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Noção de Sistema Operativo. 16 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Noção de Sistema Operativo Noção de Sistema Operativo um software de sistema,

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1 Noção de Sistema Operativo

2 16 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Noção de Sistema Operativo Noção de Sistema Operativo um software de sistema, sendo portanto, um gestor dos recursos que compõem o computador : e um escalonador de trarefas. processador, memória, I/O, ficheiros, etc Partilha e protege os recursos a serem usados pelas aplicações do utilizador, servindo de interface entre este e a máquina. SISTEMA OPERATIVO é...

3 17 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Noção de Sistema Operativo Noção de Sistema Operativo fornecer a abstracção de hardware, isto é, apresentar ao utilizador uma máquina mais simples (máquina virtual); Níveis que separam o hardware do utilizador funcionar em modo kernel ou modo supervisor, protegendo o hardware da acção directa do utilizador; O sistema operativo deve: Estabelecer critérios de utilização dos recursos e a ordem de acesso dos mesmos;

4 18 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Noção de Sistema Operativo Noção de Sistema Operativo fazer a gestão e protecção dos dispositivos; fazer a gestão dos programas e distribuir memória para as aplicações; O sistema operativo deve: Impedir a violação do espaço de memória reservado a um determinado programa (processo) e as tentativas de acesso simultâneo a um mesmo recurso; Processar as mensagens internas para os dispositivos de I/O; Fornecer um meio de comunicação entre o utilizador e o hardware

5 Caracterização de um Sistema Operativo

6 20 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo Os sistemas operativos têm evoluído devido à necessidade de gerir eficientemente estes equipamentos, através do controlo da execução dos programas dos diferentes utilizadores, efectuado, assim, a gestão dos recursos da máquina. Introdução Introdução Evolução dos sistemas operativos Evolução dos equipamentos (muito rápida) Mais pequenos Custos progressivamente mais baixos Ao servir de interface entre o utilizador e a máquina, faz com que esta, seja uma máquina virtual, cada vez mais simples e fácil de utilizar.

7 21 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo - Introdução Caracterização de um Sistema Operativo - Introdução As funções principais de um sistema operativo Partilha de recursos com protecção: Físicos: processador, mémoria, discos, periféricos diversos Físicos: processador, mémoria, discos, periféricos diversos Lógicos: programas de uso geral (editores, compiladores) e bibliotecas partilhadas por diversos programas. Lógicos: programas de uso geral (editores, compiladores) e bibliotecas partilhadas por diversos programas. Gestão da concorrência Controlar diversos fluxos de actividades que se executem em paralelo, sem que os mesmos interfiram não intencionalmente. Gestão da informação persistente Armazenamento fiável e seguro da informação não volátil em suportes magnéticos, ópticos, etc. Controlo dos gastos Contabilização e limitação da utilização dos recursos físicos.

8 22 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo - Introdução Caracterização de um Sistema Operativo - Introdução Criar uma máquina virtual sobre a máquina física que ofereça os recursos lógicos básicos necessários ao desenvolvimento das aplicações. Missão de um Sistema Operativo:

9 23 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo Tipos de Sistemas Operativos Tipos de Sistemas Operativos obrigou ao desenvolvimento de diferentes tipos de sistemas operativos. Ao longo da história dos computadores Diversidade de sistemas informáticos Os principais : Sistemas operativos para mainframes (Mainframe Operting System) Sistemas operativos para mainframes (Mainframe Operting System) Para computadores de grande porte e orientado para o processamento simultâneo de inúmeras tarefas (muitas entradas e saídas). Ex: VM para a família IBM 4341

10 24 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo Sistemas operativos para servidores (Server Operating System) Sistemas operativos para servidores (Server Operating System) Destinado a servidores de modo geral, que podem ser máquinas com grandes capacidades, workstations ou mesmo mainframes. Servem multiplos utilizadores da rede e permitem a partilha de hardware ou de outros recursos (software, ou serviços). Sistemas operativos para Multiprocessadores (Multiprocessor Operating System) Sistemas operativos para Multiprocessadores (Multiprocessor Operating System) Para computadores (várias CPU) que formam um único sistema, dependendo da forma como estão ligados e do que é partilhado, denominam-se computadores paralelos, multicomputadores ou multiprocessadores. Podem ser variação de sitemas operativos para servidores com caracteristicas especiais de conectividade. ( neste grupo incluem-se os SO distribuídos) Tipos de S.O.

