SSC SISTEMAS OPERACIONAIS I

SSC 140 - SISTEMAS OPERACIONAIS I
Universidade de São Paulo Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação Departamento de Sistemas de Computação SSC SISTEMAS OPERACIONAIS I Turmas A e B Aula 3 – Introdução Profa. Sarita Mazzini Bruschi Regina Helena Carlucci Santana Marcos José Santana Slides adaptados de Luciana A. F. Martimiano baseados nos livros Sistemas Operacionais Modernos de A. Tanenbaum e Arquitetura de Sistemas Operacionais de Machado e Maia

Roteiro System Calls Estrutura de Sistemas Operacionais
Por que é necessário um sistema operacional O que é um Sistema Operacional Histórico Conceitos Básicos Processo; Memória; Chamadas de Sistema; System Calls Estrutura de Sistemas Operacionais

Interfaces de um Sistema Operacional
Usuário – SO: Shell ou Interpretador de comandos Programas – SO: Chamadas ao Sistema

Conceitos Básicos Chamadas de Sistema
Modos de Acesso: Modo usuário; Modo kernel ou Supervisor ou Núcleo; São determinados por um conjunto de bits localizados no registrador de status do processador: PSW (program status word); Por meio desse registrador, o hardware verifica se a instrução pode ou não ser executada pela aplicação; Protege o próprio kernel do Sistema Operacional na RAM contra acessos indevidos;

Modo usuário: Aplicações não têm acesso direto aos recursos da máquina, ou seja, ao hardware; Quando o processador trabalha no modo usuário, a aplicação só pode executar instruções sem privilégios, com um acesso reduzido de instruções; Por que? Para garantir a segurança e a integridade do sistema;

Modo Kernel: Aplicações têm acesso direto aos recursos da máquina, ou seja, ao hardware; Operações com privilégios; Quando o processador trabalha no modo kernel, a aplicação tem acesso ao conjunto total de instruções; Apenas o SO tem acesso às instruções privilegiadas;

Se uma aplicação precisa realizar alguma instrução privilegiada, ela realiza uma chamada de sistema (system call), que altera do modo usuário para o modo kernel; Chamadas de sistemas são a porta de entrada para o modo Kernel; São a interface entre os programas do usuário no modo usuário e o Sistema Operacional no modo kernel; As chamadas diferem de SO para SO, no entanto, os conceitos relacionados às chamadas são similares independentemente do SO;

TRAP: instrução que permite o acesso ao modo kernel; Exemplo: Instrução do UNIX: count = read(fd,buffer,nbytes); Arquivo a ser lido Bytes a serem lidos Ponteiro para o Buffer O programa sempre deve checar o retorno da chamada de sistema para saber se algum erro ocorreu!!!

Chamadas de Sistema Retorno Colocar o código para read no registrador
Endereço 0xFFFFFFFFF Retorno Colocar o código para read no registrador TRAP Biblioteca do Procedimento READ 5 10 4 Espaço do Usuário 11 Empilha nbytes Incrementa SP Comando read Empilha fd Empilha &buffer 3 Chamada ao Procedimento READ 2 1 6 9 Tabela de ponteiros para Chamadas Kernel SO 7 8 Dispatch Manipulador de Chamadas Endereço 0

Exemplos de chamadas de sistema: Chamadas para gerenciamento de processos: Fork (CreateProcess – WIN32) – cria um processo; Chamadas para gerenciamento de diretórios: Mount – monta um diretório; Chamadas para gerenciamento de arquivos: Close (CloseHandle – WIN32) – fechar um arquivo; Outros tipos de chamadas: Chmod: modifica permissões;

Estrutura dos Sistemas Operacionais
Principais tipos de estruturas: Monolíticos; Em camadas; Máquinas Virtuais; Arquitetura Micro-kernel; Cliente-Servidor;

Estrutura dos Sistemas Operacionais - Monolítico
Todos os módulos do sistema são compilados individualmente e depois ligados uns aos outros em um único arquivo-objeto; O Sistema Operacional é um conjunto de processos que podem interagir entre si a qualquer momento sempre que necessário; Cada processo possui uma interface bem definida com relação aos parâmetros e resultados para facilitar a comunicação com os outros processos; Simples; Primeiros sistemas UNIX e MS-DOS;

Os serviços (chamadas) requisitados ao sistema são realizados por meio da colocação de parâmetros em registradores ou pilhas de serviços seguida da execução de uma instrução chamada TRAP;

Implementação de uma Chamada de Sistema Procedimentos de Serviço Programa de usuário 2 Programa de usuário 1 Chamada ao sistema (kernel) Memória Principal 1 2 TRAP 3 Tabela de Escalonamento 4 Serviços Programas de usuário rodam em modo usuário SO indexa em uma tabela um ponteiro para o processo responsável pela execução a chamada é concluída e o controle volta ao programa do usuário Rotinas do SO rodam em modo kernel chaveamento da máquina do modo usuário para o modo kernel e transferência do controle para o Sistema Operacional Sistema Operacional examina os parâmetros da chamada para determinar qual procedimento deve ser executado

Estrutura dos Sistemas Operacionais – Em camadas
Possui uma hierarquia de níveis; Primeiro sistema em camadas: THE (idealizado por E.W. Dijkstra); Possuía 6 camadas, cada qual com uma função diferente; Sistema em batch simples; Vantagem: isolar as funções do sistema operacional, facilitando manutenção e depuração Desvantagem: cada nova camada implica uma mudança no modo de acesso Atualmente: modelo de 2 camadas

