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Introdução aos Sistemas Operacionais Luiz A M Palazzo Abril de 2010 UCPEL/CPOLI/BCC Introdução à Ciência da Computação.

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1 Introdução aos Sistemas Operacionais Luiz A M Palazzo Abril de 2010 UCPEL/CPOLI/BCC Introdução à Ciência da Computação

2 Sistema operacional Camada de software entre o hardware e as aplicações dos usuáriosCamada de software entre o hardware e as aplicações dos usuários Hardware Sistema Operacional AplicaçãoAplicaçãoAplicação usuários 2 Introdução aos Sistemas Operacionais

3 Funções do sistema operacional A partir da máquina real (hardware), criar uma máquina estendida.A partir da máquina real (hardware), criar uma máquina estendida. Gerenciar os recursos de hardware disponíveis para as aplicações.Gerenciar os recursos de hardware disponíveis para as aplicações. 3 Introdução aos Sistemas Operacionais

4 O SO como máquina estendida Ocultar a complexidade do hardware.Ocultar a complexidade do hardware. Oferecer interfaces padronizadas de acesso ao hardware.Oferecer interfaces padronizadas de acesso ao hardware. Permitir uma visão homogênea de dispositivos distintos.Permitir uma visão homogênea de dispositivos distintos. 4 Introdução aos Sistemas Operacionais

5 O SO como máquina estendida Sistema operacional aplicação Clicar em um arquivo Assign(file, D:\README.TXT); open(file); read(file, ch); … close(file); Move head to sector 123 in FAT read 256 bytes to mem 36234H move head to sector read 1024 bytes to mem Introdução aos Sistemas Operacionais

6 O SO como gerente de recursos Recursos da máquinaRecursos da máquina processadoresprocessadores espaço em memóriaespaço em memória arquivosarquivos conexões de redeconexões de rede dispositivos externosdispositivos externos Controle de acessoControle de acesso equilibrar usoequilibrar uso evitar conflitosevitar conflitos 6 Introdução aos Sistemas Operacionais

7 O SO como gerente de recursos Sistema operacional aplicação source app sdgf jhgsdfj dsjhf khj khj HKjhkjghj hg jhgj jgh jhg jhg jhg jhg kjhg jhgj hg jhg kjhkjhgjhg jhg jhg jhg jh kjhjkhgjhgjh kgjhgjhgjhgj 7 Introdução aos Sistemas Operacionais

8 Computador como Máquina de Níveis O Hardware:O Hardware: responsável pela execução das instruções de um programa;responsável pela execução das instruções de um programa; Primeiros computadores:Primeiros computadores: programação realizada através de fios;programação realizada através de fios; Evolução: O Sistema Operacional;Evolução: O Sistema Operacional; A Interação se tornou mais fácil, confiável e eficiente;A Interação se tornou mais fácil, confiável e eficiente; 8 Introdução aos Sistemas Operacionais

9 Computador como Máquina de Níveis Computador como máquina de níveis:Computador como máquina de níveis: Nível 2 – Aplicativos;Nível 2 – Aplicativos; Nível 1 – Sistema operacional;Nível 1 – Sistema operacional; Nível 0 – Hardware.Nível 0 – Hardware. A Linguagem utilizada em cada nível varia da mais elementar (microprogramação) à mais sofisticada(alto nível).A Linguagem utilizada em cada nível varia da mais elementar (microprogramação) à mais sofisticada(alto nível). 9 Introdução aos Sistemas Operacionais

10 Histórico dos Sistemas Operacionais 1º computador:1º computador: Máquina analítica de Charles Babbage ( );Máquina analítica de Charles Babbage ( ); Primeira Geração ( ):Primeira Geração ( ): Válvulas e painéis;Válvulas e painéis; Segunda Geração ( ):Segunda Geração ( ): Transistores e Sistemas Batch;Transistores e Sistemas Batch; Terceira Geração( ):Terceira Geração( ): Circuitos Integrados e Multiprogramação;Circuitos Integrados e Multiprogramação; Quarta Geração( ):Quarta Geração( ): Computadores Pessoais;Computadores Pessoais; Quinta Geração ( ??):Quinta Geração ( ??): Atualidade; Sistemas MóveisAtualidade; Sistemas Móveis 10 Introdução aos Sistemas Operacionais