11 25 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo Tipos de S.O. Sistemas operativos para Computadores Pessoais (Personal Computer Operating System) Sistemas operativos para Computadores Pessoais (Personal Computer Operating System) Tem por objectivo servir de interface para um único utilizador. Largamente utilizados para tarefas comuns : processamento de texto, acesso a internet... Sistemas operativos de Tempo Real (RTOS) (Real Time Operating System) Sistemas operativos de Tempo Real (RTOS) (Real Time Operating System) É uma aplicação multitarefa na qual várias tarefas críticas devem ser processadas em simltâneo. O sistema deve assegurar que as tarefas sejam tratadas em tempo últil. Exemplos de implementação : controle de tráfego, processos de fábrico.

12 26 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo Tipos de S.O. Sistemas operativos Embebidos (Embedded Operating System) Sistemas operativos Embebidos (Embedded Operating System) Para sistemas cada vez mais pequenos, como telecomandos, os telemóveis, os palmtops ou PDA (Personal Digital Assistant). Executam um reduzido conjunto de tarefas, tendo restrições de tamanhos, memória e de alimentação. Ex. Windows CE (Consumer Electronics). Sistemas operativos para Smart Card (Smart Card Operating System) Sistemas operativos para Smart Card (Smart Card Operating System) São os SO mais pequenos, que são executados em cartões de créditos contendo pequenas CPU. Tem grandes restrições de processamento e pouca memória. Alguns sistemas deste tipo executam apenas uma tarefa (pagamento electrónico), outros que permitem ainda a execução de outros tipos de tarefas (acessoa áreas reservadas).

13 27 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo Estrutura dos sistemas operativos (Arquitetura dos Sistemas) Estrutura dos sistemas operativos (Arquitetura dos Sistemas) Na construção de um sistemas operativo observam-se, pelo menos dois tipos de requisitos: Requisitos do utilizador – sistema fácil de utilizar e aprender, rápido e adequado às tarefas para as quais se destina.Requisitos do utilizador – sistema fácil de utilizar e aprender, rápido e adequado às tarefas para as quais se destina. Requisitos de software – manutenção, forma de funcionamento, restrições de utilização, eficiência,tolerância aos erros e flexibilidade.Requisitos de software – manutenção, forma de funcionamento, restrições de utilização, eficiência,tolerância aos erros e flexibilidade. Quanto a forma podem ter a seguinte estrutura MonolíticaHierárquica Máquina virtual Cliente-servidor

14 28 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo Estrutura dos sistemas operativos SO Monolítico Primeiros S.O, constituidos por um único programa, composto por várias sub-rotinas. Carecem de protecções e privilégios ao executar as rotinasCarecem de protecções e privilégios ao executar as rotinas São feitos à medida, pelo que são eficientes e rápidos na execução e gestão, mas pouca flexibilidade para suportar diferentes ambientes de trabalhos ou aplicações.São feitos à medida, pelo que são eficientes e rápidos na execução e gestão, mas pouca flexibilidade para suportar diferentes ambientes de trabalhos ou aplicações.

15 29 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo Estrutura dos sistemas operativos Parte do sistema operativo contém outras subpartes, organizadas em forma de níveis. Ou seja, dividiu-se o SO em pequenos blocos muito bem definidos, com uma interface clara. SO Hierárquico ou de níveis A maior parte dos SO actuais baseiam-se neste tipo de estrutura Cada anel tem apenas uma abertura (trap) por onde são chamados os níveis inferiores, e tem como objectivo proteger as zonas mais internas do sistema.

16 30 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo Estrutura dos sistemas operativos Disponibiliza uma interface a cada processo, mostrando ao utilizador uma máquina idêntica ao hardware existente. O objectivo é o de integrar diferentes sistemas operativos, dá a sensação ao utilizador de várias máquinas diferentes. O núcleo denomina-se Monitor Virtual, tem por objectivo a multiprogramação. Apresenta aos nivéis superiores tantas máquinas quantas as solicitadas. SO Máquina Virtual

17 31 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo Estrutura dos sistemas operativos É um sistema operativo de propósitos gerais, servindo a todos os tipos de aplicações, cumprindo as mesmas funções dos sistemas operativos convencionais. O núcleo tem como missão estabelecer a comunicação entre os clientes e os servidores. Os processos podem ser tanto servidores como clientes. SO Cliente-Servidor

