placa mãe

– Pode ser atualizado pelo S.O.• Inicializado no boot

– Varre os barramentos ISA e PCI (grava dispositivos plug & playe os legados – se forem diferentes do último boot, configura os novos)

– Determina o dispositivo de boot (checa contra lista na CMOS)– Lê primeiro setor do dispositivo de boot e executa– Determina a partição ativa (através de programa que examina a

tabela de partição no final do setor de boot)– Um loader secundário de boot é lido da partição ativa– Loader secundário lê o Sistema Operacional da partição ativa

para a memória e o inicializa


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Atividades Iniciais do Sistema Operacional• Extrai informação de configuração da BIOS• Checa a presença de driver para cada dispositivo de E/S

(se não encontra pede ao usuário para inserir disco ou CD-ROM com o software)

• Carrega todos os drivers no kernel (núcleo) do S.O.• Inicializa suas tabelas• Cria processos em background• Inicializa programa de login ou uma interface gráfica para

cada terminal encontrado


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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

Conceitos sobre Sistemas Operacionais (1)

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(a) Um deadlock potencial. (b) um deadlock real.


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Deadlocks (Jean Bacon)

Exemplo de deadlock no tráfego

Dois ou mais processos esperam indefinidamente por algo (um evento?) que pode ser fornecido

por apenas um dos processos em espera.

Starvation: Um processo pode ser negligenciado repetidamente.• Com a inanição existe sempre uma forma de resolver a situação• Com o deadlock, uma vez que ele ocorre, não pode ser resolvido

A detecção de deadlock pode ser bem complicada!

Setas = carros

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Sistema de arquivos de um departamento universitário

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• Antes da montagem,– os arquivos do disco flexível são inacessíveis

• Depois da montagem do disco flexível em b,– os arquivos do disco fazem parte da hierarquia de arquivos

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Dois processos conectados por um pipe

Exemplo:host> cat arq1 arq2 arq3 | sort > /dev/lp

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Chamadas ao Sistema(Interface entre o S.O. e os Programas do Usuário)


Chamadas ao

Sistema

Programas do usuário

Sistema Operacional

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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 Sistema para Gerenciamento de Diretório

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Algumas Chamadas ao Sistema para Tarefas Diversas

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Chamadas ao Sistema (1)

• O interior de um shell:

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Os processos têm três segmentos: texto, dados e pilha

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(a) Dois diretórios antes da ligação de /usr/jim/memo ao diretório ast

(b) Os mesmos diretórios depois dessa ligação

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(a) Sistema de arquivos antes da montagem(b) Sistema de arquivos depois da montagem

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Algumas chamadas da interface API Win32

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Programa do Usuário 2

Programa do Usuário 1Chamadapara kernel

1

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Tabela de Despacho

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Programas dousuário rodam

em modousuário

SO roda em modo núcleo

1 Programa do usuário emite chamada do sistema2 S.O. determina número de serviço solicitado3 S.O. localiza e chama procedimento de serviço4 Controle é retornado ao programa do usuário

Estrutura de Sistemas Operacionais (1)

Sist

emas

Mon

olíti

cos

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Modelo simples de estruturação de um sistema monolítico

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Estrutura do sistema operacional THE

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Estrutura do VM/370 com o CMS

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O modelo cliente-servidor

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O modelo cliente-servidor em um sistema distribuído

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Unidades Métricas

Os prefixos métricos

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