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SSC 640 - SISTEMAS OPERACIONAIS I
Introdução e Histórico
Sarita Mazzini BruschiRegina Helena Carlucci Santana
Marcos José Santana
Universidade de São PauloUniversidade de São PauloInstituto de Ciências Matemáticas e de ComputaçãoInstituto de Ciências Matemáticas e de ComputaçãoDepartamento de Sistemas de ComputaçãoDepartamento de Sistemas de Computação
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RoteiroRoteiro
Por que é necessário um sistema operacional
O que é um Sistema Operacional
Histórico
Conceitos Básicos
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Por que?Por que?
Sistemas de computadores modernos são compostos por diversos dispositivos:– Processadores;– Memória;– Controladoras;– Monitor;– Teclado;– Mouse;– Impressoras;– Etc...
Alta Complexidade
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Por que?Por que?
Com tantos dispositivos, surge a necessidade de gerenciamento e manipulação desses diversos dispositivos– Tarefa difícil
SISTEMAS OPERACIONAIS
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O que é um SO?O que é um SO?
Software responsável por gerenciar dispositivos que compõem um sistema computacional e realizar a interação entre o usuário e esses dispositivos;
Hardware– Processador;– Memória Principal;– Dispositivos de Entrada/Saída;
Software– Programas de Aplicação;– Programas do Sistema;
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Arquitetura do SistemaArquitetura do SistemaSistemas
deBanco
NavegadoresWeb
Reservade
Passagens
CompiladoresInterpretadores
deComando
Editores
SISTEMA OPERACIONAL
Dispositivos Físicos
Micro Arquitetura
Linguagem de Máquina
HARDWARE
APLICATIVOS
PROGRAMASDO
SISTEMA
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Arquitetura do SistemaArquitetura do Sistema
Hardware: Diversas camadas– Dispositivos físicos:
Circuitos (chips) Cabos Transistores Capacitores Memória Disco rígido etc...
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Arquitetura do SistemaArquitetura do Sistema
Micro Arquitetura: dispositivos físicos são agrupados para formar unidades funcionais– CPU – processamento;– ULA (Unidade Lógica Aritmética) –
operações aritméticas. Essas operações podem ser controladas por software (micro programas) ou por circuitos de hardware;
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Arquitetura do SistemaArquitetura do Sistema
Linguagem de Máquina: conjunto de instruções interpretadas pelos dispositivos que compõem a micro arquitetura;– Possui entre 50 e 300 instruções;– Realiza operações por meio de
registradores;– Baixo nível de abstração;– Ex.: Assembler.
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Sistema OperacionalSistema Operacional
Pode atuar de duas maneiras diferentes:– Como máquina estendida (top-down) –
tornar uma tarefa de baixo nível mais fácil de ser realizada pelo usuário;
– Como gerenciador de recursos (bottom-up) – gerenciar os dispositivos que compõem o computador;
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Sistema Operacional como Sistema Operacional como Máquina EstendidaMáquina Estendida
Ex.: como é feita a entrada/saída de um disco flexível – tarefa: Leitura e Escrita– SO: baixo nível de detalhes
Número de parâmetros; Endereço de bloco a ser lido; Número de setores por trilha; Modo de gravação;
– Usuário: alto nível – abstração simples Visualização do arquivo a ser lido e escrito; Arquivo é lido e escrito; Arquivo é fechado.
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Sistema Operacional como Sistema Operacional como Gerenciador de RecursosGerenciador de Recursos
Gerenciar todos os dispositivos e recursos disponíveis no computador– Ex.: se dois processos querem acessar um
mesmo recurso, por exemplo, uma impressora, o SO é responsável por estabelecer uma ordem para que ambos os processos possam realizar sua tarefa de utilizar a impressora.