18 32 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo Estrutura dos sistemas operativos Oferece uma grande flexibilidade aos serviços fornecidos ao utilizador final, uma vez que o núcleo serve apenas as funções mais básicas de memória, entrada/saída, ficheiros e processos, deixando para os servidores os outros serviços. Os servidores devem ter mecanismos de segurança e de protecção. SO Cliente-Servidor

19 Conceitos de sistemas operativos Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo Núcleo ou Kernel – Conjunto de rotinas (procedimentos) que oferecem serviços aos utilizadores do sistema e suas aplicações, bem como a outras rotinas do próprio sistema. Tratamento de Interrupções Criação e eliminação de processos Sincronização e comunicação de processos Escalonamento e controlo de processos Gestão de memória Gestão do sistema de ficheiros Operações de entrada e de saída Contabilização e segurança do sistema Funções Principais 33

20 Conceitos de sistemas operativos Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo Processo – É um programa em execução. Tem associado um espaço de endereçamento onde este pode ler ou escrever. Este espaço contém o programa executável, os dados do programa e a stack. 34 System calls – Associada á implementação de mecanismos de protecção do núcleo do sistema e de acesso aos seus serviços. São as portas de entrada para se ter acesso ao núcleo do sistema operativo.

21 Conceitos de sistemas operativos Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo 35 Systems calls Gestão de processos Gestão de memória Gestão de I/O Criação e eliminaçãoCriação e eliminação Alteração das característicasAlteração das características Sincronização e comunicaçãoSincronização e comunicação Alocação e libertaçãoAlocação e libertação Operações de I/OOperações de I/O Manipulação de arquivos e directóriosManipulação de arquivos e directórios

22 Protecção – Mecanismos no Sistema Operativo que garantem a integridade dos dados pertencentes a cada utilizador ou processo. Esse mecanismo de protecção é denominado Modos de Acesso. A sua implementação tem como objectivo principal a protecção aos diferentes recursos partilhados, como a memória, dispositivos de I/O e CPU. 36 Conceitos de sistemas operativos Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo

23 Gestão de Memória – Permitir que vários programas sejam armazenados em memória no mesmo intervalo de tempo. De forma a impedir a violação dos espaços de memória reservados aos programas em execução. 37 Conceitos de sistemas operativos Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo Entrada e Saída – Para controlar estes dispositivos, os Sistemas Operativos implementam as técnicas de buffering e de spooling.

24 Ficheiros – deve fornecer mecanismos de abstracção que forneça soluções para armazenar e recuperar informações em disco, mantendo o utilizador isolado dos detalhes técnicos. O conceito de directório, foi a forma encontrada para agrupar vários ficheiros. Todos os ficheiros respeitam uma estrutura hierárquica especificada pelo seu path. No topo da hierarquia existe o directório raiz. 38 Conceitos de sistemas operativos Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo

25 Interpretador de comandos (shell) – Tem como função interpretar os comandos externos ao sistema operativo. Verifica a sua sintaxe, envia mensagens de erro e faz chamadas a rotinas do sistema, permitindo ao utilizador ter uma interface interractiva com o sistema operativo. 39 Conceitos de sistemas operativos Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Caracterização de um Sistema Operativo Caracterização de um Sistema Operativo Interrupção e Excepção – Acontecem quando está a ser executado um programa, obrigando à intervenção do sistema operativo. O que diferencia uma interrupção de uma excepção é o tipo de evento que gera esta condição. Uma interrupção é gerada pelo S.O. ou por algum dispositivo. Uma Excepção resulta da execução de uma instrução do próprio programa. Exemplo : Mecanismo de Interrupção pedido por um dispositivo de I/O

26 Funções de um Sistema Operativo

27 40 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Processador CPU ( Unidade de Processamento Central ) Gere todo o sistema computacional Principal Função : controlar e executar instruções presentes na memória principal. Composto por : Unidade de Controlo Gere as actividades de todos os componentes do Computador. Unidade Aritmética e Lógica Operações Aritméticas e lógicas. Registos Armazenam dados temporariamente. Memória interna do processador de alta velocidade. Unidade de Processamento Central Unifica todo o sistema, controlando as funções realizadas por cada unidade Gestão do processador ao nível da sua planificação

