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1 O que é Sistema Operacional?. 2 Introdução Um sistema operacional, por mais complexo que possa parecer, é apenas um conjunto de rotinas executadas pelo.

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1 1 O que é Sistema Operacional?

2 2 Introdução Um sistema operacional, por mais complexo que possa parecer, é apenas um conjunto de rotinas executadas pelo processador, de forma semelhante aos programas dos usuários. Sua principal função é controlar o funcionamento de um computador, gerenciando a utilização e o compartilhamento dos seus diversos recursos, como processadores, memórias, e dispositivos de entrada e saída.

3 3 Introdução Sem o sistema operacional, um usuário para interagir com o computador deveria conhecer profundamente diversos detalhes sobre hardware do equipamento, o que tornaria seu trabalho lento e com grandes possibilidades de erros. O sistema operacional tem por objetivo funcionar como uma interface entre o usuário e o computador, tornando sai utilização mais simples, rápida e segura.

4 4 Introdução Definição de SO: é um programa cuja tarefa principal é controlar o funcionamento do computador, facilitando seu uso e gerenciando seus recursos Funções: Facilitar o acesso aos recursos do sistema Gerenciar o compartilhamento dos recursos do sistema Exemplos: Windows, UNIX, OS/2

5 5 Onde está o SO?

6 6 Sistema computacional multicamada Dispositivos Físicos Sistema Operacional Linguagem de Máquina Microarquitetura Hardware Aplicações Organização e Arquitetura de Computadores I e II Estamos Aqui Linguagens de Programação Programas do sistema Programas de aplicação Compiladores, editores, shell

7 7 SO Parte do software que executa no modo supervisor – Demais programas executam no modo usuário Funciona como uma máquina estendida ou máquina virtual mais fácil de programar que o hardware – Fornece serviços que os programas podem usar

8 8 SO Funciona como um gerente de recursos – Manter o controle sobre quem está usando qual recurso – Gerenciamento no tempo X espaço

9 9 Histórico dos S. Operacionais Primeira Geração ( ): Válvulas e Painéis Surgimento dos primeiros computadores digitais Surgimento do modelo de von Neumann Máquinas enormes, com milhares de válvulas Não havia Linguagens de Programação Não havia Sistema Operacional Utilizado para cálculos matemáticos Uma mesma equipe projetava, construía, programava, operava e realizava manutenção de cada máquina

10 10 Histórico dos S. Operacionais Arquitetura de von Neumann: Unidade de Controle Unidade Aritmética e Lógica Armazenamento UCP Dispositivo de Entrada Dispositivo de Saída

11 11 Histórico dos S. Operacionais – Segunda Geração ( ): Transistores e Sistemas Batch Aumento de velocidade de processamento, graças à troca de válvulas por transistores (semicondutores) Início do domínio IBM (mainframes) Aparecimento de Linguagens de Programação como Assembly e FORTRAN Uso de cartões perfurados Processamento de Jobs era feito em Lote (batch) Surgimento de Sistemas Operacionais, como o FMS (Fortran Monitor System)

12 12 Histórico dos S. Operacionais – Terceira Geração ( ):CIs e Multiprogramação IBM lança a idéia de uma família de computadores compatíveis (série 360) Surgimento de SOs mais voltados ao usuário (como o OS/360 da IBM) Criação da técnica de multiprogramação Criação da técnica de spooling (Simultaneous Peripheral Operation On Line) Através da criação do terminal de vídeo e teclado foi possível a interação on-line Surgimento dos sistemas de Compartilhamento de tempo (Timesharing)

13 13 Histórico dos S. Operacionais – Terceira Geração ( ): CIs e Multiprogramação Minicomputadores com 4K de memória Criação do UNIX por Ken Thompson, do Bell Labs: um sistema multiusuário, multiprogramado e extremamente sofisticado para sua época

14 14 Histórico dos S. Operacionais – Quarta Geração (A partir de 1980): Computadores Pessoais Desenvolvimento da tecnologia LSI (Large Scale Integration) – milhares de transistores encapsulados em um chip de 1cm 2 Surgimento dos computadores pessoais (PC) Sistemas Operacionais e aplicativos voltados ao usuário final (user-friendly) GUI Domínio de PCs baseados em processadores INTEL (8088, 80286, 80386, 80486, Pentium,...) Surgimento dos sistemas operacionais de rede e sistemas distribuídos

15 15 Tipos de Sistemas Operacionais Sistemas Operacionais Sistemas Multiprogramáveis Sistemas Monoprogramáveis Sistemas com Múltiplos Processadores

16 16 Tipos de Sistemas Operacionais Sistemas Monoprogramáveis/Monotarefas Esse sistema foi projetado para gerenciar a execução de um único programa (job) por vez Qualquer outro programa para ser executado, deve aguardar o término do programa corrente Nesse sistema o processador, a memória e os periféricos permanecem exclusivamente dedicados à execução de um único programa

17 17 Tipos de Sistemas Operacionais Sistemas Multiprogramáveis/Multitarefas Os sistemas multiprogramáveis permitem que vários programas possam usar os diversos recursos existentes De acordo com o número de usuários que interagem com o sistema, podem ser: Monousuário Multiusuário

18 18 Tipos de Sistemas Operacionais Sistemas Multiprogramáveis/Multitarefas Os sistemas multiprogramáveis também podem ser classificados pela forma com que suas aplicações são gerenciadas Sistemas Multiprogramáveis Sistemas de Tempo Compartilhado Sistemas de Tempo Real Sistemas em Batch

