PRISCILA SALETE INÁCIO GARCIA ID #:UAM19270SSY27118 OPERATING SYSTEM

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1 PRISCILA SALETE INÁCIO GARCIA ID #:UAM19270SSY27118 OPERATING SYSTEM Um documento apresentado à Faculdade de Ciências e Engenharia, Atlantic International University, em cumprimento parcial dos requisitos para a concessão do Grau de Bacharel/ Mestrado Tecnologia da Informação ATLANTIC INTERNATIONAL UNIVERSITY Honolulu, Havaí 1

2 Table of Contents 1.Introdução História e Visão Geral Princípios de Design...5 Tipos de Sistema...5 Sistema Monoprogramavéis/Monotarefa...5 Sistema Multiprogramáveis/Multitarefa...6 Sistema com Multiprocessador...7 Mecanismo de apoio modelo cliente-servidor, dispositivos portáteis...7 Métodos de estruturação...7 Arquitectura de sistema...9 Sistema monolítico...9 Sistema de camadas...9 Sistema modulares Concorrência...10 O problema da exclusão mútua e algumas soluções...10 Modelos e mecanismos...10 Monitores...10 Produtor-consumidor problema e sincronização...10 Questões multiprocessador (Reentrância) Programação e despacho...12 Processos Gerenciamento de memória Segurança e protecção...14 Visão Geral do sistema de segurança...14 Política / mecanismo de separação...14 Protecção de acesso, autenticação...15 Criptografia Sistema de arquivo Conclusão Bibliografia

3 1. Introdução Para se comunicar com o usuário, todo computador precisa de uma interface, por isso foi desenvolvido uma interface chamada Sistema Operativo, ou como os brasileiros chamam, Sistema Operacional, uma interface que é um conjunto de programas que faz o gerenciamento dos recursos do sistema de Hardware e Software e perifericos. O principal objectivo dos Sistemas Operativos é fazer o controlo e gerenciamento do Hardware e Software, ele faz o controle dos processos na CPU. 3

4 2. História e Visão Geral Os primeiros computadores, assim com o ENIAC não tinham SO, as intruções eram dadas por meio de chaves, fios e cartões perfurados junto com copiladores como Fortan e Cobolen, em que o operador usava uma linguagem JCL (job control language) para inserir as tarefas. Um dos primeiros SO foi CTSS (compatible time sharings ) desenvolvido no MIT sob a direção de Fernando José Corbató, neste SO foi adaptado a técnica de time sharing, técnica que tem como objectivo a percepção do usuário dos processos, fazendo alternância entre os diferentes processos, técnica esta que é até hoje tem sido empregada. Um dos SO mais conhecido hoje em dia, o Unix foi derivado do CTSS, o Unix é um sistema multiusuário, de inicio programado em linguagem de alto nivel (EPL) que foi um grande feito nos avanços das tecnlogias de programação, porque antes a maioria dos SO sua programação era feita em assembly. Em 1973 Dennis Ritchie e Ken Thompson, reinscreveram o projecto, dessa vez usando a linguagem C, mas adiante começaram a ser distribuidos usando BSD, e foi interessante notar que grande parte dos SO que conheço se derivaram do Unix, tal como o Linux, o SO que de momento uso, acho muito bom, o MAC OS X, que também uso, IRIXG e HP UX, entre outros. 4

5 3. Princípios de Design Ao conceber um Sistema Operativo é levado em conta o Hardware para o suportar. Os primeiros SO eram Monotarefa, quer dizer, só executavam um único programa a cada vez, qualquer outra aplicação para ser executada tem de esperar o programa em execução terminar. Tipos de Sistema Sistema Monoprogramavéis/Monotarefa Á princípio como disse, neste tipo de sistema o SO executa apenas um programa cada vez. Ao longo do tempo foram perdendo uso, mas com o desenvolvimento de PC (computador pessoal) voltaram a ser aplicados, isso porque os computadores daquela altura tinham pouca capacidade de armazenamento. Tarefa CPU Memória E/S Ilustração 1 Sistema Monoprogramáveis/Monotarefa 5