11 Histórico dos Sistemas Operacionais Primeira Geração ( ):Primeira Geração ( ): Programação através de chaves;Programação através de chaves; Inexistência de linguagens ou SO.;Inexistência de linguagens ou SO.; Toda a atividade é seqüencial;Toda a atividade é seqüencial; 11 Introdução aos Sistemas Operacionais

12 Histórico dos Sistemas Operacionais Segunda Geração ( ):Segunda Geração ( ): IBM 1401 e 7094;IBM 1401 e 7094; Separação entre programação e operação;Separação entre programação e operação; Execução batch de programas;Execução batch de programas; Linguagens Fortran e Assembly;Linguagens Fortran e Assembly; 12 Introdução aos Sistemas Operacionais

13 Histórico dos Sistemas Operacionais Terceira Geração ( ):Terceira Geração ( ): Família IBM/360 e sucessores;Família IBM/360 e sucessores; Compatibilidade a nível de software;Compatibilidade a nível de software; Multiprogramação;Multiprogramação; Escalonamento de CPU;Escalonamento de CPU; Sistemas On-line;Sistemas On-line; Base dos S.O. modernos;Base dos S.O. modernos; 13 Introdução aos Sistemas Operacionais

14 Histórico dos Sistemas Operacionais Quarta Geração ( ):Quarta Geração ( ): Multiprocessadores;Multiprocessadores; Sistemas Operacionais user-friendly;Sistemas Operacionais user-friendly; S.O. para computadores pessoais;S.O. para computadores pessoais; S.O. para redes de computadores;S.O. para redes de computadores; 14 Introdução aos Sistemas Operacionais

15 Histórico dos Sistemas Operacionais Quinta Geração ( ??):Quinta Geração ( ??): Processamento Distribuído;Processamento Distribuído; Interfaces Gráficas;Interfaces Gráficas; S.O. para dispositivos móveisS.O. para dispositivos móveis S.O. para cloud computingS.O. para cloud computing 15 Introdução aos Sistemas Operacionais

16 16 S.O. como interface usuário/computador Introdução aos Sistemas Operacionais

17 17 Diferentes imagens de um S.O. Sistema operacional na visão do usuárioSistema operacional na visão do usuário Imagem que um usuário tem do sistemaImagem que um usuário tem do sistema Interface oferecida ao usuário para ter acesso a recursos do sistemaInterface oferecida ao usuário para ter acesso a recursos do sistema Chamadas de sistemaChamadas de sistema Programas de sistemaProgramas de sistema Sistema operacional na visão do projetoSistema operacional na visão do projeto Organização interna do sistema operacionalOrganização interna do sistema operacional Mecanismos empregados para gerenciar recursos do sistemaMecanismos empregados para gerenciar recursos do sistema Introdução aos Sistemas Operacionais

18 18 Chamada de sistema Forma que um programa solicita serviços ao sistema operacionalForma que um programa solicita serviços ao sistema operacional Análogo a sub-rotinasAnálogo a sub-rotinas É o núcleo (Kernel) do sistema operacional que implementa as chamadas de sistemasÉ o núcleo (Kernel) do sistema operacional que implementa as chamadas de sistemas Existem chamadas de sistemas associadas a gerência do processador, de memória, arquivos e de entrada e saídaExistem chamadas de sistemas associadas a gerência do processador, de memória, arquivos e de entrada e saída Variação: micro-kernelVariação: micro-kernel Serviços básicos são implementados pelo micro-kernelServiços básicos são implementados pelo micro-kernel Kernel implementa demais serviços empregando esses serviços básicosKernel implementa demais serviços empregando esses serviços básicos Introdução aos Sistemas Operacionais

19 19 APLICAÇÃO KERNEL MICROKERNEL HARDWARE Chamada de sistema Serviços do microkernel Organização do S.O Introdução aos Sistemas Operacionais

20 20 Programas de sistema Programas executados fora do kernel (utilitários)Programas executados fora do kernel (utilitários) Implementam tarefas básicasImplementam tarefas básicas Muitas vezes confundidos com o próprio sistema operacionalMuitas vezes confundidos com o próprio sistema operacional Ex: compiladores, assemblers, ligadores, etcEx: compiladores, assemblers, ligadores, etc Interpretadores de comandosInterpretadores de comandos Ativado sempre que o sistema operacional inicia sessão de trabalhoAtivado sempre que o sistema operacional inicia sessão de trabalho Ex: bash, tsch, sh, etcEx: bash, tsch, sh, etc Interface gráfico de usário (GUI)Interface gráfico de usário (GUI) Ex: Família windows, MacOs, etcEx: Família windows, MacOs, etc Introdução aos Sistemas Operacionais

