Sistema Operacional.

Apresentação em tema: "Sistema Operacional."— Transcrição da apresentação:

1 Sistema Operacional

2 Facol Faculdade Escritor Osman da Costa Lins Sistemas de Informação – 5º Período Sistemas Operacionais – Hugo Souza Alunos : Gleybson Farias Fabio Lopes

3 Sumario Histórico Hierarquia/Arquitetura e Organização do Sistema Processamento Memoria Arquivos E/S Segurança Benefícios, Limitações e conclusões da equipe sobre o S.O

4 Introdução Desde a sua criação, em 2005, o SO Android tem se expandido como Sistema Operacional dos Smartphones. São várias a versões oficiais lançadas, sendo a mais nova versão 4.2 (jellybean). Neste estudo, iremos falar sobre as características de funcionamento deste sistema, sobre as formas em que este sistema operacional utiliza para gerenciar memória, processos, segurança, e entre outros aspectos importantes, a gerência de energia, visto se tratar de dispositivos com armazenamento de energia limitado se comparado a computadores pessoais.

5 Histórico

6 Histórico Em agosto de 2005, a Google compra a Android.Inc, uma pequena empresa em Palo Alto, California, USA, que contava com Andy Rubin como Co-fundador, que era uma empresa que estava desenvolvendo um sistema operacional para celulares. Em 05 de novembro de 2007, é criada OHA - Open Handset Alliance, uma aliança liderada pela Google, que teve de início 35 empresas, entre elas fabricantes de celulares, operadoras telecomunicações, fabricantes de chips e desenvolvedores de software. A partir de então, foi anunciado o Sistema Operacional Android 1.0, e o codigo fonte liberado, sendo de Licença Apache 2.0. Licença de software livre e código aberto, mas que permite que alterações feitas no código fonte não sejam obrigatoriamente compartilhadas.

7 Histórico – Primeiro Dispositivo com SO Android
O primeiro dispositivo com o SO Android foi lançado em 22 de outubro de 2008, era o HTC G-1, T-Mobile, tinha um processador de 528MHz, 192MB de RAM, tela de 3,2 “ e 320 × 480 pixels, câmera de 3.2 mega pixels, teclado QWERTY completo de 5 linhas, trackball, Bluetooth 2.0, Wi-Fi b/g, GPS, tinha 117,7 x 55,7 x 17,1 milímetros e pesava 158 gramas.

8 Empresas componentes da OHA

9 Versões do SO Android

10 Hierarquia/Arquitetura e Organização do Sistema

11 A arquitetura do SO possui basicamente as seguintes camadas:
Hierarquia/Arquitetura e Organização do Sistema O Android é um sistema operacional baseado no kernel do Linux (não igual), tendo uma máquina virtual Java rodando sobre o kernel do Linux, dando suporte para o desenvolvimento de aplicações Java através de um conjunto de bibliotecas e serviços. A arquitetura do SO possui basicamente as seguintes camadas: Aplicação; Framework de Aplicações; Bibliotecas e serviços; Android Runtime; Kernel Linux. Muitas características presentes no Android, tais como gráficos 3D e suporte a banco de dados nativo, também estão disponíveis em outras plataformas móveis. Porém, apenas no Android há um componente que permite exibir e manipular um mapa do Google Maps, serviço de mapas do Google, dentro de uma aplicação”. Somente no Android todos os aplicativos são criados igualmente. Ou seja, nele não há distinção entre aplicativos que são nativos e os demais. Isso possibilita uma grande customização do sistema operacional, permitindo a substituição completa de aplicativos nativos por outros, criados por terceiros. Além disto, todos os aplicativos têm acesso as mesmas funcionalidades.

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13 Arquitetura e Organização do Sistema - Camadas
Aplicações: A camada de aplicativos é a que está no topo da pirâmide da arquitetura do sistema operacional Android, composta pelo conjunto de aplicações nativas do mesmo, bem como aplicações que venham a ser instaladas. Dentre estes pode–se citar: cliente de , despertador, calendário, jogos, mapas, browser e internet, etc.

