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SISTEMAS OPERATIVOS. SOFTWARE Conjunto de instruções ou programas capazes de fazerem funcionar o HARDWARE SISTEMASoftware de SISTEMA APLICAÇÃOSoftware.

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1 SISTEMAS OPERATIVOS

2 SOFTWARE Conjunto de instruções ou programas capazes de fazerem funcionar o HARDWARE SISTEMASoftware de SISTEMA APLICAÇÃOSoftware de APLICAÇÃO

3 SOFTWARE de APLICAÇÃO Engloba todos os programas que efectuam tarefas mas que não têm acesso directo aos recursos da máquina. Processadores de Texto, Folhas de Cálculo, Programas de Desenho, Jogos, entre outros.

4 Conceito de Sistema Operativo Sistema Operativo –Pode ser definido como um conjunto de programas que permitem uma interacção simplificada entre o utilizador e a máquina Dispositivos físicos Sistema Operativo Aplicações Utilizador Hardware

5 Responsável por gerir os recursos de Hardware Tornar os recursos de Hardware acessíveis ao utilizador e ao Software de aplicação Composto por Utilitários de Sistema, Controladores de Dispositivos, Compiladores de Linguagem, entre outros SISTEMA OPERATIVO

6 1ª camada (e indispensável ) de Software Gere o processador, memória, comunicação entre componentes internos e periféricos Controla e atribui recursos físicos da máquina segundo as solicitações das diversas aplicações Responsável pela organização e fiabilidade de armazenamento dos dados de uma forma hierárquica nos vários suportes de armazenamento.

7 UTILIZADORAPLICAÇÕES SISTEMA OPERATIVO INTERFACE (Shell de comandos) NÚCLEO (Kernel) Hardware SISTEMA OPERATIVO

8 Funções do Sistema Operativo Um sistema operativo possui as seguintes funções: gestão de processos; gestão de memória; sistema de arquivos; entrada e saída de dados.

9 Gestão de processos O sistema operativo multitarefa é preparado para dar a ilusão que o número de processos em execução simultânea no computador é maior que o número de processadores instalados. Cada processo recebe uma fatia do tempo e a alternância entre vários processos é tão rápida que pensamos que a sua execução é simultânea. São utilizados algoritmos para determinar qual o processo que será executado em determinado momento e por quanto tempo. Funções do Sistema Operativo

10 Gestão de memória Os algoritmos de alocação de memória devem ter como objectivo reduzir a fragmentação da memória First Fit - Aloca o primeiro pedaço de memória livre que tenha espaço suficiente Best Fit - Aloca o pedaço de memória livre mais pequeno mas com espaço suficiente para conter os dados Worst Fit - Aloca o maior pedaço de memória livre Funções do Sistema Operativo

11 Sistema de arquivos Funções do Sistema de Gestão de Ficheiros: –Criar/Apagar ficheiros e directórios –Operações de leitura e escrita em ficheiros –Mapeamento dos ficheiros no disco –Escalonamento do acesso ao disco –Protecção de acesso aos ficheiros Funções do Sistema Operativo

12 Gestão de I/O A implementação das operações de I/O é complexa, uma vez que interactuam com o hardware dos dispositivos. Uma das principais funções do SO é esconder as especificidades do hardware ao utilizador –Implementado através de Device Drivers Componentes de I/O: –Sistema de buferização, caching e spooling –Interface genérica para device drivers –Device Drivers específicos Funções do Sistema Operativo

13 Parte visível do sistema operativo com a qual o utilizador interage CLI (Command Line Interface) –Ecrã de texto em que os comandos são digitados manualmente através de uma linha de comando GUI (Graphics User Interface) –Interacção com o utilizador é feita através de um ambiente gráfico –Comandos inseridos através de acções com outros dispositivos (rato, touchpad...) para além do teclado SISTEMA OPERATIVO

14 Conceitos associados

15 Conceito de Sistema Operativo O Sistema Operativo pode ser visto como –Máquina virtual Dar ao utilizador a ilusão de dispor de uma máquina muito mais fácil de utilizar e programar do que o hardware. –Gestor de recursos Efectuar a gestão dos diversos componentes da arquitectura de um computador, impondo ordem na atribuição de recursos aos programas. Tirar máximo partido dos recursos disponíveis –Tempo de CPU, memória, etc

16 Conceitos de processador e processo Processador e Processos –Um processo é basicamente um programa em execução –Num sistema multi-programado, vários processos podem estar a correr simultaneamente –Contudo, quando existe um só processador, apenas um processo pode utilizá-lo em cada instante –Os processos concorrem pelo processador e cooperam entre si para realizar tarefas mais complexas