– Uso do HD;– Uso da memória;
Coordena a alocação controlada e ordenada dos recursos;
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RoteiroRoteiroPor que é necessário um sistema
operacional
O que é um Sistema Operacional
Histórico
Conceitos Básicos
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Histórico de Evolução (SO)Histórico de Evolução (SO)
Meados do século XIX: Charles Babbage (1792-1871), por volta de 1833, projetou o primeiro computador. No entanto, a pouca tecnologia da época não permitiu que o projeto tivesse sucesso.– Máquina analítica:
Não tinha um SO; Percebeu que precisava de um software que
possibilitasse seu uso; Contratou Ada Lovelace, que se tornou a 1ª
programadora
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Primeira Geração Primeira Geração
Primeira Geração (1940-1955): Válvulas– 1940: John von Neumann cria o o primeiro
computador primitivo baseado em válvulasMáquinas enormes que ocupavam salas
imensas;Dezenas de milhares de válvulas – 20.000Não existiam ainda os conceitos de
sistema operacional e linguagem de programação de alto nível;
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Primeira GeraçãoPrimeira Geração
Mesmo grupo de pessoas projetava, construía, programava, operava e fazia a manutenção de cada máquina;
O acesso às máquinas era feito por meio de reserva de tempo: cada usuário fazia sua programação diretamente nos painéis das máquinas “hard-wired”;
Máquinas realizavam cálculos numéricos;
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Primeira Geração Primeira Geração
Final dos anos 40: primeiro computador eletrônico ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer);
1950: surgem os cartões perfurados– Os programas eram codificados nos cartões e sua
leitura era feita por máquina operadores de máquina;
John von Neumann propõe uma programação não “hard-wired” nasce o Assembler/Assembly;
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Segunda GeraçãoSegunda Geração
Segunda Geração (1955-1965) – Transistores e Sistemas em Batch– O desenvolvimento dos transistores tornou o
computador mais confiável possibilitando sua comercialização - Mainframes;
– Separação entre projetistas, fabricante, programadores e técnicos de manutenção;
– No entanto, devido aos altos custos, poucos tinham acesso a essa tecnologia – somente grandes empresas, órgãos governamentais ou universidades;
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Segunda GeraçãoSegunda Geração
Surge a idéia de linguagem de programação de alto nível – Fortran (desenvolvida pela IBM – 1954-1957);
Cartões perfurados ainda são utilizados– Operação: cada programa (job) ou conjunto de
programas escrito e perfurado por um programador era entregue ao operador da máquina para que o mesmo fosse processado – alto custo
– Sistemas em Batch (lote) Consistia em coletar um conjunto de jobs e fazer a
gravação desse conjunto para uma fita magnética
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Segunda GeraçãoSegunda Geração
Estrutura de um job em Fortran
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Segunda GeraçãoSegunda GeraçãoSistema em Batch
FMS (Fortran Monitor System)Processamento: IBSYS – SO IBM para o 7094
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Terceira GeraçãoTerceira Geração
Terceira Geração (1965-1980) – Circuitos integrados e Multiprogramação
Produtos Incompatíveis
Máquinas imensas e poderosasorientadas a palavra (7094)
Máquinas comerciaisorientadas a caracter (1401)
Alta carga de desenvolvimento emanutenção
IBM introduz o System/360
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Terceira GeraçãoTerceira Geração
System/360– Série de máquinas com software compatível;– Essas máquinas diferiam apenas no preço e
desempenho, variando da 1401 até a 7094;– Foi a primeira a usar circuito integrado em
pequena escala, ao invés de transistores;– O sistema operacional era o OS/360
Sua maior vantagem era também sua maior fraqueza: SO enorme e muito complexo, pois precisava realizar as funções de todas as máquinas
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Terceira GeraçãoTerceira Geração
Aplicações que eram CPU-bound não tinham problema com relação ao tempo que se precisava esperar para realizar E/S
Aplicações que eram IO-bound gastavam de 80 a 90% do tempo realizando E/S– Enquanto isso, a CPU ficava parada– Solução: Multiprogramação
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Terceira GeraçãoTerceira Geração
Multiprogramação: – Dividir a memória em diversas partes e alocar a
cada uma dessas partes um job. – Manter na memória simultaneamente uma
quantidade de jobs suficientes para ocupar 100% do tempo do processador, diminuindo a ociosidade.
