Sistemas Operacionais 1º Semestre Aula 3 Prof. Carlos Vinícius SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM COMERCIAL FACULDADE DE TECNOLOGIA.

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1 Sistemas Operacionais 1º Semestre Aula 3 Prof. Carlos Vinícius cvalves@senacrs.edu.br SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM COMERCIAL FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAC PELOTAS

2 Definição de S.O. o É uma camada de software que opera entre o hardware e os programas aplicativos voltados ao usuário final. o É uma estrutura de software ampla, muitas vezes complexa, que incorpora aspectos de baixo nível (como drivers de dispositivos e gerência de memória física) e de alto nível (como programas utilitários e a própria interface gráfica). 2

3 Visão de S.O. 3

4 Abstração de Recursos o Cada hardware tem sua particularidade... o Cabe ao S.O. gerenciar as particularidades do hardware o Um processador de texto não deve deter o conhecimento de como gravar um arquivo (disquete, cartão de memória, pen drive, HD’s...) 4

5 Cabe ao S.O. o Prover interfaces de acesso aos dispositivos, mas simples de usar que as interfaces de baixo nível. o Tornar os aplicativos independentes do hardware. o Definir interfaces de acesso homogêneas para dispositivos com tecnologias distintas. 5

6 Gerência de Recursos o Cabe ao S.O. definir políticas para gerenciar o uso dos recursos de hardware pelos aplicativos, e resolver eventuais disputas e conflitos. o Uso de processador... o Acesso a disco... o Memória... 6

7 Conceitos Principais - Introdução Sistema Computacional: 1 ou + processadores, memória principal, discos, impressoras, teclado, monitor, interface de rede e outros dispositivos de entrada e saída. Dados (Entradas) Processamento Resultado: Informação (Saídas) Etapas básicas de um processamento de dados. CPU Unidade de Controle ULA Registradores Memória principal Barramento Dispositivo de E/S ImpressoraDisco 7

8 Conceitos Principais - Introdução 6/5/2015Introdução 8 Sistema Operacional: responsável por gerenciar todos os componentes de hardware, dispositivos de E/S e fornecer aos programas do usuário uma interface com o hardware mais simples. Área de atuação do S.O. 8

9 Conceitos Principais - Introdução 6/5/2015 Dispositivos físicos – C.I.s, placas, fios, fontes,... Registradores (int. da CPU), caminho de dados,... L.M. tem entre 50 e 300 instruções. RISC e CISC. Camada que oculta o hardware para facilitar os níveis superiores do modelo. Ex.: “leia bloco do arquivo X” – aplicação não se preocupa com sincronização da cabeça de leitura do HD, movimentação dos discos e cabeças e etc. São fornecidos juntos com o S.O. mas não fazem parte do S.O. Aplicações de uso comum ou específico pelos usuários. 9

10 Conceitos Principais - Introdução 6/5/2015 10 Sistema Operacional ? S.O. como máquina estendida: apresentar ao usuário o equivalente a uma máquina estendida ou máquina virtual mais fácil de programar do que o hardware. O sistema operacional oferece uma série de serviços que os programas podem obter usando instruções especiais conhecidas como chamadas ao sistema. S.O. como gerenciador de recursos: fornecer uma alocação ordenada e controlada de processadores, memórias e dispositivos de E/S entre vários programas que competem por eles. 10

11 Conceitos Principais - Introdução 6/5/2015Introdução 11 Sistema Operacional ? S.O. como gerenciador de recursos: Ex.: Três programas solicitando impressão simultâneamente. Sem intervenção do S.O.  uma impressão desordenada com trechos de vários conteúdos em uma mesma folha. Com intervenção do S.O.  uma impressão ordenada com conteúdos correspondentes de cada programa. 11

12 Conceitos Principais - Introdução 6/5/2015Introdução 12 Sistema Operacional ? S.O. como gerenciador de recursos: Compartilha recursos de duas maneiras: 1)No tempo: dois programas tentando executar algum processo na CPU simultaneamente. 2)No espaço: dois programas alocados na memória RAM simultaneamente e sendo gerenciados pelo S.O.. 12

13 Introdução - Evolução 6/5/2015Introdução 13 Marco 1 13

14 Introdução - Evolução 6/5/2015 14 Marco 2 Cada fabricante com dois tipos de produtos: -Público científico (ciência e engenharia) -Público comercial (bancos, seguradoras,...) Problemas de compatibilidade e atualizações nos produtos Solução da IBM  unificar as soluções (System/360) - Novo problema: CPU ociosa até 90% do tempo aguardando retorno de um dispositivo de E/S. 14

15 Introdução - Evolução 6/5/2015Introdução 15 Marco 2 Solução da IBM  unificar as soluções (System/360) - Novo problema: CPU ociosa até 90% do tempo aguardando retorno de um dispositivo de E/S. Solução: Dividir a memória em várias partes e colocar mais jobs. Enquanto um job espera E/S, outro job pode ser processado pela CPU. 15

16 Introdução - Evolução 6/5/2015Introdução 16 Marco 3 S.O. modernos  MS-DOS / Macintosh / Windows /... Sistemas Operacionais de Rede: usuários sabem da existência de vários computadores e podem conectar-se as máquinas remotas. Sistemas Operacionais Distribuídos: usuários não sabem da existência de vários computadores. 16

17 Introdução - Tipos 6/5/2015Introdução 17 Sistemas Operacionais de Computadores de Grande Porte Sistemas Operacionais de Servidores Sistemas Operacionais de Multiprocessadores Sistemas Operacionais de Computadores Pessoais Sistemas Operacionais de Tempo Real Sistemas Operacionais Embarcados Sistemas Operacionais de Cartões Inteligentes 17