14 Arquitetura e Organização do Sistema - Camadas
Framework: A camada de framework nativo disponibiliza aos desenvolvedores as mesmas Applications Programming Interface (APIs) – Interface de Programação de Aplicativos utilizadas para a criação de aplicações originais do sistema operacional Android. Este framework permite que o programador tenha o mesmo acesso ao sistema que os aplicativos da camada de aplicativos possuem. Este framework foi criado para abstrair a complexidade e simplificar o reutilização de procedimentos. Essa camada funciona como um link com a camada de bibliotecas do sistema operacional que serão acessadas através de APIs contidas no framework. ActivityManager – Gerenciados das activities WindowManager – Gerenciador de janelas Content Providers – Gerencia acesso a dados de aplicações View System – Contém os componentes gráficos de interface PackageManager – Contém informações relacionadas com os pacotes de aplicativos que estão atualmente instalados no dispositivo TelephonyManager - Fornece acesso a informações sobre os serviços de telefonia no dispositivo Resource Manager - Classe para acessar recursos de um aplicativo LocationManager - fornece acesso aos serviços de localização do sistema NotificationManager - Classe para notificar o usuário sobre eventos que acontecem

15 Arquitetura e Organização do Sistema - Camadas
Bibliotecas e serviços: Essas bibliotecas são responsáveis por fornecer funcionalidades para manipular o áudio, vídeo, gráficos, banco de dados e browser. Algumas bibliotecas são a Bionic, a OpenGL/ES para trabalhar com interface gráfica, e a SQLite para trabalhar com banco de dados. Aqui também estão os serviços usados em camadas superiores, como máquina virtual Java Dalvik. (trataremos mais desse assunto mais a frente). A maior parte destas bibliotecas e serviços estão desenvolvidos em C e C++; System C library - uma implementação BSD derivada da biblioteca C padrão (libc), sintonizado para dispositivos baseados em Linux embutido Media Libraries - Bibliotecas de apoio à reprodução e gravação de muitos formatos populares de áudio e vídeo, bem como arquivos de imagem estática, incluindo MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG e PNG Surface Manager - gerencia o acesso ao subsistema de exibição de composição 2D e gráficos 3D a partir de camadas múltiplas de aplicações WebKit - um moderno motor de navegador web embutido SGL - o motor de gráficos 2D subjacente OpenGL ES - as bibliotecas usar aceleração de hardware 3D (quando disponível) ou o incluído, altamente otimizado rasterizer software 3D FreeType - bitmap e vetor de renderização de fontes SQLite - um motor de banco de dados relacional poderoso e leve, disponível para todas as aplicações

16 Arquitetura e Organização do Sistema - Camadas
O Android Runtime: Permite que cada thread rode sua própria instância da MV (máquina virtual). Embora no desenvolvimento de aplicativos seja utilizada a linguagem Java, as aplicações não são executadas em uma máquina virtual Java tradicional, e sim em outra chama de Dalvik. Essa máquina virtual é otimizada especialmente para dispositivos móveis. A plataforma Google Android permite o desenvolvimento de aplicativos na linguagem Java. Essa máquina virtual foi construída pelos engenheiros da Google, para obter um consumo mínimo de memória e isolamento de processos. Ela permite que as aplicações escritas em linguagem Java sejam executadas normalmente

17 Dalvik Virtual Machine
As aplicacões da plataforma Android rodam em instâncias da maquina virtual Dalvik. Ela foi projetada para rodar em sistemas com baixa frequência de CPU, pouca memória RAM disponível e SO sem espaço de swap. Outra característica dessa máquina virtual e capacidade de serem rodadas diversas instâncias ao mesmo tempo, deixando a cargo do Sistema Operacional o gerenciamento de memória, isolamento de processos e suporte a threads. A Dalvik não e uma maquina virtual Java, pois ela utiliza seu próprio bytecode, no formato .dex, ao inves do bytecode próprio do Java. O Android Software Development Kit contem uma ferramenta, chamada dx, que transforma arquivos .class de Java para o formato de bytecode da Dalvik. Isso permite que a plataforma venha a suportar outras linguagens assim que surgirem ferramentas para conversão para o formato .dex. Na inicialização do sistema, é criado um processo para a máquina virtual denominado Zygote. A partir desse processo, outras máquinas são instanciadas com fork() quando necessárias para rodas outras aplicações. No Zygote, ficam as bibliotecas compartilhadas em modo somente leitura, e todos os processos de aplicações tem partes de sua memória mapeadas nesta região do Zygote. Os processos do Android tem, além de suas pilhas, coletores de lixo separados. Eles devem ser independentes, porem devem também respeitar o compartilhamento. desde a versão 2.2 (Froyo), o Android possui uma implementação de Just–in–time (JIT), que compila dexcodes para a arquitetura–alvo em tempo de execução, tornando a execução dos processos consideravelmente mais rápidas, já que não precisa ficar interpretando dexcodes.