6 Como ilustrado acima, nos sistemas Monoprogramáveis/Monotarefa, enquanto está processar uma tarefa todos os dispositivos estão simplesmente a espera daquela tarefa, ficando assim sem executar qualquer outro processo, tendo um grande disperdício de Hardware. Sistema Multiprogramáveis/Multitarefa Diferente dos sistemas Monoprogramávies/Monotarefa, nos sistemas Multitarefa os recursos e dispositivos são compatilhados entre vários usuários e aplicações, quer dizer, enquanto um programa está a espera de processo ou evento, nesse espaço de tempo outro programa pode ser executado. Neste tipo de sistema o SO faz um gerenciamento em que há vários acessos aos diversos recursos de uma forma ordeira. Claro, uma das grandes vantagens neste sistema é o compartilhamento dos recursos do sistema entre várias aplicações, isso signfica fazer várias coisas com os mesmos recursos e dispositivos, diminuindo assim o custo, porque pelo contrário teriamos de ter outros recursos como o processador, memória e periféricos para executar outras tarefas. CPU Memória E/S Tarefa Tarefa Tarefa Tarefa Tarefa Ilustração 2 Sistemas Multiprogramáveis/Multitarefa 6

7 Quanto ao número de usuário os sistemas Multiprogramáveis/Multitarefa podem ser dividios em monousuário e multiusuário. Pelo seu recurso de multitarefa os sistemas Multiprogramáveis/Multitarefa a sua implementação é mais complexa que o sistema Monoprogramáveis/Monotarefa, e uma desvantagem é que a memória e o processador são subtilizados, em outras palavras, os recursos que sistema tem a oferecer não são bem aproveitados. Entretanto, de acordo com o gerenciamento das aplicações, os sistemas multiprogramáveis/multitarefa são classificados em sistemas de tempo compartilhado, batch e de tempo real. Sistema com Multiprocessador Esse sistema consiste em ter duas ou mais CPU (processador) ligadas entre si, é interessante que neste sistema um programa pode ser dividido em vários processos e ser executado ao mesmo tempo em mais de um processador,, ou até mesmo vários programas e serem executados ao mesmo tempo. O funcionamento desse sistema consiste na comunicação entre as CPU e a partilha de memória e dispositivos. Mecanismo de apoio modelo cliente servidor, dispositivos portáteis Basta entender bem o sistema de micro kernel que também podemos entender o modelo clienteservidor. Pelo entendimento que tive do sisteam micro kernel (falarei mais adiante sobre micro kernel) pude perceber que no modelo cliente servidor alguns recursos estão separados do núclo, como o acesso a rede, memória e sua implementação é como aplicativos fornecendo serviços para utilitários e usuários. Métodos de estruturação o núcleo ou kernel é o centro do SO, é a ligação entre os aplicativos e o Hardware, nele é feito o gerenciamento do sistema, tais como a comunicação e acesso. Para entendermos como o núcleo realiza a sua gerência vamos dividir em partes, definindo cada um deles, que são: Gerenciamento de dispositivos, gerenciamento de memória, gerenciamento de processo e chamada do sistema. 7

8 Usuário Utilitário Kernel Hardware Gerenciamento de Arquivos: Tem a responsabiblidade de prover permissão ou bloqueio ao acesso as informações. Gerenciamento de dispositivos: Para realizar funções, os aplicativos requisitam ao kernel, processo que envolve periféricos ligados ao computador, o kernel tem de permitir que tenham acesso á memória. Gerenciamento de processos: O kernel é que define quando e qual processo vai aceder a memória, e permitir a execução de aplicativos. Acontece que alguns sistemas permite a cada processo dizer ao kernel quando ele pode rodar outro 8