28 A CPU é responsável pela execução de todos os programas do sistema, que obrigatoriamente deverão ser armazenados na memória principal. Um programa é composto por instruções, a CPU procura cada instrução na memória principal e interpreta-a para a sua execução. Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo 41

29 42 Gestão do processador ao nível da sua planificação Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Velocidade de Processamento de uma CPU Intel80386Intel80486IntelPentiumIntel Pentium Pro Intel Pentium 4 Velocidade de processamento 5 MIPS 20 MIPS 100 MIPS 250MIPS400MIPS MIPS Milhões de Instruções Por Segundo

30 Memória Principal 43 Gestão da Memória Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo = Memória Primária ou real Onde se Armazena instruções e dados -O bit é a unidade básica de mémoria - A mémoria é formada por um conjuto de células ( Normalmente 1 célula = 1 Byte) - O acesso a uma célula é realizado pela especificação do endereço (referência única). - A especificação do endereço é realizada através de um registo : MAR ( Memory Address Re gister) - MBR (Memory Buffer Register) – utilizado para guardar o conteúdo de uma ou mais células de mémoria após uma operação de leitura ou gravação EndereçosEndereços Célula = n bits M-1

31 Ciclo de leitura e gravação envolvendo a Memória 44 Gestão da Memória Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Operação de Leitura Operação de Gravação 1. A CPU armazena no MAR o endereço da célula a ser lida. 1. A CPU armazena no MAR o endereço que será gravada. 2. A CPU gera um sinal de controlo para a mémoria principal, indicando que uma operação de leitura deve ser realizada. 2. A CPU armazena no MBR a informação que deverá ser gravada. 3. A CPU gera um sinal de controlo para a memória principal, indicando que uma operação de gravação deve ser realizada. 3. O conteúdo da célula, identificada pelo endereço contido no MAR, é transferido para o MBR. 4. A informação contidano MBR é transferida para a célula de memória endereçada pelo MAR.

32 Memória Cache 45 Gestão da Memória Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo De alta velocidade é volátil, o seu tempo de acesso é menor que o da memória principal. - O processador lê primeiro a mémoria cache, se o dado for encontrado na cache, não há necessidade de acesso a Mem. Principal, caso contrário, o processador transfere um bloco de dados para a cache, a partir do dado referenciado. - A sua utilização é limitada devido ao seu alto custo - É um meio permanente (não volátil) de armazenamento de programas e dados. - Acesso lento comparado com a memória Cache ou Principal (milissegundos X nanossegundos), com custo baixo e têm grande capacidade de armazenamento. Memória secundária

33 Hierarquia de armazenamento 46 Gestão da Memória Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Registos Memória cache Memória Principal Memória Secundária Menor custo, maior capacidade, menor velocidade de acesso Maior custo, menor capacidade, maior velocidade de acesso

34 Conceitos 47 Gestão da Memória Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Sistemas monoprogramáveis/Monotarefa -O processador, a memória e os periféricos exclusivamente dedicados à execução de um único programa -Enquanto um programa aguarda por um evento, o processador permanece sem realizar qualquer tipo de processamento. A memória é sub utilizada, caso não a preencha totalmente. - São simples de implementação, não existindo muita preocupação com problemas de protecção. Programa em utilização Sistema Operativo na (RAM) Organização da memória em sistemas Monoprogramáveis Sistema Operativo na ROM Programa em utilização Device drivers (ROM) Programa em utilização Sistema Operativo( RAM )

35 Conceitos 48 Gestão da Memória Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Sistemas multiprogramáveis/Multitarefa -Mais complexos e eficientes, permitem a partilha dos recursos -A partir do número de utilizadores que interagem com o sistema, podem classificar-se como monoutilizador ou multiutilizador. Sistemas Multiprogramáveis/Multitarefa Sistemas batch Sistemas de tempo compartilhado Sistemas de tempo real

36 Conceitos 49 Gestão da Memória Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Sistemas multiprogramáveis/Multitarefa Mainframes e Minicomputadores – Multitarefa e Multiutilizadores Computadores Pessoais – Mutitarefa e Monoutilizador Caracterizam-se por permitir por que o utilizador, em simultâneo, edite um texto, imprima um ficheiro, copie um ficheiro pela rede e utilize uma folha de cálculo, etc. Ou seja é possivel a execução de diversas tarefas concorrentemente ou mesmo simultaneamente.