18 Arquitetura e Organização do Sistema - Camadas
Kernel: A camada do kernel é baseada no Kernel do sistema operacional Linux versão 2.6. Esta camada atua também como responsável pela abstração entre o hardware e os aplicativos e é responsável pelos serviços principais do sistema operacional Android, como o gerenciamento de memória e de processos. Várias funções do kernel são utilizadas diretamente pelo Android, mas muitas modificações foram feitas para otimizar memória e tempo de processamento das aplicações. Essas modificações incluem novos dispositivos de drivers, adições no sistema de gerenciamento de energia e um sistema que possibilita terminar processos de maneira criteriosa quando há pouca memória disponível. O Linux 2.6 foi escolhido por já conter uma grande quantidade de drivers de dispositivos sólidos e por ter um bom gerenciamento de memória e processos.

19 Gerência de Processos

20 Processamento Processo de Boot - O kernel do Linux executa o processo “init”, que inicia as configurações básicas do sistema operacional Android e inicia outros processos e serviços, incluindo o zygote, que é responsável por inicializar a MV Dalvik e todos os processos e serviços Java. Assim como no Linux, para se iniciar algum processo, é executada a chamada Fork(). O processo zygote carrega as classes Java do núcleo, e executa os passos iniciais de processamento. Essas classes Java podem ser reutilizadas por outros aplicativos do Android e, portanto, nesta etapa, acelera o processo de inicialização global. Após o processo de carregamento inicial, o zygote aguarda novas solicitações, ficando por enquanto, ocioso.

21 Processamento • Console: Inicia o shell ash ;
O processo de inicialização acessa o arquivos init.rc e init.device.rc (init.device.rc é específico do dispositivo. É no “init.rc” que esta configurada boa parte do restante da inicialização do sistema, incluindo a execução dos serviços básicos do Android, dentre eles: • Console: Inicia o shell ash ; • ServiceManager: Inicia o binder (responsável pela comunicação entre os processos); • Vold: Volume daemon — controla a montagem de volumes de mídia no sistema de arquivos; • Adbd: Android debugger bridge daemon — servidor para comunicação com o cliente adb; • Media: Inicia os servidores multimídia (áudio, vídeo, etc); •Bootsound: Executa um arquivo de áudio no boot, lendo um arquivo em “/system/media/audio/ui/boot.mp3”; • Installd: Servidor de instalação de pacotes/aplicações” *.apk. Depois de interpretar este arquivo, o “init” entra em um loop infinito monitorando a ocorrência de eventos e a execução de processos. Ao executar uma aplicação, o processo “zygote” cria uma instância da MV Dalvik para executá-la, e cada aplicação roda com um user ID diferente, ou seja, cada aplicação tem o seu ID de usuário diferente. “O processo “init” é o pai de todos os processos que rodam em modo usuário, como o O processo “kthreadd” é o pai de todas as threads do kernel 3. O processo “zygote” é o pai de todas as aplicações rodando no Android

22 Processamento – O zygote
O “zygote” é o pai dos processos Java. Todos os aplicativos desenvolvidos em Java é criado por este processo, que instancia uma MV Dalvik para executar um processo ou serviço Java. O “zygote” tem basicamente dois objetivos principais: Prover uma infraestrutura para a execução de aplicações Java. 2. Iniciar o System Server, que gerencia a base dos serviços do sistema operacional Android Primeiramente, inicia a máquina virtual Dalvik. Em seguida, executa um servidor que abre um socket que aguarda requisições para execução de aplicações Java. Qualquer requisição de execução de aplicações Java passa por esse servidor, que faz um fork para executar a aplicação em uma outra instância da máquina virtual.

