É melhor desligar, hibernar ou suspender meu computador?

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1 É melhor desligar, hibernar ou suspender meu computador? Você já deve ter ouvido em desligar o computador, suspendê-lo (dormir) ou hiberná-lo. Mas o que cada uma dessas funções faz? Qual é a melhor escolha se vou ficar uma hora, cinco horas ou dias afastado do computador? Você já deve ter se deparado com uma situação que precisou sair por uma ou duas horas e teve que desligar o computador, levando bastante tempo na volta até conseguir retomar suas atividades. O fato é que suspendendo ou hibernando o computador o consumo de energia continua ocorrendo, porém de forma mais reduzida. Vamos ver o que faz cada uma dessas funções, suas recomendações e desvantagens: Suspender/Dormir Muitas vezes, o computador/notebook é automaticamente suspenso quando fica muito tempo inativo ou a tampa é fechada. Ou seja, quando a máquina é suspensa (ou posta para dormir), sua sessão é salva na memória e o computador continua ligado, porém com consumo lento. Este é o modo ideal para quem vai ficar uma ou duas horas afastado da máquina, pois a sessão é rapidamente reiniciada quando o computador/notebook acorda. Porém, é importante repetir que o computador continua ligado. Caso houver uma queda de energia ou a bateria acabar, todos os dados que estavam abertos serão perdidos. Também, não adianta reiniciar a máquina com um estado crítico de bateria restante. Veja bem se vale a pena colocar para dormir. Hibernar O modo de hibernação é semelhante ao de suspensão, porém as informações são salvas no disco rígido da máquina. Após, todo o computador é desligado. Quando a máquina for reiniciada,

2 todas as janelas que estavam abertas quando a hibernação foi feita estarão na área de trabalho, exatamente como foram deixadas. Como o computador é efetivamente desligado, a energia é economizada. Recomendado para quem vai se afastar algumas horas da máquina. O modo de hibernação requer certo tempo para ser desligado e depois retomado. É necessário ver se vale a pena hibernar o computador ou desligá-lo. Caso muitos aplicativos estejam abertos é melhor desligar, visto que o tempo de inicialização pode ser maior do que ligar o computador mais tarde e iniciálos novamente. Desligar Forma mais usual de encerrar o sistema. Como o próprio nome fala, o computador é totalmente desligado e não salva sua sessão em nenhum lugar. É uma boa solução caso seu computador esteja começando a ficar lento por ficar muito tempo ligado. Desligue seu computador caso for passar muito tempo afastado dos trabalhos. Fonte: Oficina da Net Virtualização VMWare e Xen A virtualização consiste na emulação de ambientes isolados, capazes de rodar diferentes sistemas operacionais dentro de uma mesma máquina, aproveitando ao máximo a capacidade do hardware, que muitas vezes fica ociosa em determinados períodos do dia, da semana ou do mês. Esse aproveitamento é maior devido à possibilidade de fornecer ambientes de execução independentes a diferentes usuários em um mesmo equipamento

3 físico, concomitantemente. Além disso, esse procedimento diminui o poder dos sistemas operacionais, que, muitas vezes, restringem o uso do hardware, quanto à utilização de software. Isso acontece porque softwares normalmente só rodam sobre o sistema operacional para o qual foram projetados para rodar. Diferentes sistemas operando em uma mesma máquina aumentam a gama de softwares que podem ser utilizados sobre o mesmo hardware. Essa técnica, muito empregada em servidores, ainda tem como vantagem oferecer uma camada de abstração dos verdadeiros recursos de uma máquina, provendo um hardware virtual para cada sistema, tornando-se também uma excelente alternativa para migração de sistemas. Classificações da Virtualização 1. Quanto à Arquitetura Nesse tipo de arquitetura, o Monitor de Máquina Virtual (MMV ou VMM) é implementado diretamente sobre o hardware hospedeiro, como indicado no esquema abaixo. Dessa forma, o monitor controla todas as operações de acesso requisitadas pelos sistemas convidados, simulando máquinas físicas com propriedades distintas, trabalhando de forma

4 isolada. Com isso, diferentes computadores virtuais operam sobre o mesmo hardware. Exemplos de Monitores desse tipo: VMM s XEN e VMWARE ESX SERVER 1.1 Tipo II A arquitetura Tipo 2 se caracteriza pela implementação o Monitor de Máquina Virtual sobre o sistema operacional instalado no hardware anfitrião e opera como um processo desse sistema operacional. O esquema que ilustra essa arquitetura segue abaixo: Vale observar que as operações que seriam controladas pelo sistema operacional do hospedeiro são simuladas pelo monitor para as máquinas virtuais. Exemplos de Monitores desse tipo: VMWARE SERVER e VIRTUALBOX 1.2 Arquitetura Híbrida Existe ainda a arquitetura híbrida, que reúne qualidades das duas arquiteturas anteriores. Nessa arquitetura, podem ser agregadas características da arquitetura tipo I à arquitetura tipo II ou o contrário. Tais mudanças são feitas habitualmente, pois a aplicação pura de apenas uma das arquiteturas citadas nos itens anteriores pode comprometer o desempenho da máquina virtual. Portanto, a hibridização tem por objetivo a otimização dos sistemas acima.

