Tecnólogo em Análise e Desenvolvimento de Sistemas. Sistemas Operacionais (SOP A2)

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1 Tecnólogo em Análise e Desenvolvimento de Sistemas Sistemas Operacionais (SOP A2) Visão Geral Referências: Sistemas Operacionais Modernos. Andrew S. Tanenbaum. Editora Pearson. 3ª ed Seção: 1.1 Arquitetura de Sistemas Operacionais. F. B. Machado, L. P. Maia. Editora LTC. 4ª ed Seções: 1.1, 1.2, 1.3, 1.5

2 INTRODUÇÃO Sistema computacional moderno é composto por: Um ou mais processadores; Memória principal; Disco rígido; Impressora; Teclado, mouse, monitor, interface de rede e outros dispositivos de entrada e saída.

3 INTRODUÇÃO Portanto, um sistema computacional moderno é complexo! Imagine se cada programador tivesse que entender como tudo isso funciona em detalhes, seria muito difícil escrever um código. Gerenciar todos esses componentes e usálos de maneira otimizada é um trabalho extremamente difícil.

4 INTRODUÇÃO Por isso, os computadores possuem um software denominado sistema operacional, cuja função é fornecer aos programas de usuário um modelo de computador melhor, mais simples e mais limpo e lidar com o gerenciamento de todos os recursos.

5 INTRODUÇÃO

6 INTRODUÇÃO A parte inferior é formada pelo hardware (placas, discos, teclado, monitor, etc) e na parte superior do hardware está o software (sistema operacional). A maioria dos computadores possuem dois níveis de operação: modo núcleo (ou também chamado de modo supervisor) e modo usuário.

7 INTRODUÇÃO O sistema operacional opera em modo núcleo. Tem acesso completo a todo o hardware e pode executar qualquer instrução que a máquina seja capaz de executar. O restante dos softwares operam em modo usuário. Apenas um subconjunto de instruções está disponível.

8 INTRODUÇÃO Assim, o sistema operacional opera diretamente no hardware e fornece a base para todos os outros softwares. Uma distinção importante entre o sistema operacional e o software normal (modo usuário): Se o usuário não gostar de um leitor de , ele pode utilizar outro, mas não lhe é permitido escrever seu próprio manipulador de interrupção do relógio, que é parte do sistema operacional.

9 INTRODUÇÃO Duas funções básicas do sistema operacional: Facilitar o acesso aos recursos do sistema (por ex.: leitura de um arquivo em disco) e, Permitir o compartilhamento dos recursos de forma organizada e protegida (por ex.: impressão de um documento).

10 Tipos de Sistemas Operacionais Sistemas monoprogramáveis ou monotarefa Sistemas multiprogramáveis ou multitarefa Sistemas com múltiplos processadores

11 Sistemas Monoprogramáveis/Monotarefa Execução de um único programa. Qualquer outra aplicação, para ser executada, deveria aguardar o término do programa corrente. O processador, a memória e os periféricos permaneçam exclusivamente dedicados à execução de um único programa.

12 Enquanto um programa aguarda por um evento, como a digitação de um dado, o processador permanece ocioso, sem realizar qualquer tipo de processamento. A memória é subutilizada caso o programa não a preencha totalmente. Os periféricos (discos e impressoras) estão dedicados a um único usuário, nem sempre utilizados de forma integral.

13 Enquanto um programa aguarda por um evento, como a digitação de um dado, o processador permanece ocioso, sem realizar qualquer tipo de processamento. A memória é subutilizada caso o programa não a preencha totalmente. Os periféricos (discos e impressoras) estão dedicados a um único usuário, nem sempre utilizados de forma integral.

14 Comparados com outros sistemas, os sistema monotarefas são de simples implementação e não possuí muita preocupação com problemas de compartilhamento de recursos (memória, processador e dispositivos de E/S).

15 Sistemas Multiprogramáveis/Multitarefa É uma evolução dos sistemas monoprogramáveis. Os recursos computacionais são compartilhados entre os diversos usuários e aplicações. Nesse tipo de sistema, enquanto um programa espera por uma operação de leitura ou gravação em disco, outros programas podem estar sendo processados neste intervalo de tempo (compartilhamento de memória e do processador).

16 O sistema operacional se preocupa em gerenciar o acesso concorrente aos seus diversos recursos, como memória, processador e periféricos, de forma ordenada e protegida, entre os diversos programas. Implementação muito mais complexa em comparação aos sistemas monoprogramáveis. Vantagens: Redução de custos em razão de permitir o compartilhamento dos diversos recursos entre as diferentes aplicações. Na média, permite a redução do tempo total de execução das aplicações.