23 Processamento Assim como em Sistemas Unix, os processos possuem PCB (Bloco de Controle de Processos), contendo entre várias informações, o estado do processo.

24 Processamento – Prioridade de Processos
No Android todos os processos são mantidos na memória até que haja a necessidade de recursos para outros processos. A ordem na qual os processos são finalizados para liberação de recursos está associada ao nível de prioridade da aplicação do mesmo. A prioridade de uma aplicação é igual a de seu componente de maior prioridade. Active Processes: São processos em interação com usuário (foreground). São os processos mantidos a todo custo pelo gerenciador; Visible Processes: São processos que estão visíveis, mas não estão interagindo com o usuário. Estes processos somente são terminados em casos de extrema necessidade, para que um processo ativo continue executando; Started Service Processes: São processos hospedando serviços que foram iniciados e não possuem interface visível. Como não interagem diretamente com o usuário possuem um nível de prioridade inferior ao de processos visíveis; Background Processes: São processos de atividades que não estão visíveis e não possuem serviços iniciados. Estes processos são finalizados utilizando-se o padrão Last–Seen–First– Killed; Empty Processes: São processos já finalizados, que são mantidos na memória pelo sistema operacional, para acelerar o start–up do mesmo e melhorar a performance do sistema. Estes processos são frequentemente finalizados para serem finalizados e cederem recursos aos processos em execução.

25 Processamento – Política de Escalonamento de Processos
Assim como no Linux, o sistema operacional Android divide os seus processos em três grandes classe: processos interativos, processos em Lote e processos em tempo real. O escalonador do Android não distingue processos interativos de processos batch, diferenciando-os apenas dos processos em tempo real. Android é baseado em time-sharing, ou seja, o tempo do processador é dividido em fatias de tempo, fatias essas denominadas de quantum, as quais são alocadas aos processos. Se, durante a execução de um processo, o quantum é esgotado, um novo processo é selecionado para execução, provocando então uma troca de contexto. Esse procedimento é completamente transparente ao processo e baseia-se em interrupções de tempo. Esse comportamento confere ao Android um escalonamento do tipo preemptivo

26 Processamento – IPC (Inter-process communication)
O kernel utilizado pelo Android também introduz o Binder, um novo mecanismo para a comunicação entre processos (IPC - Inter-process communication) e chamada remota de métodos, que permite que um processo possa chamar uma rotina em outro processo, e que é responsável pela identificação do método a ser invocado e da passagem dos argumentos entre os processos. Toda comunicação entre processos no Android passa pelo binder

27 Processamento – Módulo Wakelocks
O módulo Wakelocks foi mais uma alteração referente ao Kernel do Linux. Se um dispositivo Android ficar um tempo sem ser usado, entrará em modo de baixo consumo para garantir economia de bateria, visto que a energia em dispositivos móveis é um recurso escasso, diferente de um computador pessoal que é o principal alvo do sistema Linux. O módulo de wakelock permite que as aplicações desabilitem o mecanismo de baixo consumo.

28 Gerência de Memória

29 Memória Referente à gerência de memória, o Android introduz um mecanismo (OOM – Out-of- Memory Handler) para terminar processos quando na falta de memória. o Kernel do Android possui algumas modificações em relação ao Kernel do Linux. Entre elas, citamos: Ashmem - É um novo mecanismo de compartilhamento de memória, onde dois ou mais processos podem comunicarem-se através de uma região compartilhada de memória. Pmem – Utilizado para o gerenciamento de grandes regiões contíguas de memória física compartilhadas entre o espaço dos usuários e drivers de Kernel.

30 Memória O SO Android também se utiliza do conceito de memória virtual, bem como do conceito de Swap. O gerenciamento de memória em baixo nível do Android é feito pelo Linux Kernel 2.6. A descrição da memória virtual é feita portanto no Linux através de segmentação e paginação.