9 processo, processando assim sem interrupção. Neste sistema usa se multitarefa de cooperação. Arquitectura de sistema Sistema monolítico Neste sistema, tem um conjunto de programas que podem fazer chamada entre si mesmos e aplicativos. Em parte, são vários processos que juntos (ou linkados) produzem um único e grande programa. Sistema de camadas neste sistema o SO esta dividido em camadas, em que cada módulo é partilhado as funções com outros módulos. Sistema modulares esta área coordena as mensagens entre os componentes do sistema. 9

10 4. Concorrência Nos sistemas multiprogramáveis em que se executa tarefas em paralelo com operações de E/S a concorrência é importante para projecção e implementação desse tipo de SO. O problema da exclusão mútua e algumas soluções Para evitar que dois processos tenham acesso a uma seção crítica, isto é acesso simultanêo ao mesmo recurso partilhado, para evitar isso usa se a tecnica de exculusão mútua. Algumas formas de implementar a exculsão mútua é o uso de semáfores, com os semáforos podemos ter dois estado 0 (down) e 1 (up), quando um processo deseja aceder a sua região crítica ele executa uma instrução (ou protocolo) 0 (down), se o semáforo sinalizar 1 então este processo pode executar sua operação, o outro processo que tentar aceder neste caso, fica em espera, quando o processo corrente termina sua execução na região crítica ele disponibiliza o código 1 (Up), desta forma o semáforo sinaliza 1 (up) de modo que outro processos em espera possa executar sua tarefa. Outras possiblidades para implementação da exculsão mútua é a solução de Hardware em que se desablita as interrupções, quando o processo esta para entrar na região crítica desablita as interrupções, quando termina hablita as. Outra é solução de Software, usando test and set com as variaveis X e Y. Modelos e mecanismos Monitores Esse é um mecanismo de alto nivel implementado pelo compilador formado por procedimentos e variáveis encapsuladas dentro de um módulo. É definido dado lhe um nome, faz se a declaração de variaveis locais, para o acesso a uma região crítica o processo fará uma chamada a um dos procedimentos do monitor, quando ocupado fica em espera na fila. Neste mecanismo a exculsão mútua é aplicada automaticamente, facilitando o desenvolvimento de aplicações concorrentes. Outro mecanismo implementado é o semáforo, não vou repetir aqui porque já fiz uma consideração de dele no tema acima. Produtor consumidor problema e sincronização Neste problema usa se 3 semáforos, para fazer a exculsão mútua tem MUTEX iniciando com 1 e dois contadores para sincronização condicional. 10

11 O processo produtor produz informações que é consumida por outro processo, que é nomeado consumidor. Questões multiprocessador (Reentrância) Em um sistema multiprogramáveis é comum acontecer que vários usuários acedam a vários aplicativos simultaneamente, visto que cada processo ao iniciar vem com seu código executável para memória, sendo assim teriamos vários usuários acendo ao mesmo aplicativo e várias cópias de código executável de um mesmo aplicativo na memória, criando assim redundância. Para evitar essa situação, é aqui em que aparece a reentrância, que é a partilha de um código executável (código reentrante) por vários usuários, desta forma fica apenas uma cópia do programa em memória. Acontece que o código reentrante é partilhado em partes, em que cada usuário tem uma parte diferente do código reentrante manipulando dados próprios. usado. Algumas das aplicações que usam o código reentrante são os editores de texto, porque é muito 11

12 5. Programação e despacho Agendamento preemptivo e não preemtivo O agendamento é baseado em prioridade, basicamento o que esta pronto para executar e que tem maior prioridade, podendo interromper e retomar os processos em execução. Programador e políticas Processos Podemos definir processo, de uma forma leve, como sendo o executor dos comandos dos aplicativos ou programas, sendo assim, os processos em execução são controlados pelos usuários ou pelo próprio sistema operacional, bem mais fácil que eu entendo é que um programa de computador a ser executado. Basicamente um processo é formado por uma imagem do código executável associado a um programa, esse código executável esta localizado na memória. É preciso entender que desde a criação de um processo até a sua execução final, ele passa por diversos estados que são: (Aguardando uma entrada de dados) Suspenso Executando Terminado Pronto (Aguardando escalonador de processo) Esperando (Dependendo de um evento) Com o PCB (Process Control Blocks, ou Blocos de Controle de Processos) o SO reúne todas as informações ao longo das mudanças de estado de cada processo Ém um sistema multitarefa, é possível que vários processos serem executados ao mesmo tempo Prazos e em tempo real, as questões. 12