– Importante: o hardware é que protegia cada um dos jobs contra acesso indevidos de outros jobs.
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Terceira GeraçãoTerceira Geração
Spooling (Simultaneous Peripheral Operation On Line): – Possibilitar que a leitura de cartões de jobs fosse
feita direta do disco; – Assim que um job terminava, o sistema
operacional já alocava o novo job à uma partição livre da memória direto do disco;
– Eliminação de máquinas como as 1401 e a necessidade de se ficar andando entre as máquinas
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Terceira GeraçãoTerceira Geração
Mesmo com o surgimento de novas tecnologias, o tempo de processamento ainda era algo crítico. Para corrigir um erro de programação, por exemplo, o programador poderia levar horas pois cada job era tratado dentro de um lote
TimeSharing
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Terceira GeraçãoTerceira Geração
TimeSharing: cada usuário tinha um terminal
on-line à disposição;
– Primeiro sistema TimeSharing: CTSS (Compatible
Time Sharing System) – 7094 modificado.
– Ex.: se 20 usuários estão ativos e 17 estão
ausentes, o processador é alocado a cada um dos
3 jobs que estão sendo executados;
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Terceira GeraçãoTerceira Geração
Surge o MULTICS (Multiplexed Information and
Computing Service), predecessor do UNIX;
Família de minicomputadores PDP da DEC;
– Diferente da família System/360, eram incompatíveis;
– Unix original rodava no PDP-7 (Ken Thompson –
cientista da Bell Labs)
– O PDP-1 custava $120 mil (5% do valor de um 7094)
- Tinha 4K palavras de 18 bits
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Quarta GeraçãoQuarta Geração
Quarta Geração (1980-1990) – Computadores Pessoais– Com a tecnologia de circuitos integrados
de larga escala (LSI) surgem chips com milhares de transistores encapsulados em um centímetro quadrado de silício
Intel – 8080 (1974) IBM – PC (início dos anos 80) Apple - Macintosh
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Quarta GeraçãoQuarta Geração
Intel 8080 – CP/M da Digital Research Gary Kildall)– CP/M (Control Program for MicroComputer) – sistema
operacional baseado em disco; IBM PC - DOS
– Inicialmente, a IBM tentou utilizar o CP/M, mas Kildall não quis nenhum acordo;
– IBM procurou Bill Gates pedindo um sistema operacional para rodar e ser vendido juntamente com o IBM PC;
– Bill Gates comprou a empresa que desenvolvia o DOS (Disk Operating System): Seattle Computer Products; Desenvolvedor: Tim Paterson;
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Quarta GeraçãoQuarta Geração
Evolução do DOS MS-DOS (MicroSoft DOS)– Tanto o CP/M quanto o MS-DOS eram
baseados em comandos;Macintosh Apple - Sistemas baseados
em janelas (GUI – Graphical User Interface)
Microsoft – Plataforma Windows
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Quinta Geração - (1990-hoje) Quinta Geração - (1990-hoje)
Era da computação distribuída: um processo é dividido em subprocessos que executam em sistemas multiprocessados e em redes de computadores ou até mesmo em sistemas virtualmente paralelos
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Quinta Geração (1990-hoje)Quinta Geração (1990-hoje)
O protocolo de comunicações TCP/IP tornou-se largamente utilizado (Depto de Defesa dos EUA) e as LANs (Local Area Networks) tornaram-se mais práticas e econômicas com o surgimento do padrão Ethernet desenvolvido pela Xerox;
Desenvolvimento e popularização do modelo cliente/servidor;
Difusão das redes de computadores– Internet
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Histórico de Evolução Histórico de Evolução Quinta Geração - (1990-hoje) Quinta Geração - (1990-hoje)
Sistemas Operacionais Distribuídos:– Apresenta-se como um sistema operacional centralizado,
mas que, na realidade, tem suas funções executadas por um conjunto de máquinas independentes;
Sistemas Operacionais em Rede;– Usuários conhecem a localização dos recursos que estão
utilizando e não têm a visão de um sistema centralizado