31 Memória - Segmentação A segmentação divide a memória em 2 espaços distintos, o espaço do kernel (Kernel Space) e o espaço do usuário (User Space). Dentro destes espaços temos os 4 segmentos básicos: • Kernel Code. • Kernel Data/Stack. • User Code. • User Data/Stack. Desta forma podemos garantir a proteção da memória, evitando o acesso de memória entre usuários. Garantindo principalmente que processos em modo kernel não se misturem com processos em modo usuário e que a pilha de dados não cresça indiscriminadamente.

32 Memória - Paginação onde a memória é dividida em pedaços de tamanho fixo (páginas), e segmentos de código são alocados nestes e mapeados utilizando-se uma tabela de páginas, ao invés de alocação de todo código de uma única vez. Quando a memória já preencheu todas as páginas possíveis é necessário realizar a substituição de páginas quando o processo em execução requisita que uma nova página seja alocada. O algoritmo utilizado para esta substituição de páginas é o Least Recentment Used (LRU). O LRU remove da memória a página que não foi utilizada por mais tempo. Isso baseia-se na suposição de que páginas que não foram recentemente utilizadas também não o serão nas próximas instruções, enquanto páginas bastante utilizadas agora tendem a ser bastante utilizadas na instruções seguintes.

33 Sistema de Arquivos

34 Sistema de Arquivos O sistema de arquivos utilizado pelo Android até a versão 2.2 (Froyo) é o YAFFS2 (Yet Another Flash File System, 2nd edition). YAFFS é o primeiro sistema de arquivos que foi projetado especificamente para Memória flash NAND. Na maioria dos sistemas de arquivos flash, os blocos obsoletos são marcados como tais, mas o YAFFS2 marca também os blocos com números de sequência que aumentam de forma uniforme. Quando o sistema de arquivos é escaneado no momento da montagem, os inodes válidos podem ser rapidamente identificados. O YAFFS também mantém árvores em RAM para representar a estrutura de blocos do dispositivo flash, inclusive a montagem rápida por meio de verificação de pontos —um processo que salva a estrutura em árvore RAM no dispositivo flash em uma desmontagem normal para que ele possa ser rapidamente lido e restaurado na RAM no momento da montagem. O desempenho no momento da montagem é uma grande vantagem do YAFFS2 sobre outros sistemas de arquivos flash.

35 Sistema de Arquivos A partir da versão 2.3 (gingerbread), o sistema de arquivos passou a ser ext4, que é uma evolução do sistema ext3. Os diferenciais do ext4 referente ao ext3 é a melhora da performance, limites de armazenamentos e recursos do sistema de arquivos corrente, com ou sem a “reformatação” e/ou reinstalação do SO e softwares “environment”.

36 Sistema de Arquivos Diferente dos sistemas desktop, no Android, apenas o aplicativo pode acessar seu próprio diretório e criar subdiretórios com permissões para que outras aplicações o acessem. No android, o acesso ao sistema de arquivos é feito através das classes java.oi.

37 E/S I/O

38 E/S O gerenciamento de entrada e saída no Android é implementado através doe devices drivers, um device para cada dispositivo. Todas as operações de entrada e saída são efetuadas como uma sequência de bytes, não existindo o conceito de registro ou métodos de acesso Com isso, as chamadas de sistema podem manipular qualquer tipo de dispositivo de maneira uniforme.

39 E/S Em relação à entrada e saída de dados, o Kernel do Android inseriu o Timed GPIO. É o que possibilita acionar saídas de Input/Output (I/O)–Entrada e Saída de forma temporizada. Está implementado em ‘drives/misc/timed_gpio.c’’.