5 Exemplos de Monitores desse tipo: VIRTUAL PC e VIRTUAL SERVER Otimização para MMV de Tipo I: O sistema convidado acessa diretamente o hardware, através de modificações no sistema convidado e no monitor. Essa otimização é utilizada para algumas funcionalidades do Xen. Otimização para MMV de Tipo II: O sistema convidado acessa diretamente o SO real da máquina, sobre o qual funciona o monitor. Dessa forma, alguns sistemas virtuais não precisam ser inteiramente providos pelo monitor. No VMware, o sistema de arquivos do SO real é utilizado pelo sistema convidado, poupando o monitor de gerar um sistema similar na aplicação virtual. 2. Quanto à Técnica 2.1 Virtualização Completa Como o nome sugere, o hardware hospedeiro é completamente abstraído e todas as características de um equipamento virtual são emulados, ou seja, todas as instruções solicitadas pelo sistema convidado são interpretados no Monitor de Máquina Virtual. O sistema hospedado ignora a existência da máquina virtual e opera como se funcionasse diretamente sobre o sistema operacional para o qual foi projetado para funcionar.

6 2.2 Paravirtualização Nessa técnica, a máquina virtual não é idêntica ao equipamento físico original, para que o sistema hospedado possa enviar as instruções mais simples diretamente para o hardware, restando apenas as instruções de nível mais alto para serem interpretadas pelo MMV. Entretanto, esse procedimento requer que o sistema operacional convidado seja modificado para interagir com o MMV e selecionar quais instruções devem ser interpretadas nele ou diretamente no hardware hospedeiro. 2.3 Recompilação Dinâmica Na recompilação dinâmica, as instruções são traduzidas durante a execução do programa da seguinte forma: as instruções do programa são identificadas em forma de sequência de bits. Em seguida, as sequências são agrupadas em instruções mais próximas do sistema operacional hospedeiro. Por último, essas instruções são reagrupadas em um código de mais alto nível, que, por sua vez, é compilado na linguagem nativa do sistema hospedeiro. 2.4 Vantagens e Desvantagens de cada técnica A virtualização completa é mais flexível em termos de SO convidados, uma vez que este não precisa ser modificado para implementação dessa técnica. Todas as instruções são interpretadas pelo monitor de máquina virtual. Em compensação, essa interpretação de cada instrução provoca perda de desempenho de processamento, uma vez que o monitor de máquina virtual se utiliza de dispositivos de virtualização que atendem a uma gama de aplicativos e, por isso, possuem uma baixa especialização. Assim, não é possível ter o máximo desempenho desse aplicativo.

7 A paravirtualzação é menos flexível, pois carece de modificações no sistema operacional convidado, para que este possa trabalhar perfeitamente nas condições descritas em Porém, o fato de o sistema operacional convidado saber que opera sobre uma máquina virtual e, com isso, mandar as instruções mais simples diretamente para o hardware diminui a sobrecarga no MMV e permite uma maior especialização dos dispositivos de virtualização. Dessa forma os aplicativos operam mais próximos de sua capacidade máxima, melhorando seu desempenho em comparação à virtualização completa. Além disso, na paravirtualização, a complexidade das máquinas virtuais a serem desenvolvidas diminui consideravelmente. A recompilação dinâmica tem como principal vantagem a melhor adequação do código gerado ao ambiente de virtualização, que, com a compilação durante a execução, pode refletir melhor o ambiente original do aplicativo. Isso acontece porque durante a execução, há novas informações disponíveis, às quais um compilador estático não teria acesso. Dessa forma o código gerado se torna mais eficiente. Em contrapartida, essa técnica exige maior capacidade de processamento, visto que a recompilação acontece em tempo real de execução do programa. 3. Outras Classificações Os tipos de virtualização podem ainda ser divididos segundo os seguintes critérios: 3.1 Abstração do ISA (Instruction Set Arquiteture) Algumas máquinas virtuais utilizam-se dessa tecnologia, que consiste da total abstração do ISA, isto é, todas as instruções dos aplicativos que funcionam sobre a máquina virtual são traduzidas para instruções do sistema nativo. Essa técnica tem implementação simples e apresenta boa