17 17 Processador e Processos –Processador (CPU) Elemento activo do sistema que executa processos –Modo utilizador (User Mode) Disponível um subconjunto das instruções do CPU. É neste modo que correm as aplicações –Modo núcleo (Kernel Mode) Modo privilegiado do processador, para o qual todas as instruções estão disponíveis. Só o Sistema Operativo é que tem acesso a este modo Conceitos de processador e processo

18 Conceitos associados Memória e Gestão de memória –Divisão estruturada da memória de modo a ser possível o carregamento de diversos programas na memória principal Colocação e Protecção –Existência de mecanismos que permitam o crescimento da memória de dados de um programa Reserva de memória –Gestão do espaço de endereçamento de modo a que se possa ter uma capacidade de memória superior à da memória principal (a RAM) Memória Virtual

19 –Hierarquia da memória Conceitos associados

20 Sistemas mono-programados e multi-programados Conceitos associados

21 Sistemas de ficheiros –Gestão da informação não-volátil armazenada em memória secundária (discos, tapes) –Providenciar um nível de abstracção para que o utilizador não se preocupe com os detalhes da utilização de discos, disquetes, etc. –Chamadas ao sistema: Criação, remoção, cópia, escrita e leitura de ficheiros Conceitos associados

22 –Estrutura hierárquica (em árvore) - directórios Conceitos associados

23 Periféricos e I/O –Gestão das operações de escrita e leitura nos diversos periféricos Teclado, impressora, terminais de texto e gráficos, discos, etc. –Tratamento de interrupções e de erros –Device drivers Programas para gestão de periféricos específicos Conceitos associados

24 Sistemas Operativos Classificação

25 Classificação de SOs Multi-utilizador –O tempo de processamento do CPU de um computador pode ser partilhado por mais do que um utilizador de forma interactiva. Unix, Linux Mono-utilizador –O CPU só pode estar dedicado de forma interactiva a um conjunto de processos do mesmo utilizador MS-DOS, todos os Windows

26 Classificação de SOs Multi-programação –Capacidade de correr vários programas simultaneamente (em concorrência) Unix, Linux, todos os Windows Mono-programação / Processamento por lotes –Cada programa monopoliza o processador até terminar Spectrum DOS

27 Classificação de SOs Dedicado –Sistema Operativo projectado para aplicações específicas –Exemplos: Controlo de uma linha de montagem - SOs em tempo real Gestão de transacções numa companhia aérea - SOs para Mainframes Interface para um telemóvel – SO embedded Uso geral –Projectados para uma fácil utilização –Permitem a execução de uma grande variedade de programas –Reconhecem uma grande diversidade de periféricos

28 Classificação de SOs Centralizado –O Sistema Operativo cria uma máquina virtual sobre um único computador Distribuído –O Sistema Operativo que corre sobre um conjunto de computadores, dando a ilusão de que este conjunto é uma entidade única Sistemas distribuídos puros Sistemas em rede Sistemas multi-processador

29 Arquitectura Quando se desenvolve um sistema operativo, são obrigatoriamente observados pelo menos dois tipos de requisitos: –REQUISITOS DE UTILIZADOR Procura-se um sistema fácil de utilizar, com uma aprendizagem fácil, rápido e suficientemente dinâmico para se adaptar às tarefas a que se destina. –REQUISITOS DE SOFTWARE Procura-se facilidade de manutenção, forma de funcionamento, restrições de utilização, eficiência, tolerância ou intolerância a erros e flexibilidade.

30 Arquitectura Para além dos requisitos a observar, também a sua estrutura varia, sendo as estruturas mais comuns: –Estrutura MONOLÍTICA –Estrutura MODULAR

31 Arquitectura Estrutura MONOLÍTICA É o tipo de estrutura que caracterizava os primeiros sistemas operativos, composto por um único programa e sub-rotinas. As suas características são: –Programa Final resultado da Linkagem de módulos compilados separadamente –Boa definição de parâmetros de ligação entre rotinas o que permite índices maiores de acoplamento. –Precisam de protecções e previlégios de execução das rotinas de manipulação de recursos de sistema –Geralmente são sistemas desenvolvidos à medida, o que resulta numa elevada eficiência mas baixa flexibilidade.

32 Arquitectura Estrutura MONOLÍTICAEstrutura MONOLÍTICA Nível de Procedimento Principal Nível de Procedimento de Serviços Nível de Procedimento de Utilidades e Utilitários

33 Modelos de Sistemas Operativos Monolítico –O exemplo mais comum de sistema operativo, no qual aparentemente não existe estrutura... –Qualquer função do sistema operativo pode comunicar com qualquer uma das outras.