17 Os sistemas multiprogramáveis podem ser classificados quanto ao número de usuários: Monousuário ou multiusuário. Monousuário: computadores pessoais onde há apenas um único usuário interagindo com o sistema. Nesse caso existe a possibilidade da execução de diversas tarefas ao mesmo tempo, como a edição de um texto, uma impressão e o acesso à Internet. Multiusuário: são ambientes que permitem que diversos usuários se conectem simultaneamente ao sistema.

18 Classificação dos sistemas multiprogramáveis quanto ao número de usuários. Um usuário Dois ou mais usuários Monoprogramáveis/Monotarefa Monousuário N/A Multiprogramáveis/Multitarefa Monousuário Multiusuário

19 Os sistemas multiprogramáveis também podem ser classificados pela forma que suas aplicações são gerenciadas: Sistemas batch. Sistemas de tempo compartilhado; Sistemas de tempo real.

20 Sistemas batch: foram os primeiros tipos de sistemas operacionais multiprogramáveis a serem implementados na década de Os programas eram submetidos para execução através de cartões perfurados e armazenados em disco ou fita, onde aguardavam para ser processados. Posteriormente, em função da disponibilidade de espaço na memória principal, os programas eram executados, produzindo uma saída em disco ou fita.

21 Não exige interação do usuário com a aplicação. Todas as entradas e saídas de dados da aplicação são implementadas por algum tipo de memória secundária, geralmente arquivos em disco. Aplicações: Programas envolvendo cálculos numéricos. Compilações. Ordenações. Backups. E todos aqueles onde não é necessária a interação com o usuários.

22 Sistemas de tempo compartilhado (time-sharing): permitem que diversos programas sejam executados a partir da divisão do tempo do processador em pequenos intervalos, denominados fatia de tempo (time-slice).

23 Caso a fatia de tempo não seja suficiente para a conclusão do programa, esse é interrompido pelo sistema operacional e substituído por um outro, enquanto fica aguardando por uma nova fatia de tempo. Geralmente, sistemas de tempo compartilhado permitem a interação dos usuários com o sistema através de terminais (vídeo, teclado e mouse).

24 A maioria das aplicações comerciais atualmente são processadas em sistemas de tempo compartilhado: oferecem tempos baixos de respostas a seus usuários e; menores custos em função da utilização compartilhada de diversos recursos do sistema.

25 Sistemas de tempo real (real-time): são implementados de forma semelhante aos sistemas de tempo compartilhado. O que caracteriza a diferença entre os dois tipos de sistemas é o tempo de resposta exigido no processamento das aplicações.

26 Sistemas de tempo compartilhado Sistemas de tempo real O tempo de resposta pode variar sem comprometer as aplicações em execução. O tempo de resposta deve estar dentro de limites rígidos, que devem ser obedecidos, caso contrário poderão ocorrer problemas irreparáveis.

27 Sistemas de tempo real não existe a ideia de fatia de tempo. Um programa utiliza o processador o tempo que for necessário ou até que apareça outro com mais prioridade. A prioridade de execução é definida pela própria aplicação e não pelo sistema operacional.

28 Aplicações: Controle de processos; Monitoramento de refinarias de petróleo; Controle de tráfego aéreo; Usinas termoelétricas e nucleares; qualquer aplicação onde o tempo de resposta é fator fundamental.

29 Sistemas com múltiplos processadores Possui dois ou mais processadores interligados e trabalhando em conjunto. Vários programas podem ser executados ao mesmo tempo ou um mesmo programa pode ser subdividido em partes para serem executadas simultaneamente em mais de um processador.

30 A evolução desse sistema deve-se, em grande parte, ao elevado custo de desenvolvimento de processadores de alto desempenho. Esses sistemas são classificados em relação a forma de comunicação entre os processadores e o grau de compartilhamento da memória e dos dispositivos de entrada e saída.

31 Sistemas com Múltiplos Processadores Sistemas Fortemente Acoplados Sistemas Fracamente Acoplados

32 Sistemas fortemente acoplados Existe apenas uma memória principal sendo compartilhada por todos os processadores; Dispositivos de entrada/saída são gerenciados por apenas um sistema operacional; São conhecidos como multiprocessadores.

33 Sistema fortemente acoplado

34 Sistema fracamente acoplados Possui dois ou mais sistemas computacionais conectados através de linhas de comunicação; Cada sistema funciona de forma independente, possuindo seu próprio sistema operacional e gerenciando seus próprios recursos (processador, memória e dispositivos de entrada/saída); São conhecidos como multicomputadores.

35 Sistema fracamente acoplado

36 A taxa de transferência entre processadores e memória em sistemas fortemente acoplados é muito maior que nos fracamente acoplados.

37 Dúvidas?

38 Utilize o livro Arquitetura de Sistemas Operacionais para responder as questões (pág. 22): 1, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 20; Pesquise e responda as questões: 15 e 16.

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