40 Segurança

41 Segurança O kernel Linux providencia ao Android um conjunto de aspetos chave no seu modelo de segurança: Um modelo de permissões baseado no utilizador - cada entidade no sistema de ficheiros tem um dono e está atribuído a um grupo. Um utilizador com permissões para tal pode modificar as permissões de leitura, escrita e execução de uma entidade para o seu dono, para o grupo e para os restantes utilizadores. Existe ainda um utilizador especial (superuser) que pode violar estas permissões, tendo acesso completo ao sistema de ficheiros. Isolamento de processos - Um processo em Linux funciona como uma máquina virtual: tem um espaço de endereçamento próprio, um repertório de instruções e um estado interno (i.e. estado do processador, recursos externos, etc).

42 Segurança Um mecanismo de comunicação interprocesso segura extensível – Um processo apenas pode comunica com outros através de um conjunto de mecanismos bem definidos (que vão desde a aproximação naive de escrita de informação num ficheiro em disco até à utilização de pipes ou memória partilhada). A hipótese de remover partes desnecessárias ou potencialmente inseguras do kernel.

43 Segurança – SandBox de Aplicações
A plataforma Android aproveita a gestão de utilizadores providenciada pelo kernel Linux para atacar o problema do isolamento de aplicações. O Android atribui um identificador de utilizador (UID) a cada aplicação na altura da sua instalação, não partilhado por qualquer outra aplicação por defeito. Quando uma aplicação é iniciada, é executada no contexto desse utilizador num processo separado. Esta aproximação diverge de outros sistemas operativos (incluindo o próprio Linux), em que várias aplicações correm sob o mesmo utilizador. A estratégia aplicada pelo Android assegura o isolamento das várias aplicações do sistema ao nível do kernel, utilizando para isso facilidades existentes no Linux. Uma aplicação não será autorizada, por exemplo, a aceder ao sistema de ficheiros completo, dado que cada aplicação possui uma diretoria de dados própria, cujo owner é o utilizador atribuído à própria aplicação. Isto abrange o acesso a alguns dispositivos e dados chave do telefone (e.g. uma aplicação não pode fazer chamadas ou alterar as definições do telefone, dado que estas funções são efetuadas por aplicações separadas).

44 Benefícios e Limitações sobre o Android

45 Sistema de código aberto e gratuito;
Benefícios Sistema de código aberto e gratuito; Milhares de aplicações disponíveis no Google Play; Vários grupos que desenvolvem Roms personalizadas do sistema; Os dados são sincronizados com todos os serviços da Google; Facilidade de programar pala esta plataforma; Interface gráfica agradável.

46 Pouca duração da bateria de aparelhos com este sistema;
Limitações Pouca duração da bateria de aparelhos com este sistema; Alguns aplicativos tem incompatibilidades para certas versões do Android; Muitos Aplicativos maliciosos presentes no Google Play;

47 Conclusão É um sistema otimizado para mobiles, mas tem boa performance. Relativamente seguro, com uma estrutura bem detalhada, bem como um stack de aplicações nativas que o torna atraente. Tem um gerenciamento de memória e processos que priorizam economia de energia, sem abrir mão de desempenho. Por utilizar linguagem java para se programar, torna mais fácil desenvolver para este sistema.

48 Referências Bibliográficas
Ibm.com - Anatomia dos Sistemas de Arquivos Flash do Linux Acessado em ; developer.android.com – Arquitetura Google Android. Sistemas operacionais – Conceitos e Aplicações. Silberschatz, Galvin & Gane. Editora Campus, 2001. Sistemas Operacionais Modernos, 3a edição. Andrew Tanenbaum. Editora Pearson, 2009. Analysis of the Android Architecture - Stefan Brahler – 2010, disponível em Sistema Operacional Android - Rafael Caveari Gomes, Jean Alves R. Fernandes & Vinicius Corrêa Ferreira, Disponível em UPV - HDI ANDROID - Herraiz Antón, Gabriel Disponível em ; An Introduction to Android - Huang Xuguang Disponível em Mobile Devices - An Introduction to the Android Operating Environment Design, Architecture, and Performance Implications - Dominique A. Heger Disponível em Introdução a Arquitetura Android - Maycon Viana Bordin. Disponível em Segurança no Android - Daniel Cibrão & Rui Gonçalves Disponível em Android – Flávia Lacerda, Glayston Castro, Raphael Turquette, Vivianne Rezende, Disponível no site