37 Conceitos 50 Gestão da Memória Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Sistemas multiprogramáveis/Multitarefa

38 Conceitos 51 Gestão da Memória Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Gestão de Memória A mémoria tem um papel critíco no desempenho de um sistema computacional. Recebe e transfere dados entre dispositivos de I/O e o Processador A gestão de memória apresenta alguns problemas : o módulo de memória convecional não pode aceder a mais que uma palavra durante um ciclo de acesso o módulo de memória convecional não pode aceder a mais que uma palavra durante um ciclo de acesso latência de memória – tempo decorrido entre a requisição de um item pelo processador e o efectivo recebimento desse dado. Este problema deve-se a dois factores : - factor tecnologico –> diferença entre a velocidade de processamento e a velocidade de acesso à memória; latência de memória – tempo decorrido entre a requisição de um item pelo processador e o efectivo recebimento desse dado. Este problema deve-se a dois factores : - factor tecnologico –> diferença entre a velocidade de processamento e a velocidade de acesso à memória; - factor estrutural –> em sistemas com mais de uma CPU, a concorrência de acesso à memória pode atrasar a recepção do item. - factor estrutural –> em sistemas com mais de uma CPU, a concorrência de acesso à memória pode atrasar a recepção do item.

39 Conceitos 52 Gestão da Memória Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Memória Virtual Baseia-se no desvincular do endereçamento feito pelos programas dos endereços físicos da memória principal. Os programas e as suas estruturas de dados deixam de estar limitados ao tamanho da memória física disponível. Com 32 bit de endereço, o espaço de endereçamento virtual é de 4GB - Espaço de endereçamento = conjunto de endereços da Mem. Principal. - Espaço Virtual = conjunto de endereços gerados pelo processador. os endereços virtuais precisam de ser traduzidos em termos de endereços físico durante a execução dos programas. os endereços virtuais precisam de ser traduzidos em termos de endereços físico durante a execução dos programas.

40 Conceitos 53 Gestão da Memória Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Memória Virtual

41 Conceitos 54 Gestão da Memória Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Memória Virtual O desempenho do sistema de memória virtual depende da eficiência da traduação de endereços. O desempenho do sistema de memória virtual depende da eficiência da traduação de endereços. O mapeamento de endereço virtual para endereço físico requer a manutenção da informação sobre os dados que se encontram em memória. O mapeamento de endereço virtual para endereço físico requer a manutenção da informação sobre os dados que se encontram em memória. O Mapeamento é feito pela MMU (Memory Management Unit) Num sistema de memória virtual os blocos de informação são transferidos entre as memórias primária e secundária. Estes blocos podem ter um tamanho fixo – (Paginação) tamanho variável – (Segmentação) tamanho variável – (Segmentação)

42 Conceitos 55 Gestão da Memória Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Paginação A informação é mantida para segmentos de tamanho fixo das memórias primária e secundárias. As páginas da memória secundária são transportas para frames de páginas da memória principal. Endereço Virtual = Endereço da Página, descodificado no mapa de endereços, e o deslocamento dentro da página. TLB (translation- Lookaside Buffer) – registo de páginas para as entradas referenciadas mais recentemente.

43 Conceitos 56 Gestão da Memória Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Paginação

44 Conceitos 57 Gestão da Memória Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Segmentação Os programas são divididos logicamente em sub-rotinas e estruturas de dados e colocados em blocos de informação na memória. Os blocos tem tamanho diferentes e são chamados segmentos. Cada bloco tem o seu próprio espaço de endereçamento.

45 58 Gestão de I/0 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Dispositivos de I/O Exterior (utilizadores) Comunicação A CPU gere de forma independente os dispositivos de I/O. A comunicação directa com os periféricos é realizada através de controladores

46 59 Gestão de I/0 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo I/O controlado por interrupção – Por exemplo: - O controlador ao receber um sinal de leitura, fica encarregado de ler os blocos do disco armazena-los em memória ou registos próprios. - Em seguida, o controlador sinaliza uma interrupção ao processador. - Quando a CPU atende a interrupção, a rotina responsável pelo tratamenento desse tipo de interrupção transfere os dados dos registos do controlador para memória principal. - No fim da transferência, a CPU volta a executar o programa interrompido e o controlador fica novamente disponível para outra operação.