18 Introdução – S.O. e Hardware 6/5/2015Introdução 18 Processadores 18

19 Introdução – S.O. e Hardware Pipeline: dividir a execução das instruções em estágios. As mais novas implementações possuem acima de 12 estágios de paralelismo. Busca da instrução Busca da instrução Decod. da instrução Decod. da instrução Busca do operando Busca do operando Exec. da instrução Exec. da instrução Gravação S1 S2 S3 S4 S5 S1: t1 – t2 – t3 – t4 – t5 – t6 – t7 – t8 – t9 S2: t1 – t2 – t3 – t4 – t5 – t6 – t7 – t8 S3: t1 – t2 – t3 – t4 – t5 – t6 – t7 S4: t1 – t2 – t3 – t4 – t5 – t6 S5: t1 – t2 – t3 – t4 – t5 Tempo ---> Latência: tempo de demora para executar uma instrução. 19

20 Introdução – S.O. e Hardware 6/5/2015Introdução 20 Pipeline duplo: a partir do 486 a Intel lança em seus processadores essa arquitetura. Busca da instrução Busca da instrução Decod. da instrução Decod. da instrução Busca do operando Busca do operando Exec. da instrução Exec. da instrução Gravação S1 S2 S3 S4 S5 Decod. da instrução Decod. da instrução Busca do operando Busca do operando Exec. da instrução Exec. da instrução Gravação 20

21 Introdução – S.O. e Hardware 6/5/2015 Pipeline com múltiplas unidades funcionais: a partir do Pentium II a Intel lança em seus processadores essa arquitetura. Busca da instrução Busca da instrução Decod. da instrução Decod. da instrução Busca do operando Busca do operando ALU Gravação S1 S2 S3 S4 S5 ALU LOAD STORE Ponto Flutuante Ponto Flutuante 21

22 Introdução – S.O. e Hardware 6/5/2015Introdução 22 Memórias 22

23 Introdução – S.O. e Hardware 6/5/2015Introdução 23 -Memória CACHE: -Conceito – as palavras de memória usadas com mais frequência são mantidas em uma memória intermediária chamada: cache. -Quando a CPU precisa de uma palavra ela examina primeiro a cache. -Somente se a palavra não estiver na cache a memória principal é utilizada. -Se uma fração substancial das palavras estiver na cache, o tempo de acesso médio pode ser muito reduzido. -Logo, desempenho depende da cache. Memória CACHE 23

24 Introdução – S.O. e Hardware 6/5/2015Introdução 24 -Acesso dos programas na memória: -Programas não acessam suas memórias em total aleatoriedade. -Se uma dada referência à memória for para o endereço A, é muito provável que a próxima referência à memória estará na vizinhança geral de A. -Por que a desfragmentação de dados é importante? -Este processo faz com que instruções e dados de um programa fiquem próximos uns dos outros agilizando a leitura. Memória CACHE 24

25 Introdução – S.O. e Hardware 6/5/2015Introdução 25 -Princípio da localidade: -um programa acessa uma porção relativamente pequena do espaço endereçável em um instante qualquer. Localidade temporal: Se um item é referenciado, ele tenderá a ser referenciado novamente. Localidade espacial: Se um item é referenciado, itens cujos endereços são próximos a este, tenderão a ser referenciados também. Idéia geral: quando uma palavra for referenciada, ela e algumas de suas vizinhas sejam trazidas da memória grande e lenta para a cache. Memória CACHE 25

26 Introdução – S.O. e Hardware 6/5/2015Introdução 26 Alternativa em alguns sistemas: Referenciar a cache e memória principal ao mesmo tempo para ganhar tempo caso a cache não tenha a palavra desejada. Conceitos embutidos: - cache miss: sinalizar que o dado não foi encontrado e seguir o processo de busca na memória principal; - cache hit: sinalizar que o dado foi encontrado na cache e bloquear a busca na memória principal. Problema: - implantação deste modelo mais complicada em termos de arquitetura. Memória CACHE 26

27 Introdução – S.O. e Hardware 6/5/2015Introdução 27 Princípio da localidade (outras considerações): -Memórias são divididas em blocos de tamanho fixo; -Blocos dentro da cache são chamados de linha de cache; -SE (busca na cache falhar) ENTÃO -TODA a linha de cache é carregada da memória principal para a memória cache e não apenas a palavra que se quer. -Ex.: -Linha de cache de 64 bytes. -Referência ao endereço 260. -Qual bloco de endereço será carregado para a cache? -256 ao 319 0 – 63 64 – 127 128 – 191 192 – 255 256 – 319 Escala de endereços. 260 está neste bloco. Memória CACHE 27

28 Introdução – S.O. e Hardware 6/5/2015Introdução 28 Comparativo RAM e ROM: TipoCategoriaModo de apagarVolátilUtilização típica SRAMLeitura/escritaElétricoSimCache nível 2 DRAMLeitura/escritaElétricoSimMem. Princ. Antiga SDRAMLeitura/escritaElétricoSimMem. Princ. Nova ROMSomente leituraNão é possívelNãoDispositivos em geral PROMLeitura/escrita 1 vezNão é possívelNãoDispositivos em geral EPROMLeitura/escritaLuz UVNãoProtótipos EEPROMLeitura/escritaElétricoNãoProtótipos FlashLeitura/escritaElétricoNãoMemory card / pen- drive 28

29 Introdução – S.O. e Hardware 6/5/2015Introdução 29 Disco Rígido 29