8 flexibilidade. Em contrapartida, há uma grande perda de desempenho. São exemplos dessa tecnologia Bochs e Crusoe. 3.2 Hardware Abstraction Layer O monitor de máquina virtual simula todo o sistema de hardware para o aplicativo da máquina virtual. O aplicativo acredita estar funcionando diretamente sobre o hardware virtual. Tanto VMWare quanto Xen funcionam dessa maneira. 3.3 OS Level Nessa tecnologia utiliza-se uma chamada de sistema específica para a virtualização. Dessa maneira é possível isolar processos. Cada máquina é virtualizada com IP e recursos de hardware próprios. A virtualização ocorre a partir de um diretório criado exclusivamente para isso. Jail e Ensim são exemplos dessa forma de virtualização. Estágio Atual 1. Empregos da Virtualização Softwares podem ser usados para gerar abstrações de recursos (reais ou virtuais) de forma que eles pareçam ser diferentes do que realmente são. Essa possibilidade é no que consiste a virtualização. Esse conceito é estendido para ser executado em três frentes: virtualização de hardware, virtualização de sistema operacional e virtualização de linguagem de programação. Virtualização de hardware é a técnica que imita a máquina real. A máquina virtual executa em cima de um sistema operacional e outros sistemas operacionais podem ser executados em cima dela. O sistema abaixo da máquina pode ser um Monitor de Máquina Virtual ou um sistema operacional real.

9 Exemplos de sua utilização são VMware e Xen na plataforma x86. Virtualização de sistema operacional é a técnica que cria a simulação de um sistema operacional, mas é implementada em cima de outro sistema. Serve para resolver, sem muitos outros ganhos significativos, a necessidade de execução de aplicações em sistemas operacionais incompatíveis. O FreeBsd Jail e o User-mode Linux representam essa categoria. Outra forma de virtualização é a de linguagens de programação. Com ela é possível fingir que o computador se comporte diferente, ou seja, com outras instruções. A máquina virtual é responsável por executar o programa de acordo com esse comportamento fictício, do jeito que o usuário definir. Fica encarregada, portanto, de traduzir essas ações em ações do sistema operacional abaixo. Java e Smalltalk atuam nesse sentido. O esquema a seguir mostra um exemplo de cada forma de virtualização: A virtualização, no entanto, não é implementada sempre. Algumas funções específicas levam à escolha desse artifício, a seguir algumas delas serão apresentadas. Facilitar o desenvolvimento de softwares e sistemas operacionais Como a máquina real é simulada, um sistema operacional em evolução pode realizar testes sem o risco de danificar o material. Isso implica em uma maior liberdade para a criação desses sistemas. Os softwares, da mesma forma, podem ser testados em sistemas virtuais. Essa liberdade possibilita que as tecnologias possam ser muito testadas antes de serem comercializadas. A possibilidade de rodar mais de um sistema operacional na mesma máquina permite também que um processo possa comparar sua execução em diferentes sistemas operacionais.

10 Executar aplicações diversas na mesma máquina Não é raro que alguém necessite rodar aplicações voltadas para sistemas operacionais diferentes. A virtualização faz vários sistemas diferentes usarem a mesma máquina, e assim várias tarefas projetadas para sistemas incompatíveis podem ser executadas. Simular cenas fictícias Como a máquina virtual pode criar a ilusão de recursos reais, algumas situações críticas cujos tratamentos precisam de estudo podem ser simuladas para teste. Uma máquina virtual é criada e nela acontecem situações diferentes do mundo real, que serão usadas com algum objetivo específico. Suportar software legados As máquinas virtuais permitem que programas muito antigos, com funções muito específicas e de difícil adaptação, sejam executados sobre elas. Consolidar servidores Recentemente, a rápida evolução do poder computacional não foi acompanhada pela demanda por capacidade. Isso deixou muitos recursos ociosos, como servidores utilizando uma parte muito pequena de todo o seu poder. A virtualização atua para usar o máximo da capacidade da máquina, o que significa, na prática, diminuir custos com hardware. Prover serviços seguros e confiáveis A utilização de máquina virtual permite o fornecimento de serviços dedicados a clientes específicos. A inviolabilidade das máquinas virtuais se traduz em processos mais seguros, enquanto a dedicação de um ambiente de trabalho garante confiabilidade e disponibilidade. Atuar como honeypots contra hackers na Internet