19 19 Tipos de Sistemas Operacionais Sistemas Batch Caracterizam-se por terem seus programas armazenados em disco ou fita, onde esperam para ser executados seqüencialmente Geralmente, esses programas não exigem interação com os usuários, lendo e gravando dados em discos ou fitas

20 20 Tipos de Sistemas Operacionais Sistemas de Tempo Compartilhado Permitem a interação dos usuários com o sistema, através de terminais que incluem vídeo, teclado e mouse Para cada usuário, o SO aloca uma fatia de tempo do processador Uso cíclico do processador Provê maior interatividade

21 21 Tipos de Sistemas Operacionais Sistemas de Tempo Real O tempo é um parâmetro fundamental Os tempos de resposta estão dentro de limites rígidos, que devem ser obedecidos Alocação do processador leva em conta restrições de tempo Sistemas TR críticos X não-críticos

22 22 Tipos de Sistemas Operacionais Sistemas Operacionais Sistemas Multiprogramáveis Sistemas Monoprogramáveis Sistemas com Múltiplos Processadores

23 23 Tipos de Sistemas Operacionais Sistemas com Múltiplos Processadores Caracterizam-se por possuir duas ou mais CPU´s interligadas, trabalhando em conjunto Um fator importante nesses sistemas é a forma de comunicação entre as UCP´s e o grau de compartilhamento da memória

24 24 Tipos de Sistemas Operacionais Multicomputadores (memória local privada) Multiprocessadores (memória compartilhada) Sistemas com Múltiplos Processadores Sistemas Simétricos Sistemas Assimétricos S. O. de Rede S. O. Distribuído

25 25 Conceitos Básicos de SO Esse conjunto de rotinas é chamado de núcleo do sistema ou kernel O SO é formado por um conjunto de rotinas (procedimentos) que oferecem serviços aos usuários do sistema e suas aplicações, bem como a outras rotinas do próprio sistema

26 26 Conceitos Básicos de S.O. As principais funções do núcleo são: – tratamento de interrupções – criação e eliminação de processos – sincronização e comunicação entre processos – gerência de memória – gerência do sistema de arquivos – gerência de E/S

27 27 Conceitos Básicos de S.O. Solicitação de serviços ao SO – Chamadas ao sistema Chamadas ao sistema são a porta de entrada para ter acesso ao núcleo do sistema operacional Aplicação Chamadas ao Sistema Núcleo Hardware

28 28 Conceitos Básicos de S.O. Chamadas procedimentos de biblioteca que o programa pode chamar – Transferência de controle para o SO através de um trap – Alternância para o modo supervisor – SO checa parâmetros para identificar o serviço requisitado – SO executa procedimento para atender a solicitação – SO informa resultado da operação realizada, devolvendo o controle ao programa do usuário

29 29 Exemplo de uma Chamada ao Sistema cont=read(arq,buffer, nbytes) Despache Espaço do núcleo (Sistema Operacional) Espaço do usuário Memória principal TRAP Tratador da chamada ao sistema read da biblioteca

30 30 Conceitos Básicos de S.O. As chamadas ao sistema podem ser divididas em grupos de função: Gerência de processos – fork, kill, CreateProcess Gerência de arquivos – open, read, write, close, mkdir, chmod, CreateFile

31 31 Estrutura de Sistema Operacionais Estrutura do SO: É a maneira como o código do sistema é organizado e como seus diversos componentes estão inter-relacionados Existem basicamente quatro abordagens: – Sistemas Monolíticos – Sistemas em Camada – Máquinas Virtuais – Sistemas Cliente-Servidor

32 32 Sistemas Monolíticos – Não há estruturação visível – SO é escrito como um conjunto de procedimentos, cada um dos quais podendo chamar qualquer dos demais sempre que necessário – Cada procedimento é visível a todos os outros Estrutura de Sistema Operacionais

33 33 Sistemas em Camadas – Hierarquia de camadas – A camada superior usa serviços da camada inferior – A maioria dos SO modernos é baseada nesta estrutura: UNIX, OS/2, MS-Windows, entre outros Estrutura de Sistema Operacionais

34 34 SO em Camadas Programas de Usuário Comunicação operador- processo Gerência de memória Alocação do processador e implementação da multiprogramação Gerência dos Dispositivos de Entrada/Saída Camada 4 Camada 3 Camada 2 Camada 1 Camada 0 Responsável pela alocação de espaço Administra a comunicação entre cada processo Administrar os dispositivos de E/S

35 35 Máquinas Virtuais – Várias cópias de um único hardware – Requisições feitas à máquina virtual são mapeadas para o hardware real Estrutura de Sistema Operacionais Hardware SO1 Monitor de máquina virtual SO1SO2 Cópias Virtuais

36 36 Sistemas Cliente-Servidor – A tendência é tornar o núcleo do sistema operacional o menor e mais simples possível – Serviços do SO são implementados como processos de usuário – Sempre que uma aplicação deseja algum serviço ela solicita ao processo responsável – A aplicação que solicita o serviço é chamada de cliente, enquanto o processo que responde à aplicação é chamado de servidor Estrutura de Sistema Operacionais

37 37 Estrutura de Sistemas Operacionais Sistemas Cliente-Servidor – Função do núcleo: tratar da comunicação entre clientes e servidores Apenas o núcleo executa no modo supervisor – Adaptabilidade ao uso em sistemas distribuídos

38 38 SO Cliente Servidor Servidor de arquivo Núcleo Hardware Servidor de processo Servidor de memória Servidor de rede cliente Modo usuário Modo Kernel


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