21 21 Sistema em lote (batch) Introdução de operadores profissionaisIntrodução de operadores profissionais Usuário era mais o operador da máquinaUsuário era mais o operador da máquina JobJob Programa a ser compilador e executado, acompanhado dos dados de execuçãoPrograma a ser compilador e executado, acompanhado dos dados de execução Jobs são organizados em lote (batch)Jobs são organizados em lote (batch) Necessidades semelhantes (ex: mesmo compilador)Necessidades semelhantes (ex: mesmo compilador) Passagem entre diferentes jobs continua sendo manualPassagem entre diferentes jobs continua sendo manual Introdução aos Sistemas Operacionais

22 22 Monitor residente EvoluçãoEvolução Sequenciamente automático de jobs, transferindo o controle de um job a outroSequenciamente automático de jobs, transferindo o controle de um job a outro Primeiro sistema operacional (rudimentar)Primeiro sistema operacional (rudimentar) Monitor residenteMonitor residente Programa que fica permanente em memória Programa que fica permanente em memória Execução inicialExecução inicial Controle é transferido para o jobControle é transferido para o job Cartões de controleCartões de controle Quando o job termina, o controle retorna ao monitorQuando o job termina, o controle retorna ao monitor Centraliza as rotinas de acesso a periféricos disponibilizando aos programas de usuáriosCentraliza as rotinas de acesso a periféricos disponibilizando aos programas de usuários Introdução aos Sistemas Operacionais

23 23 Sistema batch multiprogramado (multitarefa) Monitor residente permite a execução de apenas um programa a cada vezMonitor residente permite a execução de apenas um programa a cada vez Desperdício de tempo de CPU com operações de E/SDesperdício de tempo de CPU com operações de E/S EvoluçãoEvolução Manter diversos programas na memória ao mesmo tempoManter diversos programas na memória ao mesmo tempo Enquanto um programa realiza E/S, outro pode ser executadoEnquanto um programa realiza E/S, outro pode ser executado Introdução aos Sistemas Operacionais

24 24 Multiprogramação Manter mais de um programa em execução simultaneamenteManter mais de um programa em execução simultaneamente Duas inovações de hardware possibilitam o surgimento da multiprogramaçãoDuas inovações de hardware possibilitam o surgimento da multiprogramação InterrupçãoInterrupção Sinalização de eventosSinalização de eventos Discos magnéticosDiscos magnéticos Acesso randômico a diferentes jobs no disco.Acesso randômico a diferentes jobs no disco. Melhor desempenho em acessos de leitura e escritaMelhor desempenho em acessos de leitura e escrita Introdução aos Sistemas Operacionais

25 25 Sistema timesharing Tipo de multiprogramaçãoTipo de multiprogramação Usuários possuem um terminalUsuários possuem um terminal Interação com o programa de execuçãoInteração com o programa de execução Ilusão de possuir a máquina dedicada a execução de seu programaIlusão de possuir a máquina dedicada a execução de seu programa Divisão do tempo de processamento entre usuáriosDivisão do tempo de processamento entre usuários Tempo de resposta é importanteTempo de resposta é importante Introdução aos Sistemas Operacionais

26 26 Sistema monousuário e multiusuário Sistema monousuárioSistema monousuário Projetados para serem usados por um único usuárioProjetados para serem usados por um único usuário Ex: MS-DOS, Windows XP, Vista, 7, MacOS...Ex: MS-DOS, Windows XP, Vista, 7, MacOS... Sistemas multiusuárioSistemas multiusuário Projetados para suportar várias sessões de usuários em um computadorProjetados para suportar várias sessões de usuários em um computador Ex: Windows 2008, UNIX...Ex: Windows 2008, UNIX... Introdução aos Sistemas Operacionais