13 6. Gerenciamento de memória É importante o gerenciamento de memória pelo facto de vários processos compartilharem a mesma memória, para é necessário organização e acessibilidade. Nos SO o módulo que faz o gerenciamento da memória tem o nome de Gerente de memória, seu gerenciamento envolver fazer gerenciamento do espaço em uso, quanto livre tem, fazer a troca de memória, quer dizer por exemplo, mudar da memória principal para outra memória. Existe gerenciamento de memória que movimenta os processos entre as memória, e tem sistema que não faz isso. Gerenciamento de memória com bit maps É um mapeamento em uma tabela binária, onde cada bit é a localização da memória, em que 0 representa que a posição de memória esta livre e 1, que esta ocupada. Outra forma de gerenciamento de memória é com lista encadeada, que consista numa lista de todos segmentos livres e onde estão alocados. 13

14 7. Segurança e protecção Visão Geral do sistema de segurança Certo dicionário define segurança com ato ou efeito de segurar e podemos acrescentar, que é uma situação de estar protegido do perigo ou da perda. Tendo em mente essa definição, porque precisamos de segurança no SO? Informática é a técnica de processamento de informação por meio de máquinas, neste caso o computador, nesta era da tecnologia, a informação é uma ferramenta para o desenvolvimento, porque é formação, educação e quem tem formação tem poder desto modo fazemos tudo o que é preciso para protege la. Protege la de que? Numa era como esta, não falta pessoas maliciosas, que só tem como objectivo roubar, destruir e modificar as informações, por este motivo temos de proteger. A ameça pode ser interna e externa, certa pesquisa diz que 85% dos ataques são internos e 15% externos. Quatro aspectos regem a segurança e proteção no sistema Operacional ou em qualquer outro sistema que são: Na segurança de informação pode haver meios termos, ou é bom ou é mau, e dos princípos básicos é segurança e a defesa, não deve esperar ataques de meios internos ou externos para se proteger, quando se tem um sistema a primeira coisa a aplicar são os quatros princípios, e acima de tudo a defesa. O SO deve proporcionar segurança e proteção para os dados armazenados na memória principal durante os processos, aplicando mecanismos de proteção, implementando níveis de acesso, para isso tem de agrupar os usuários pelos perfis e controle da partilha e sincronização de comunicação. Política / mecanismo de separação A maior ameça do computador é o proprio usuário. Com os usuários agrupados e níveis de acesso já pode haver mais controlo, que lugares cada usuário pode acessar. Falando de usuário, todos sabemos que todo SO para usarmos o computador ele criar um usuário, que é autenticação de usuário. 14