34 Camadas (Layers) –O SO encontra-se estruturado segundo um conjunto de camadas funcionais –Cada camada utiliza serviços de camadas que lhe são interiores –Em suma, cada camada é uma máquina virtual com uma interface bem definida –À camada mais baixa (gestão de processos) corresponde o núcleo do sistema operativo Modelos de Sistemas Operativos

35 Camadas (Layers) Modelos de Sistemas Operativos

36 Modular –O SO encontra-se organizado segundo módulos à volta de um núcleo (kernel) –O núcleo é geralmente pequeno (Micro-kernel), comunicando com o hardware e estabelecendo a comunicação entre os diversos módulos –Pode introduzir-se o conceito de processo cliente e de processo servidor que correm em modo utilizador –Facilmente adaptável a sistemas distribuídos –Estrutura mais estável Modelos de Sistemas Operativos

37 Modular Modelos de Sistemas Operativos

38 38 Modelo de um SO Modular (Cliente-Servidor)

39 Sistemas Operativos Como vimos, o Hardware de um computador comporta a possibilidade de executar diferentes funções mediante as instruções que lhe são fornecidas Quando o Computador é ligado, a CPU vai à primeira posição de memória procurar as primeiras instruções que deve executar. A primeira posição de memória está alojada em ROM e o código chama-se Firmware O Firmware contém as instruções necessárias ao arranque da máquina e serve de base para o funcionamento do Sistema Operativo

40 Por definição, o BIOS (Basic Input Output System) ou Sistema Básico de Entrada e Saída é um circuito ROM no qual residem as instruções básicas necessárias para o arranque do sistema. É possível alterar alguns parâmetros de configuração de baixo nível acedendo ao setup da BIOS, durante o arranque. Sistemas Operativos

41 Quando inicializamos o sistema, a BIOS conta a memória disponível, identifica dispositivos plug- and-play e realiza uma verificação geral dos componentes instalados. Este procedimento é chamado POST e destina-se a verificar se existe algo de errado com algum componente, além de verificar se foi instalado algum dispositivo novo. Somente após o POST, a BIOS entrega o controle do computador ao Sistema Operativo. Sistemas Operativos

42 Surge então a mensagem: Iniciando o Windows....., dependendo do sistema operativo instalado. Após o término do POST, a BIOS emite um relatório com várias informações sobre o hardware instalado. Este relatório é uma maneira fácil e rápida de verificar a configuração de um computador. Para parar a imagem tempo suficiente para conseguir ler as informações, basta pressionar a tecla pause/break. Sistemas Operativos

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44 As configurações da BIOS encontram-se guardadas na CMOS, Complementary Metal Oxide Semicondutor, que é uma memória volátil (perde os dados quando deixa de ser alimentada electricamente), é composta por cerca de 128 ou 256 bytes de RAM. Sempre que o computador é ligado a BIOS lê a CMOS recebendo então os valores guardados. Na BIOS reside a primeira camada de software de sistema (o Firmware) que é responsável pelas configurações iniciais da máquina e o reconhecimento dos vários subsistemas (CPU, FD e HDs, Memória, sistema de vídeo…) Sistemas Operativos

45 Entre outras funções o papel mais importante do BIOS é o carregamento do sistema operativo. Quando o computador é ligado e o microprocessador tenta executar a primeira instrução, ele tem que obtê-la de algum lado. Não é possível obter essa instrução do sistema operativo, porque este está localizado no disco rígido, e o microprocessador não pode comunicar com ele sem que algumas instruções o digam como fazê-lo. É o BIOS o responsável por fornecer essas instruções. Sistemas Operativos

46 Quando o computador é ligado, o BIOS segue a seguinte sequência: 1.Verifica as informações armazenadas numa pequenissima memória RAM, que se localiza num chip fabricado com tecnologia CMOS. A memória CMOS armazena informações relativas à configuração de hardware, que podem ser alteradas de acordo as mudanças do sistema. Essas informações são usadas pelo BIOS para modificar ou complementar a sua programação padrão, conforme necessário. Sistemas Operativos

47 2. POST (Power-On Self-Test ou Autoteste de Arranque), que são os diagnósticos e testes realizados aos componentes físicos (disco rígido, processador, etc). Os problemas são comunicados por uma combinação de sons (bipes) numa determinada sequência e se possível, exibidos no ecrã. O manual do fabricante permite a identificação do problema descrevendo a mensagem que cada sequência de sons representa. Sistemas Operativos

48 3. Activação de outros BIOS presentes em dispositivos instalados no computador (ex. discos SCSI e placas de vídeo). 4. Descompactação para a memória principal. Os dados, armazenados numa forma compactada, são transferidos para a memória, e só aí descompactados. Isso serve para evitar a perda de tempo na transferência dos dados. Sistemas Operativos

49 5. Leitura dos dispositivos de armazenamento, cujos detalhes e ordem de inicialização são armazenados na CMOS. Se há um sistema operativo instalado no dispositivo, no seu primeiro sector (o Master Boot Record) estão as informações necessárias para o BIOS a encontrar (este sector não deve exceder 512 bytes). Sistemas Operativos