Nível 1 Nível 2 Nível 3 Nível 4 Nível 5 Nível 0 Fornecimento de Serviços

Nível 1 Nível 2 Nível 3 Nível 4 Nível 5 Nível 0 Alocação do processador; Chaveamento entre os processos em execução – multiprogramação;

Gerenciamento da memória; Alocação de espaço para processos na memória e no disco: Processo dividido em partes (páginas) para ficarem no disco; Nível 1 Nível 2 Nível 3 Nível 4 Nível 5 Nível 0

Nível 1 Nível 2 Nível 3 Nível 4 Nível 5 Nível 0 Comunicação entre os processos;

Nível 1 Nível 2 Nível 3 Nível 4 Nível 5 Nível 0 Gerenciamento dos dispositivos de entrada/saída – armazenamento de informações de/para tais dispositivos;

Nível 1 Nível 2 Nível 3 Nível 4 Nível 5 Nível 0 Programas dos usuários; Alto nível de abstração;

Nível 1 Nível 2 Nível 3 Nível 4 Nível 5 Nível 0 Processo do operador do sistema;

Estrutura dos Sistemas Operacionais – Máquina Virtual
Idéia em 1960 com a IBM  VM/370; Modelo de máquina virtual cria um nível intermediário entre o SO e o Hardware; Esse nível cria diversas máquinas virtuais independentes e isoladas, onde cada máquina oferece um cópia virtual do hardware, incluindo modos de acesso, interrupções, dispositivos de E/S, etc.; Cada máquina virtual pode ter seu próprio SO;

Evolução do OS/360 para o TSS/360: Compartilhamento de tempo (TimeSharing); Tanto a multiprogramação quanto a interface com o hardware eram realizadas pelo mesmo processo – sobrecarga gerando alto custo; Surge o CP/CMS  VM/370 (Mainframes IBM) Duas funções distintas em processos distintos: Ambiente para multiprogramação; Máquina estendida com interface para o hardware;

Principais conceitos: Monitor da Máquina Virtual (VMM): roda sobre o hardware e implementa multiprogramação fornecendo várias máquinas virtuais  é o coração do sistema; CMS (Conversational Monitor System): TimeSharing; Executa chamadas ao Sistema Operacional; Máquinas virtuais são cópias do hardware, incluindo os modos kernel e usuário; Cada máquina pode rodar um Sistema Operacional diferente;

Hardware (VMM) VM/370 CMS Cópias virtuais do 370s TRAP Chamadas ao sistema TimeSharing; Chamadas ao Sistema Instruções de E/S Monitor da Máquina Virtual roda sobre o hardware e implementa multiprogramação Cada máquina pode rodar um Sistema Operacional diferente

Atualmente, a idéia de máquina virtual é utilizada em contextos diferentes: Programas MS-DOS: rodam em computadores 32bits; As chamadas feitas pelo MS-DOS ao Sistema Operacional são realizadas e monitoradas pelo monitor da máquina virtual (VMM); Virtual 8086; Programas JAVA (Máquina Virtual Java-JVM): o compilador Java produz código para a JVM (bytecode). Esse código é executado pelo interpretador Java: Programas Java rodam em qualquer plataforma, independentemente do Sistema Operacional;

Vantagens Flexibilidade; Desvantagem: Simular diversas máquinas virtuais não é uma tarefa simples  sobrecarga;

Estrutura dos Sistemas Operacionais – Baseados em Kernel (núcleo)
Kernel é o núcleo do Sistema Operacional Provê um conjunto de funcionalidades e serviços que suportam várias outras funcionalidades do SO O restante do SO é organizado em um conjunto de rotinas não-kernel Interface com usuário Rotinas não kernel Kernel Hardware

Estrutura dos Sistemas Operacionais – Micro-Kernel

Estrutura dos Sistemas Operacionais – Cliente/Servidor
Reduzir o Sistema Operacional a um nível mais simples: Kernel: implementa a comunicação entre processos clientes e processos servidores  Núcleo mínimo; Maior parte do Sistema Operacional está implementado como processos de usuários (nível mais alto de abstração); Sistemas Operacionais Modernos;

processo cliente servidor processos terminal arquivos Núcleo (kernel) Cada processo servidor trata de uma tarefa

Os processos servidores não têm acesso direto ao hardware. Assim, se algum problema ocorrer com algum desses servidores, o hardware não é afetado; processo processo servidor servidor servidor cliente cliente processos terminal arquivos Núcleo (kernel)

processo processo servidor servidor servidor cliente cliente processos terminal arquivos Núcleo (kernel) O mesmo não se aplica aos serviços que controlam os dispositivos de E/S, pois essa é uma tarefa difícil de ser realizada no modo usuário devido à limitação de endereçamento. Sendo assim, essa tarefa ainda é feita no kernel.

Adaptável para Sistemas Distribuídos; Cliente Kernel Servidor Rede de Comunicação Mensagem Cliente Servidor 1 2 3 4 Máquina

Tarefa para casa..... Ler capítulo 1 do Tanenbaum
Resolver os exercícios ímpares Estudar chamadas ao sistema (Linux) e começar a pensar em como implementar um programa que utilize algumas delas....

SSC SISTEMAS OPERACIONAIS I

Apresentações semelhantes

Apresentação em tema: "SSC SISTEMAS OPERACIONAIS I"— Transcrição da apresentação:

Apresentações semelhantes

Sobre projeto

Feedback

Login

Autorizar-se através da rede social:

SSC SISTEMAS OPERACIONAIS I

Apresentações semelhantes

Apresentação em tema: "SSC SISTEMAS OPERACIONAIS I"— Transcrição da apresentação:

Apresentações semelhantes

Sobre projeto

Feedback