11 Como o ataque a uma máquina virtual não compromete o sistema físico, é possível criar instâncias de máquinas virtuais para serem atacadas por hackers, de propósito. Essas máquinas são chamadas honeypots e servem para monitorar os possíveis ataques e criar meios de prevenção contra eles. 2. Ferramentas de Virtualização A virtualização é empregada através de ferramentas, que apresentam diferenças entre si e possuem suas vantagens e desvantagens. Atualmente há uma gama enorme de softwares livres e empresas que fornecem soluções com esse conceito. Abaixo, seguem duas tabelas, retiradas da monografia Virtualização de Sistemas Operacionais (ver fonte da imagem), mostrando as tecnologias de virtualização mais relevantes e suas principais características. Neste trabalho, detalharemos apenas as ferramentas VMWare e o Xen, por serem as mais relevantes no contexto atual, bem como estabeleceremos uma comparação entre estas tecnologias VMWare O VMWare consiste em toda uma infra-estrutura de virtualização, com diversos produtos que abrangem uma ampla área de setores do mercado. Desktops, por exemplo, têm funções diferentes de Data Centers, logo, mercados diferentes. O VMWare tem produtos que implementam a virtualização nesses e em outros ambientes. Os produtos são divididos em três categorias: virtualização de plataformas, infra-estrutura virtual e gestão e automação. Virtualização de plataformas Os produtos dessa categoria têm a função de criar e executar máquinas virtuais simultaneamente em uma única máquina física. O hardware a ser virtualizado indica a ferramenta necessária.

12 Para servidores: VMWare ESX Server e VMWare Server O VMWare ESX Server é capaz de abstrair processador, memória, armazenamento e recursos de rede em várias máquinas virtuais. Usado para a consolidação de servidores, proporciona altos níveis de desempenho, escalabilidade e robustez. Sua instalação é feita diretamente no hardware de servidor, provendo virtualização abaixo do sistema operacional. O servidor físico é particionado em várias máquinas virtuais, que são cópias do sistema completo. Nelas é possível executar sistemas operacionais e aplicações Windows, Linux, Solaris e NetWare sem qualquer modificação. Já o VMWare Server é um software grátis que cria máquinas virtuais no nível de aplicação de um servidor Windows ou Linux (um sistema operacional host ou hospedeiro). Com o VMWare Workstation, o usuário pode criar e executar várias máquinas virtuais em um único PC. A versão 6.0 suporta até 19 versões do Windows e 26 versões do Linux, o que torna a ferramenta alvo de desejo de todos os profissionais de TI. Nela também é possível configurar as máquinas virtuais através de uma ferramenta específica que compõe o produto. O VMWare Player é a versão gratuita desse serviço, que não possui algumas possibilidades de configuração encontradas na versão paga. O VMWare Fusion é equivalente ao VMWare Workstation mas atua sobre o sistema operacional MacOs. Infra-estrutura virtual O VMWare Infrastructure é um pacote de software que aplica virtualizações em vários níveis para gerenciar e otimizar data centers. Incluem os seguintes pacotes: VMWare ESX Server, VMWare VMFS, VMWare Virtual SMP e VMWare Virtual Center. O VMWare ESX Server virtualiza o hardware do servidor, como já citado. O VMWare VMFS é um sistema que permite que várias

13 máquinas virtuais acessem o mesmo meio de compartilhamento de dados. Utiliza para isso o VMWare VirtualCenter e as tecnologias VMotion, HA e DRS da VMWare, que são da categoria Gestão e Automação. O VMWare Virtual SMP (Virtual Symmetric Multi-Processing) aumenta o desempenho da máquina virtual ao permitir que a mesma acesse mais de um processador ao mesmo tempo. Atualmente é possível usar até quatro processadores físicos. O VMWare VirtualCenter centraliza o gerenciamento das máquinas virtuais, provendo automação operacional, otimização de recursos e disponibilidade para cada ambiente. VMWare Consolidated backup permite que sejam feitos backups das máquinas virtuais a partir de um servidor Proxy Windows 2003 centralizado, em vez de usar o ESX Server para isso. Gestão e Automação Os produtos dessa categoria servem para realizar tarefas úteis no sentido de gerenciar recursos da máquina ou tornar certos processos automáticos e com melhor desempenho. Como representantes dessa linhagem podem ser citados VMWare ACE, VMWare DRS, VMWare Motion, VMWare HA e VMWare Consolidated Backup, que são disponibilizados com licenças separadas. O VMWare ACE dá aos administradores de segurança a opção de limitar o acesso de máquinas virtuais aos recursos reais. Isso permite proteger recursos físicos. O VMWare DRS aloca os recursos levando em consideração prioridades de negócios predefinidas. O VMWare VMotion é a tecnologia que permite migrar de uma máquina virtual para outra, sem interromper os outros ambientes virtuais. O VMWare HA disponibiliza aplicativos de forma econômica.