Unix Minix Linux;
Família Windows (NT, 95, 98, 2000, XP, Vista,7);
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Tipos de Sistemas Tipos de Sistemas OperacionaisOperacionais
Sistemas Operacionais Orientados a Objetos– Reuso e Interface orientada a objetos;
JavaOS– Portabilidade;
Sistemas Operacionais de Tempo Real– Importante:
Gerenciamento de Tempo; Gerenciamento de processos críticos (aviões, caldeiras);
– RTLinux (Real Time Linux); http://www.fsmlabs.com/
Sistemas Operacionais Embarcados: telefones, aparelhos eletrodomésticos; PDAs;
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RoteiroRoteiroPor que é necessário um sistema
operacional
O que é um Sistema Operacional
Histórico
Conceitos Básicos
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Conceitos Básicos de Conceitos Básicos de Sistemas OperacionaisSistemas Operacionais
Principais conceitos:– Processo – Memória– Arquivos– Entrada e Saída (ES ou IO)– Chamadas de Sistema;
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ProcessosProcessos
Processo: conceito chavechave do SO;– Caracterizado por programas em execução;– Cada processo possui:
Um espaço de endereço; Uma lista de alocação de memória (mínimo, máximo); Um conjunto de registradores (contador de programa);
– O Sistema Operacional controla todos os processos;
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40
ProcessosProcessos
Estados básicos de um processo:
Executando
Bloqueado Pronto
1 2
3
4
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ProcessosProcessos
Comunicação e sincronismo entre processos – solução:– Semáforos;– Monitores;– Instruções especiais em hardware;– Troca de mensagens;
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Gerenciamento de MemóriaGerenciamento de Memória Gerenciamento elementar (década de 60)
– Sistema monoprogramado;– Sem paginação:
Apenas um processo na memória; Acesso a toda a memória;
Gerenciamento mais avançado (atualidade)– Sistema multiprogramado;– Mais de um processo na memória;– Chaveamento de processos: por entrada/saída ou por limite
de tempo (sistema de tempo compartilhado);
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Compartilhamento de Compartilhamento de MemóriaMemória
Partições Fixas– Cada processo é alocado em uma dada
partição da memória (pré-definida);– Partições são liberadas quando o processo
termina;Partições Variáveis
– Memória é alocada de acordo com o tamanho e número de processos;
– Otimiza o uso da memória;
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Compartilhamento de Compartilhamento de MemóriaMemória
Partições Fixas– Cada processo é alocado em uma dada
partição da memória (pré-definida);– Partições são liberadas quando o processo
termina;Partições Variáveis
– Memória é alocada de acordo com o tamanho e número de processos;
– Otimiza o uso da memória;
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Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos
Parte que usuários mais conhecem– (ou acham que conhecem)
– Arquivos– Diretórios
– Criar, destruir, manipular...
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Gerenciamento de E SGerenciamento de E S
Alta complexidadeDiversidade de dispositivosInterfaces (hardware e software)Independência de dispositivosManipulação de erros
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Interfaces do SOInterfaces do SO
System Calls - Chamadas ao sistema
Shell - Interpretador de comandos
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System CallsSystem Calls
Interface entre o Sistema Operacional e os programas do usuário;
As chamadas se diferem de SO para SO, no entanto, os conceitos relacionados às chamadas são similares independentemente do SO;
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ShellShell
Interfaces entre o SO e os usuários
– Linhas de comando– Gráficas– Implementadas usando as Chamadas ao
Sistema
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Próxima AulaPróxima Aula
Tarefa para casa....
– Ler capítulo 1 do livro texto:
Sistemas Operacionais Modernos
Andrew Tanenbaum