27 27 Sistemas multitarefa e monotarefa Sistemas monotarefaSistemas monotarefa Capazes de executar apenas uma tarefa de cada vezCapazes de executar apenas uma tarefa de cada vez Ex: MS-DOSEx: MS-DOS Sistema multitarefaSistema multitarefa Capazes de executar várias tarefas simultaneamenteCapazes de executar várias tarefas simultaneamente Existem dois tipos de sistemas multitarefa:Existem dois tipos de sistemas multitarefa: Não preempitivo (cooperativo)Não preempitivo (cooperativo) Ex: Windows 3.x, Windows 9x (aplicativos 16 bits)Ex: Windows 3.x, Windows 9x (aplicativos 16 bits) PreempitivoPreempitivo Ex: Windows NT, OS/2, UNIX, Windows9x (aplicativos 32 bits)Ex: Windows NT, OS/2, UNIX, Windows9x (aplicativos 32 bits) Introdução aos Sistemas Operacionais

28 28 Sistemas distribuídos Distribuir a realização de uma tarefa entre vários computadoresDistribuir a realização de uma tarefa entre vários computadores Sistema distribuídoSistema distribuído Conjunto de computadores autônomos interconectado s de forma a possibilitar a execução de um serviçoConjunto de computadores autônomos interconectado s de forma a possibilitar a execução de um serviço Existência de várias máquinas é transparenteExistência de várias máquinas é transparente Software fornece uma visão única do sistemaSoftware fornece uma visão única do sistema Palavra-chave: transparênciaPalavra-chave: transparência Introdução aos Sistemas Operacionais

29 29 Sistemas fracamente acopladosSistemas fracamente acoplados Máquinas independentesMáquinas independentes Cada máquina possui o seu próprio sistema operacionalCada máquina possui o seu próprio sistema operacional Comunicação é feita através de troca de mensagens entre processosComunicação é feita através de troca de mensagens entre processos VantagensVantagens Compartilhamento de recursosCompartilhamento de recursos Balanceamento de cargaBalanceamento de carga Aumento confiabilidadeAumento confiabilidade Sistemas distribuídos Introdução aos Sistemas Operacionais

30 30 Sistemas paralelos Máquinas multiprocessadoras possuem mais de um processadorMáquinas multiprocessadoras possuem mais de um processador Sistemas fortemente acopladosSistemas fortemente acoplados Processadores compartilham memória e relógios comunsProcessadores compartilham memória e relógios comuns Comunicação é realizada através da memóriaComunicação é realizada através da memória VantagensVantagens Aumento de troughput (número de processos executados)Aumento de troughput (número de processos executados) Aspectos econômicosAspectos econômicos Aumento de confiabilidadeAumento de confiabilidade Introdução aos Sistemas Operacionais

31 31 Symmetric multiprocessing (SMP)Symmetric multiprocessing (SMP) Cada processador executa uma cópia idêntica do sistema operacionalCada processador executa uma cópia idêntica do sistema operacional Vários processos podem ser executados em paralelo sem perda de desempenho para o sistemaVários processos podem ser executados em paralelo sem perda de desempenho para o sistema A maioria dos sistemas operacionais atuais suportam SMP através do conceito de multitreadingA maioria dos sistemas operacionais atuais suportam SMP através do conceito de multitreading Asymmetric multiprocessingAsymmetric multiprocessing Cada processador executa uma tarefa específicaCada processador executa uma tarefa específica Ex: processador mestre para alocação de tarefas a escravosEx: processador mestre para alocação de tarefas a escravos Sistemas paralelos Introdução aos Sistemas Operacionais

32 32 Sistema de tempo real Empregado para o controle de procedimentos que devem responder dentro de um certo intervalo de tempoEmpregado para o controle de procedimentos que devem responder dentro de um certo intervalo de tempo Ex: experimento científicos, tratamento de imagens médicas, controle de processos, etc.Ex: experimento científicos, tratamento de imagens médicas, controle de processos, etc. Noção de tempo real é dependente da aplicaçãoNoção de tempo real é dependente da aplicação Milisegundos, minutos, horas, etc.Milisegundos, minutos, horas, etc. Dois tipos Dois tipos Hard real timeHard real time Tarefas críticas são completadas dentro de um intervalo de tempoTarefas críticas são completadas dentro de um intervalo de tempo Soft real timeSoft real time Tarefa crítica tem maior prioridade que as demaisTarefa crítica tem maior prioridade que as demais Introdução aos Sistemas Operacionais


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