14 2.2. XEN O Xen é um monitor de máquina virtual (VMM ou hypervisor), em software livre, para arquiteturas x86. Originário de um projeto de pesquisa da universidade de Cambridge, sua primeira versão foi criada em 2003, 4 anos antes de ser comprada pela Citrix System, em O Xen apresenta uma solução para virtualização um pouco diferente das apresentadas até agora. Ele consiste em criar um hypervisor, responsável por controlar os recursos das máquinas virtuais, mas que não possui drivers de dispositivos. Por isso, não é possível rodar um sistema operacional diretamente no hypervisor. Por isso, é necessário que um sistema seja invocado para fazer a comunicação entre o hypervisor e os sistemas hóspedes. Esse sistema inicial chama-se domínio 0. Ele consiste em uma máquina virtual que executa um núcleo Linux modificado e possui privilégios para acessar dispositivos de entrada e saída e as outras máquinas virtuais. As outras máquinas virtuais, onde podem rodar outros sistemas operacionais, são chamadas domínio U. Elas são criadas, inicializadas e desligadas através do domínio 0. Possuem um driver virtual para acesso aos recursos de hardware. O domínio 0 possui os drivers dos dipositivos da máquina física além de dois drivers especiais que tratam as requisições de acesso à rede e ao disco enviadas pelas máquinas virtuais. Assim, toda requisição de uso da máquina real feita por uma máquina do domínio U deve ser tratada pelo domínio 0 antes de ser enviada ao hypervisor. Originalmente o Xen foi desenvolvido com o objetivo de implementar a técnica de para-virtualização, e, para isso, era necessário modificar os sistemas hóspedes para dar-lhes a consciência de rodarem sobre um hypervisor. Essa estratégia

15 foi tomada visando ganhos em desempenho, mas limitou a difusão do Xen aos sistemas Unix, de código aberto. A partir da versão 3, o Xen passou a implementar virtualização completa, podendo assim executar sistemas operacionais não modificados como Windows e Linux. Isso só foi possível após a Intel e a AMD lançarem suas arquiteturas com suporte para virtualização (Intel VT e AMD-V, respectivamente). A fim de continuar servindo suporte a para-virtualização mas agora oferecer também virtualização completa, o Xen dividiu os domínios U entre para-virtualizados (domínios U-PV) e virtualizados (domínios U-HVM). Os domínios U-PV sabem que não tem acesso direto ao hardware e por isso precisam de drivers específicos para acesso à rede e ao disco. Os domínios U-HVM, por não serem modificados, iniciam tentando executar a BIOS. O Xen virtual firmware é um componente que simula uma BIOS com todos os procedimentos normais de um boot. Depois, um daemon Qemu associado a uma U-HVM emula o hardware para que a máquina virtual possa usar o disco e a rede Comparação entre XEN e VMware Em um momento em que não existiam arquiteturas com o hardware suportando a virtualização, a para-virtualização era uma solução que apresentava melhor desempenho. Surgiram então as arquiteturas Pacifica e Vanderpool, com suporte para virtualização total. A partir daí, a introdução de um monitor de máquina virtual passou a representar um custo significativo de desempenho e a virtualização total alcançou melhores resultados. As empresas VMWare e XenSource realizaram estudos que compararam os desempenhos das duas ferramentas. Dado que não existem hoje testes de desempenho para máquinas virtuais, foram feitos testes comuns que medem simplesmente a capacidade computacional de um sistema.

16 O SPECcou2000 Integer estuda computação a nível de usuário, com foco em aplicações com cálculos intensivos; o Passmark testa os principais subsistemas de um sistema operacional através da criação de cargas de trabalho; NetPerf mensura o desempenho na rede; SPECjbb2005 simula um servidor em trabalho; o SPECcpu2000 INT analisa a capacidade de compilação de um determinado pacote. 1 Qual a diferença entre máquina virtual e emulador? Emuladores implementam todas as instruções realizadas pela máquina real em uma camada de software, localizada sobre um hardware, que pode ser completamente diferente do que está sendo emulado. Em outras palavras, um emulador simula uma máquina de características distintas do computador sobre qual o emulador opera, através de software, traduzindo todas as instruções para instruções do sistema hospedeiro. Máquinas virtuais também se baseiam em software que implementam instruções, porém, ao contrário do emulador, não são abstraídas todas as propriedades do hardwares hospedeiro. O MMV, camada que cria o ambiente de máquina virtual, gerencia as instruções provenientes dos sistemas convidados e passa algumas para o processador real. Não ocorre a abstração de todo o hardware, como no emulador. Pois máquinas virtuais ainda usufruem de dispositivos de hardware do computador real. 2 Por que se pode dizer que na paravirtualização, se prioriza o desempenho em detrimento da flexibilidade? Na paravirtualização, o sistema convidado se comporta de