47 60 Gestão de I/0 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo I/O controlado por interrupção e DMA (Direct Memory Acess) -Permite que um bloco de dados seja transferido entre memória e periféricos sem a intervenção da CPU ( menos no inicio e fim ). -A área de memória utilizada na tecnica de DMA é o buffer (ver nº 36). -No momento em que a transferência de DMA é realizada,o controlador deve assumir, momentaneamente, o controlo do barramento. A CPU suspende então o acesso ao bus durante a transfêrencia. A CPU fica livre para realizar outras tarefas (desde que não utilize o bus).

48 61 Gestão de I/0 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Pooling (ou espera ocupada) -Consiste na requisição de dados ao dipositivo de I/O. -A CPU faz sucessivas consultas para determinar se o dado solicitado já foi disponibilizado. O processador fica ocupado até que o dado esteja disponível. Este método de transferencia é o mais simples mas o que mais degrada o performace do sistema

49 62 Gestão de Armazenamento secundário Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo - Na base da pirâmide da hierarquia de memória num Sistema de computação. - Garante um armazenamento mais permanente possuindo maior capacidade que a memória principal. Tipos : - Directamente ligados ao sistema : Discos rígidos Directamente ligados ao sistema : Discos rígidos Conectados quando desejados : pen drive, DVD, CD-ROM, outros dispositivos removíveis. Suporte Físico

50 63 Gestão de Armazenamento secundário Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Suporte Lógico Sistema de Ficheiros conjunto de ficheiros, directórios, descritores e estruturas de dados auxiliares, autónomos em termos de administração e suporte físico gerido por Módulo do Sistema Operativo: Sistema de Gestão de Ficheiros. Responsável pelo acesso e pela organização dos ficheiros. Ficheiro Conjunto de Dados (persistentes) em memória secundária, indentificados por um nome e composto por : - Nome : identifica o ficheiro perante o utilizador; - Descritor: estrutura de dados com informação sobre o ficheiro (dimensão, datas de criação, modificação e acesso, dono e autorizações de acesso); - Informação: dados

51 64 Gestão de Armazenamento secundário Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo O nome dos ficheiros estão catalogados em directórios, que estabelecem a associação entre o nome e o descritor do ficheiro. O directório pode conter os descritores dos ficheiros ou apenas os identificadores desses descritores.

52 65 Gestão de Armazenamento secundário Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Operações sobre os ficheiros Leitura e escrita da sua informação O acesso ao ficheiro é feito em 3 etapas: 1.Abertura do ficheiro, dado o nome. O sistema pesquisa o directório, copia o seu descritor para a memória e guarda-o num entrada da tabela de ficheiros abertos, cuja a referência, o identificador de ficheiro aberto, é devolvida ao utilizador. O sistema pesquisa o directório, copia o seu descritor para a memória e guarda-o num entrada da tabela de ficheiros abertos, cuja a referência, o identificador de ficheiro aberto, é devolvida ao utilizador.

53 66 Gestão de Armazenamento secundário Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo O acesso ao ficheiro (continuação) 2. Leituras e escritas, dado o identificador do ficheiro aberto. Permite obter rapidamente a cópia do descritor de ficheiro em memória, onde está toda a informação necessária para aceder aos dados; Permite obter rapidamente a cópia do descritor de ficheiro em memória, onde está toda a informação necessária para aceder aos dados; 3. Fecho do ficheiro. Esta operação é necessária para libertar a entrada na tabela de ficheiros abertos e actualizar o descritor de ficheiro em disco, caso tenha sido modificado. Esta operação é necessária para libertar a entrada na tabela de ficheiros abertos e actualizar o descritor de ficheiro em disco, caso tenha sido modificado.

54 67 Gestão de Armazenamento secundário Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Organização dos Nomes dos ficheiros, exemplo: hierárquica Sob a forma de árvore invertida Sob a forma de árvore invertida O inicio da estrutura : raiz O inicio da estrutura : raiz O nome do ficheiro – caminho de acesso (pathname), ou seja cadeia de caracteres que permite localizar o ficheiro na árvore. O nome do ficheiro – caminho de acesso (pathname), ou seja cadeia de caracteres que permite localizar o ficheiro na árvore.