50 Códigos de erro da BIOS Sistemas Operativos

51 Códigos de erro da BIOS Sistemas Operativos

52 Uma vez carregado em memória, o Sistema Operativo assume o controlo da máquina funcionando como uma interface entre os programas/utilizadores e a camada de hardware. Hardware FirmWare Sistema Operativo Utilizadores Aplicações

53 Sistemas Operativos Ao assumir o controlo de hardware, o Sistema Operativo passa a ter de garantir alguns serviços às camadas superiores, tendo por isso que desempenhar algumas tarefas, tais como: –Gerir tempo de processador atribuído –Gerir o espaço de memória a alocar –Estabelecer um modelo de organização de informação que seja eficiente no que respeita à utilização dos dispositivos de armazenamento. –Gerir as permissões de acesso e garantir a segurança de dados bem como a sua integridade

54 Sistemas Operativos Como todos sabemos a arquitectura dos sistemas informáticos é digital e binária, pelo que no seu estado original, a informação está presente na forma de 0 e 1. Como esta representação não é facilmente compreendida pelo utilizador, é também tarefa do S.O. Organizar a informação de acordo com os códigos humanos. Desta forma, a informação é geralmente organizada em contentores (ou pastas) e arquivos organizados e identificados segundo o seu conteúdo.

55 Sistemas Operativos – MS-DOS No que respeita ao mercado doméstico, foram várias as gerações e tipos de Sistemas Operativos, no entanto, alguns destacaram-se pela sua utilização massificada… Um desses casos é o velhinho MS-DOS

56 Sistemas Operativos – MS-DOS O MS-DOS (Microsoft Disk Operating System) foi o primeiro SO da Microsoft e cabia numa disquete Era um sistema mono-utilizador e mono-tarefa

57 Sistemas Operativos O UNIX é um sistema desenvolvido na década de 70 que tem a particularidade de, à semelhança do MS-DOS, ter uma CLI mas era já um sistema multi-utilizador e multi-tarefa. Para ter um GUI, o sistema permite a utilização de um componente (aplicação) denominado de servidor X que nada mais é do que a representação gráfica do interface de comandos. Mas existem outros, como por exemplo:

58 Sistemas Operativos AmigaOS PLATAFORMAComputadores AMIGA CARACTERÍSTICASSMP – Symetric Multiprocessing COMPOSIÇÂOKernell + Bibliotecas de 32 bits É considerado, devido ao seu tempo de resposta, como um Sistema Operativo em Tempo Real

59 Sistemas Operativos BeOS PLATAFORMA PC com processador INTEL ou compativel (x86) CARACTERÍSTICASSistema Modular (pagam-se os módulos) COMPOSIÇÂOUm único ficheiro na pasta windows É distribuído gratuitamente na sua versão não comercial

60 Sistemas Operativos FreeBSD PLATAFORMAx86, DEC Alpha, IA-64, UltraSpark CARACTERÍSTICASDeriva do BSD Unix (Univ. da Califórnia) COMPOSIÇÂOKernell + Bibliotecas de 32 bits Sistema gratuito mesmo para uso comercial - funciona tanto em estações de trabalho como em servidores - é um sistema open source

61 Sistemas Operativos Linux PLATAFORMAx86, DEC Alpha, UltraSpark, MIPS e Power PC CARACTERÍSTICASApenas o Kernell é Linux, o S.O. Chama-se GNU/Linux COMPOSIÇÂOKernell + Aplicativos GNU DISTRIBUIÇÕESRed Hat, Suse, Caldera, Corel, Slackware, Mandrake, Debian… INTERFACES GRAFICOS Gnome, KDE, Window Maker, Enlightment, Blackbox, Afterstep … Sistema opensource (código aberto) e muito robusto. Tem vindo a ganhar terreno no que respeita ao utilizador doméstico As aplicações estão directamente relacionadas com a distribuição / interface gráfico usado

62 Sistemas Operativos MacOS (X) PLATAFORMA Computadores Apple (MACs) – worstation e server CARACTERÍSTICAS Desenvolvido a partir de UNIX COMPOSIÇÂO Kernell + Bibliotecas de 32 bits Graficamente é um sistema muito apelativo - O próprio sistema é acompanhado de aproximadamente aplicações - O sistema consegue emular o Windows e correr aplicações para PC – Sistema de rede multiplataforma Segue uma linha Click and Go

63 Sistemas Operativos E claro os mais conhecidos…

64 Sistemas Operativos Sugestão de actividade –Caracteristicas principais dos sistemas operativos: Linux (e suas distribuições) MacOS Windows (nas suas várias versões)


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