17 maneira inteligente com relação ao monitor de máquina virtual. Apenas as instruções mais complexas são enviadas para o MMV, enquanto as de nível mais baixo são enviadas diretamente para o processador da máquina real. Esse procedimento alivia o trabalho do MMV, que passa a operar com menos instruções e de formas semelhantes. Isso permite uma maior especialização dos procedimentos do MMV e conseqüente melhor no desempenho. Em contrapartida, a máquina virtual não pode operar com qualquer sistema operacional, pois este carece de modificações especiais para operar da forma inteligente descrita acima. 3 Quais as possíveis aplicações da prática da virtualização? Através da virtualização, é possível conciliar em uma mesma máquina aplicativos que funcionam sobre sistemas operacionais diferentes, o que proporciona economia com relação a máquinas. Além disso, também é possível dividir os recursos de uma mesma máquina entre diferentes usuários, que podem possuir características totalmente distintas. Máquinas virtuais podem ainda servir como ambientes de testes para novos softwares, oferecendo maior segurança ao sistema que estará protegido contra erros que podem danificá-lo. Além disso, ainda é possível criar máquinas virtuais que suportem softwares já ultrapassados, evitando problemas de compatibilidade. 4 O que é computação em nuvem? Trata-se de uma aplicação da virtualização ao contexto de redes, na qual dados, mídia e aplicativos são armazenados em servidores remotos e programas rodam usando essas informações. O nome nuvem remete à fácil difusão na rede proporcionada por esse procedimento, uma vez que esses dados estão sempre disponíveis nesses servidores. Com isso, economizam-se recursos de hardware, que precisam apenas acessar as informações armazenadas na rede. Além disso, como servidores são mais confiáveis, diminui-se o risco de perda de dados. 5 Cite o grande problema de virtualização da arquitetura x86

18 e quais tecnologias estão sendo desenvolvidas para contornálo. A grande questão com os processadores de arquitetura x86 é que neles não foi implantado o modo hipervisor, logo o Monitor de Máquina Virtual é obrigado a executar em modo supervisor, forçando o Sistema Operacional convidado, na maioria das vezes, a executar no modo usuário. A principal tecnologia que está sendo desenvolvida é o uso de um assistente de hardware. As tecnologias mais relevantes nessa área são o Intel VT e o AMD-V. Fonte: acao/index.html Swapping x Paginação x Segmentação x Memória Virtual Swapping Existem situações onde não é possível manter todos os processos na memória. Ex: um processo já alocado na memória faz uma chamada de sistema pedindo mais memória e não existe memória livre contígua a área onde o mesmo está alocado um usuário dispara um programa, não existe memória disponível mas é política dos sistema disparar imediatamente todos os programas solicitados de terminal.usando o swapping o sistema escolhe um programa residente que é levado da memória para o disco (swap-out ) retornando posteriormente para a memória (swap-in). Paginação A paginação permite que o programa possa ser espalhado por áreas não contíguas de memória. Características:

19 o espaço de endereçamento lógico de um processo é dividido em páginas lógicas de tamanho fixo a memória física é dividida em páginas com tamanho fixo, com tamanho igual ao da página lógica o programa é carregado página a página, cada página lógica ocupa uma página física as páginas físicas não são necessariamente contíguas o endereço lógico é inicialmente dividido em duas partes : um número de página lógica e um deslocamento dentro da página o número da página lógica é usado como índice no acesso a tabela de páginas, de forma a obter o número da página física correspondente não existe fragmentação externa existe fragmentação interna (Ex: um programa que ocupe 201kb, o tamanho de página é de 4 kb, serão alocadas 51 páginas resultando uma fragmentação interna de 3kb) além da localização a tabela de páginas armazena também o bit de validade, (1) se a página está na memória (0) se a página não está na memória a transferência das páginas de processo podem ser transferidas para a memória por demanda, levando apenas o que é necessário para a execução do programa ou por paginação antecipada, onde o sistema tenta prever as páginas que serão necessárias à execução do programa. Paginas constantemente referenciadas em um processo devem permanecer na memória:

20 Segmentação Técnica de gerência de memória onde programas são divididos em segmentos de tamanhos variados cada um com seu próprio espaço de endereçamento. A principal diferença entre a paginação e a segmentação é a alocação da memória de maneira não fixa, a alocação depende da lógica do programa. O mapeamento é feito através das tabelas de mapeamento de segmentos. Os endereços são compostos pelo número do segmento e um deslocamento dentro do segmento. Cada entrada na tabela mantém o endereço físico do segmento, o tamanho do segmento, se ele está ou não na memória e sua proteção. O sistema operacional mantém uma tabela com as áreas livres e ocupadas da memória. Somente segmentos referenciados são transferidos para a memória principal. Ocorre fragmentação externa. Sistemas que implementam a segmentação com paginação. Cada segmento é dividido fisicamente em páginas. O endereço é formado pelo número do segmento, número da página dentro desse segmento e o deslocamento dentro dessa página. Memória Virtual Técnica de gerenciamento que combina a memória principal e a secundária dando ao usuário a idéia de existir uma memória maior que a memória principal. Desvincula o endereçamento feito pelo programa dos endereços físicos da memória principal. Um programa no ambiente de memória virtual não faz referência a endereços físicos mas endereços virtuais. O endereço virtual é traduzido para o endereço físico através do mapeamento.