55 68 Gestão de Armazenamento secundário Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Protecção dos ficheiros Quando o ficheiro é criado é guardado no descritor a protecção, normalmente relacionada com o seu criador (dono). O S.O. guarda o número do utilizador que o criou e os direitos de acesso no descritor de ficheiro. Quando o ficheiro é requisitado, o sistema de ficheiros acede ao descritor do ficheiro e verifica se o utilizador requerente tem os direitros de acesso necessários. posteriormente

56 69 Gestão de Armazenamento secundário Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Dispositivos Lógicos Dispositivo Físico (disco, pen drive, disquete, etc) – dividido em segmentos contíguos: dispostivos lógicos, partições ou volumes.

57 70 Gestão de Armazenamento secundário Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Funções de um Sistema Operativo Funções de um Sistema Operativo Relação Física / Lógica ( ao nível do Ficheiro) Um ficheiro é apenas um conjunto de blocos em disco. Um ficheiro é apenas um conjunto de blocos em disco. A informação é lida e escrita nos discos em sectores (512 ou 1024 bytes) A informação é lida e escrita nos discos em sectores (512 ou 1024 bytes) A informação dos ficheiros é guardada em grupos de blocos A informação dos ficheiros é guardada em grupos de blocos Segmentos (extends) A gestão do disco é feita em blocos de dimensão múltipla dos sectores e controlada pela gestão de ficheiros. A gestão do disco é feita em blocos de dimensão múltipla dos sectores e controlada pela gestão de ficheiros.

58 Segurança nos Sistemas Operativos

59 71 Introdução Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Objectivo da Segurança Detectar as vulnerabilidades dos sistemas Proteger o tratamento de informação Proteger as transacções de informação Possiveis ameaças à segurança da Informação - Vírus; - Concorrência empresarial - Sabotagens internas - Internet

60 72 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Conceitos Básicos Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Aspectos da Segurança Autenticação Confidencialidade Integridade Controlo de acesso Não repudiação Disponibilidade

61 73 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Conceitos Básicos Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Autenticação - Processo para validar a identidade de um utilizador. Confidencialidade – Limita o acesso à informação apenas às entidades autorizadas (previamente autenticadas) Integridade – Garante que a informação que vai ser armazenada é autêntica, ou seja, não é corrompida. Controlo de acesso – Capacidade de impedir o acesso não autorizado a um determinado recurso. Não repudiação – São funções que impedem que uma determinada entidade negue a execução de determinada acção. (Comércio electrónica) Disponibilidade – Procura garantir que, mesmo após um ataque a uma rede, os recursos chave ficam disponiveis para os utilizadores.

62 74 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Conceitos Básicos Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Tipos de Intrusos no sistema Intrusos ocasionais, com poucos conhecimentos técnicos Intrusos internos, com conhecimentos técnicos Indivíduos que pretendem obter ganhos com o ataque Espionagem comercial ou militar Os vírus informáticos encontram-se noutra categoria da segurança, uma vez que é um código que, normalmente, se reproduz sozinho e provoca sempre algum dano.

63 75 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Conceitos Básicos Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Erros de Software e Hardware Nem só as ameaças causadas por intrusos, são importantes. Existe outra a PERDA DE DADOS Erros Humanos Causados por: - Discos avariados - Discos avariados - CPU avariados - CPU avariados - Erros de programas - Erros de programas Causados por: - Dados mal introduzidos - Dados mal introduzidos - Comandos mal dados - Comandos mal dados Fenómenos da Natureza Causados por: - Incêndios - Incêndios - Cheias - Cheias - Terramotos - Terramotos - Guerras - Guerras - Motins - Motins Os backups de dados não devem estar todos no mesmo local

64 76 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Ameaças à Segurança Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Tipos de Ameaças à Segurança Acesso não Autorizado Ataques por Imitação Disrupção de Serviços Baseia-se na descoberta de logins e passwords de um dado utilizador que é posteriormente utilizado por outro para aceder aos recursos do primeiro. Consiste em fazer com que um dados utilizador ou sistema se comporte como um outro. Spoofing attacks e Replay attacks. O objectivo é a interrupção ou a perturbação de um serviço devido a danos causados nos sistemas que o suportam. Podem ser danos físicos ou lógicos. (Denial of Service – DoS)

65 77 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Mecanismos Segurança Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Mas, nem tudo está perdido... Existem diversos tipos de FERRAMENTAS e MECANISMOS para proteger os sistemas ou detectar invasões. Autenticação de Utilizadores Encriptação Firewalls Assinatura Digital Sistema de detecção de intrusão Logs Antivírus Backup e Restore Segurança Interna