15 Protecção de acesso, autenticação Por exemplo no Windows temos as contas de usuário, por acesso e permissão, Administrador, que tem o controle total, usuários de ler, gravar e alterar e a conta convidado que depedendo da configuração do administrador pode ser sem password, que as vezes é inseguro. Modelos de protecção Um modelo de proteção que sempre me deparei com ele no SO Windows, é Firewall, como nunca fiz muito uso do Windows nunca aprofundei o conhecimento, mas agora falando de segurança no SO acho que devo falar mais sobre isso. Firewall é uma política de segurança aplicado a um determinado ponto da rede que tem como objectivo regular o trafego de dados, bloquear acesso transrecepção não autorizado entre redes. Como bem diz a sua terminologia, Firewall que em português é parede, guarda fogo, ele dectecta e bloqueia qualquer acesso ou saída de dados nocivos. Como dispositivo de rede, o Firewall é composto de Criptografia Imagine, falar com alguém e só você ela podem entender o que estão a dizer, não seria interessante? Bem é possível, usando técnicas de criptografia. Este não é um conceito novo, criptografia já remota a séculos, por exemplo Júlio Cesar criou uma das técnicas mais classicas de criptografia, em que trocava as letras do alfabeto avançando 3 casas. A uns tempos usei essa técnica, só por passatempo, aprendi como faze lo, é divertido, mas um pouco frustante na hora de trocas as letras, mas é o segunte: Aqui temos o alfabeto comum A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U W Y X Z Actualmente a criptografia começou em 1976 com a criação DES ( Data Encryption Standard), bem distribuida começou no ano de 1978 com sistema RSA ( Rivest, Shamir, Adleman) com aplicações para transações financeiras e áreas de telecomunicação. A criptografia esta divida em duas partes que são: Criptografia de chave privada simétrica e chave pública assimétrica. A criptografia é aplicada pela privacidade da informação, normalmente quando queremos privacidade na informação é porque queremos que ela não sejá acedida por pessoas que sem autorização. Ela também é aplicada pela integridade da informação, pela segurança dados confidênciais não podem ser alterados, mesmo que seja interceptada. Em muito coisa em termo de segurança ela pode ser aplicada, seja nas transações ou na partilha de rede, mas vamos analisar a criptografia na área dos SO. 15

16 8. Sistema de arquivo A forma de organização dos dados em uma unidade de armazenamento em que os dados são rotulados com FCB (File Control Block, Bloco de Controle de Arquivo), alistados pelas suas posições, essa lista é chamada de MFT (Master File Table, Tabela de Arquivos Mestre). Por sua vez, o SO acede a esse sistema de arquivo e decodifica ou codifica a informação, realiza outras tarefas como gravação. Até mesmo o sistema de arquivo esta particionado, em que uma parte coleta e armazena, outra tem uma estrutura de diretórios que rotula os arquivos, desta forma fornece informações de todo sistema. Arquivo é um tipo abstrato de dados que possui nome, este atributo é óbvio, identificador que é rotulado por um número, a tipologia do arquivo, posição, tamanho do arquivo, segurança e informações actualizadas sobre quando foi criado e por quem, etc. Alguns dos sistemas de arquivo conhecidos são: UNIX (FreeBSD, OpenBSD, Linux, Solaris, etc.)* UFS Ext Ext2 Ext3 Ext4 SWAP Reiser HPFS JFS XFS *(fonte Wikipédia). A vantagem do sistema de arquivo é que organiza os dados de uma maneira que seja acessível deacordo com as funções e objectivo do sistema. 16

17 9. Conclusão Gostaria de falar mais sobre SO, este tema mostrou s muito interessante ao longo dos estudo. Acho que se pudesse, ficava dois meses analisar por mais tempo os SO. Já usei os 3 sistemas mais populares, e dentre eles, acho que me sinto mais segura com o Linux, mas em termos de gráfico o Windows me atrai mais, o Mac acho que para mim é muito mais técnico, além de que nunca usei tanto tempo com os dois primeiros. Aprendi que os primeiros sistemas eram monotarefas, quer dizer só executavam uma tarefa por vez, se até hoje os sistemas fossem assim, seriam tédioso e com muito custo, mas para evitar isso foram desenvolvido os sitema multitarefas Foi interessante aprender que o Unix é o pai da maioria dos sistemas que hoje conhecemos. O estudo me levou a compreender a arquitectura de um típico SO, pude entender o conceito de processo, como o SO interage com a memória, foi de grande ajuda e com certeza aumentei muito em conhecimento. Agora já posso dizer que estou a me aprofundar na Informática. Aprendi que o sistema deve possuir mecanismo de proteção para todas as áreas do sistema. 17

18 10. Bibliografia sistemas operacionais# para a exclusao mutua e segurana de sistemas operacionais manual/estruturas logicas sistema fat.html 2S2006/Prjt_SO/semaphor.html e segurana de sistemas operacionais 18