21 Os programas podem ser muito maiores do que sua memória física, apenas parte deles está residente na memória em um determinado instante. O restante do programa fica na memória secundária até ser referenciado. Fonte: wapping-x-paginacao-x-segmentacao-x.html Sistemas de Arquivos NTFS, FAT16, FAT32, EXT2 e EXT3 Os sistemas de arquivos é a parte do SO responsável pelo gerenciamento dos arquivos (estrutura, identificação, acesso, utilização, proteção e implementação). Ou seja, é um conjunto de tipos abstratos de dados que são implementados para o armazenamento, a organização hierarquica, a manipulação, navegação, acesso e recuperação de dados. Entenda que um arquivo é um recipiente no qual os dados são armazenados, tendo ele um significado para o sistema ou usuário, e estes podem ser programas executáveis, texto, figura, etc. Todos os arquivos possuem um nome o qual o usuário faz referência a ele. Além do nome, cada arquivo possui uma série de outros atributos que são mantidos pelo sistema operacional como tipo de conteúdo, tamanho, data e

22 hora do último acesso, data e hora da última alteração, lista de usuários que podem acessar o arquivo, etc. A forma como os dados são dispostos dentro de um arquivo determina sua estrutura interna. Cada tipo de arquivo possui uma estrutura interna apropriada para a sua finalidade. Por exemplo, arquivos de texto são organizados em linha ou parágrafos. Discos Rígidos Os discos rígidos são compostos por vários discos internos, onde cada um deles é dividido em círculos concêntricos chamados de cilindros ou trilhas, e nestas trilhas temos uma certa quantidade de setores. Cada setor possui, normalmente, 512 bytes de informações. Para descobrir a capacidade total de um HD, basta multiplicar o tamanho do setor pela quantidade total de setores que ele tem. Vale lembrar que 1 KB é representado por 1024 bytes, e não 1000 bytes como muitos pensam. FAT16 O significado da palavra FAT é Tabela de Alocação de Arquivos (File Allocation Table) que seria um mapa de utilização do disco. Graças a isto, o SO saberá onde determinado arquivo está. Normalmente é reconhecido por todos os Sistemas Operacionais, também é utilizado em cartões de memória de estado sólido, e não trabalham com setores, mas sim com unidades de clusters que são conjuntos de setores. Uma característica marcante é a capacidade de nomear os arquivos somente com 8 caracteres + extensão. Caso seja excedido o valor de caracteres, os caracteres excedidos (do nome do ficheiro) desaparecerão e no lugar deles aparecerá ~1

23 ou ~2 (se já existir um outro arquivo com os 8 primeiros caracteres iguais). Existe um inconveniente que quando ficheiros são apagados e novos ficheiros são escritos no suporte, as suas partes tendem a dispersar-se, fragmentando-se por todo o espaço disponível, tornando a leitura e a escrita um processo lento. Para isso, precisamos desfragmentar o disco para um melhor desempenho na sua função de leitura e gravação. Outro problema é que o FAT16 não reconhece mais que 2GB por ser de 16 bits, utilizando clusters com no máximo 32 KB. Caso haja um disco com mais de 2GB, serão necessário particioná-lo em pedaços máximos de 2GB. FAT32 Já neste, suporta partições de até 2 TB, tamanho de arquivos de 4 GB e o nome dos arquivos passou de 8 para 256 caracteres e superou o antigo limite de 3 caracteres para a extensão, embora este padrão ainda seja largamente utilizado. Com o FAT32, o desperdício em disco foi sensivelmente reduzido. O FAT16, seu antecessor, utilizava clusters de até 64 KB enquanto o FAT32 pode utilizar clusters de 4 KB. Se um arquivo ocupa 4 KB de espaço, tanto no FAT16 como no FAT32 a ocupação será de 1 cluster, porém, no caso do FAT16 os 60 KB restantes serão alocados, apesar de ficarem fisicamente vazios. Tem a desvantagem de ser 6% mais lenta que FAT16 e a incompatibilidade com SO antigos. Não possui recursos de segurança como o NTFS. Utiliza uma cópia backup da tabela de alocação como sistema de segurança para corrupções de arquivos. Este procedimento é ineficiente, pois uma queda de energia durante uma operação que modifique os metadados pode tornar a partição inacessível ou corromper