66 78 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Autenticação de Utilizadores Estabelecem a identidade de utilizador e/ou de sistemas, tendo em vista a determinação de acções e das capacidades permitidas. Permitindo desta forma que os utilizadores tenham tipos de acesso diferenciados aos recursos. Exemplo: - Consultar certos ficheiros - Consultar certos ficheiros - Imprimir para certas impressoras - Não poder apagar ficheiros... Formas de autenticação: - Biométricos (Impressão digital, íris) - Biométricos (Impressão digital, íris) - Físicos (Smartcard) - Físicos (Smartcard) - Passwords - Passwords Mecanismos Segurança

67 79 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Encriptação É um processo que modifica os dados através de uma chave secreta, conhecida somente por partes autorizadas. Ao processo de modificação da mensagem dá-mos o nome de cifragem transformando-a num criptograma. São normalmente funções matemáticas, sendo compostas por dois algoritmos o de cifragem e o de decifragem. Mecanismos Segurança

68 80 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Mecanismos Segurança Firewalls É colocado na zona de fronteira e que tem como objectivo principal o controlo de acesso de utilizadores à rede, a partir de outras redes. Por norma controlam os acessos a uma Intranet feitos a partir da Internet. Só protege a rede dos ataques externos, não dos internos.

69 81 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Mecanismos Segurança Assinatura Digital Consiste num conjunto de dados encriptados associados a um documento. Garantem a integridade do documento ao qual estão associadas e a entidade de quem o envio. Não garantem a confidencialidade do documento ao qual estão associadas.

70 82 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Mecanismos Segurança Sistemas de detecção de Intrusão São sistemas inteligentes, capazes de detectar tentativas de invasões em tempo real. Não só detectam, como também podem aplicar acções contra o ataque. É necessário fazer uma actualização diária, uma vez que todos os dias surgem novos tipos de ataques. Outros há, onde são empregues técnicas de inteligência artificial, para detectem sempre novos ataques.

71 83 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Mecanismos Segurança Logs São registos gerados pelos sistemas ou aplicações com informações dos eventos ocorridos. Dependendo do sistema e do hardware, a geração dos logs pode tornar-se lenta. Servem de prova contra um possível invasor detectado.

72 84 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Mecanismos Segurança Antivírus Trata-se de um software que verifica a existência de vírus em computadores, pastas ou ficheiros e, ao encontrá-lo tenta removê-lo. Numa primeira tentativa, apenas remove o vírus e, caso não o consiga, remove o ficheiro, depois da autorização do utilizador. Fica carregado em memória, e quando detecta um vírus avisa o utilizador imediatamente. Deve-se actualizar semanalmente a base de dados do antivírus.

73 85 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Mecanismos Segurança Backup e Restore Servem para fazer cópias de segurança de dados e programas. A frequência dos Backups deve ser avaliada pelo administrador do sistema, com base na velocidade de criação, modificação dos dados e programas.

74 86 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Mecanismos Segurança Segurança Interna Procura assegurar a confidencialidade e a integridade dos dados a partir dos acessos de dentro da rede. Requer cuidados especiais, a desconfiança é a palavra de ordem, em relação aos utilizadores internos. A maior parte das invasões partem do meio interno das organizações.

75 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Políticas de Segurança Uma política de segurança deverá ser técnica e organizacionalmente executável. Deverá definir claramente as áreas de responsabilidade dos utilizadores, do pessoal de gestão de sistema e do pessoal de direcção. Deverá também ser flexível para se adaptar às alterações da organização. 87

76 Introdução ao Estudo dos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Segurança nos Sistemas Operativos Regras para definir Políticas de Segurança - Ser facilmente acessível a todos os membros da organização; - Definir objectivos de segurança; - Justificar as opções tomadas; - Definir os papéis dos diversos agentes da organização; - Especificar as consequências do não cumprimento das regras definidas; - Definir o nível de privacidade garantido aos utilizadores; - Identificar os contactos para o esclarecimento de dúvidas; - Definir o tratamento das situações de omissão; O documento que define a política de segurança deverá deixar de fora todo e qualquer aspecto técnico de implementação do sistema de segurança. Políticas de Segurança 88


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