24 severamente diversos arquivos. NTFS O NTFS (New Technology File System) é um sistema de arquivos que surgiu com o lançamento do Windows NT, e passou a ser bem aceito e utilizado nas outras versões do Windows posteriormente. Uma dessas vantagens diz respeito ao quesito recuperação : em caso de falhas, como o desligamento repentino do computador, o NTFS é capaz de reverter os dados à condição anterior ao incidente. Isso é possível, em parte, porque, durante o processo de boot, o sistema operacional consulta um arquivo de log que registra todas as operações efetuadas e entra em ação ao identificar nele os pontos problemáticos. Ainda neste aspecto, o NTFS também suporta redundância de dados, isto é, replicação, como o que é feito por sistemas RAID, por exemplo. Algumas características são: Neste modelo, temos o tamanho limite do arquivo de acordo com o tamanho do volume; Os nomes dos arquivos podem ter 32 caracteres; Tem suporte a criptografia, indexação e compactação; Seus clusters podem chegar a 512 bytes; É mais seguro que o FAT; Permite política de segurança e gerenciamento; Menos fragmentação; Melhor desempenho; Recuperação de erros mais fácil; Caso seja usado em mídias, podem se corromper mais facilmente; É um pouco mais lenta que o FAT32 devido as diretivas de segurança que o FAT32 não tem e precisam ser acessados durante leitura e gravação de dados; Utiliza a tabela MFT (Master File Table) para registrar a utilização de cada cluster de um disco;

25 EXT2 Ext2 foi projetado e implementado para corrigir as deficiências do Ext e prover um sistema que respeitasse a semântica UNIX. A influência do UNIX pode ser vista, por exemplo, na utilização de grupos de blocos, que são análogos aos grupos de cilindros utilizados pelo FFS. O bloco, que consiste num conjunto de setores (cada setor tem 512 bytes), é a menor unidade de alocação para o Ext2. O tamanho pode ser de 1024, 2048 ou 4096 bytes e é definido na formatação. Quando é realizada uma operação de escrita em um arquivo, o Ext2 tenta, sempre que possível, alocar blocos de dados no mesmo grupo que contém o nó-i. Esse comportamento reduz o movimento da(s) cabeça(s) de leitura-gravação da unidade de disco. Em um sistema de arquivos ocorrem dois tipos de fragmentação: (i) a fragmentação interna (ou de espaço) é causada pelo fato do tamanho do arquivo geralmente não ser múltiplo do tamanho do bloco (portanto o último bloco terá um espaço não utilizado) a consequência é a perda de espaço; (ii) a fragmentação externa (ou de arquivo) decorre da impossibilidade do sistema determinar, a priori, qual o tamanho do arquivo (p.ex., arquivos de texto e de logs são muito modificados, e o seu tamanho pode aumentar ou diminuir) assim um arquivo pode alocar blocos não contíguos, prejudicando o desempenho. Para diminuir o impacto do primeiro tipo, existem duas estratégias básicas. A primeira, mais simples, é determinar, na formatação, o menor tamanho de bloco possível. O Ext2 permite tamanhos de blocos de 1024, 2048 e 4096 bytes. Um tamanho de bloco pequeno, como 1024 bytes, diminui a fragmentação e perda de espaço, mas em contrapartida gera um impacto negativo no desempenho, pois acarreta o gerenciamento de uma maior quantidade de blocos. O tamanho de bloco padrão

26 para volumes grandes é de 4096 bytes. A segunda estratégia é alocar a parte final de um arquivo, menor que o tamanho de um bloco, juntamente com pedaços de outros arquivos. O Reiserfs chama esse método de tail packing; o UFS usa fragmentos, que são submúltiplos do tamanho do bloco. Apesar do Ext2 possuir, no superbloco, a previsão para uso de fragmentos, esse método não foi implementado. Para diminuir o impacto da fragmentação externa, o Ext2 préaloca (reserva) até oito blocos quando um arquivo é aberto para gravação. Esses blocos reservados, quando possível, são adjacentes ao último bloco utilizado pelo arquivo. [CARD, TS O e TWEEDIE, 1994] EXT3 O Ext3 (Third Extended file system) é um sistema de arquivos desenvolvido por Stephen C. Tweedie para o Linux, que acrescenta alguns recursos ao Ext2, dos quais o mais visível é o journaling, que consiste em um registro (log ou journal) de transações cuja finalidade é recuperar o sistema em caso de desligamento não programado. Há três níveis de journaling disponíveis na implementação do Ext3: Journal: os metadados e os dados (conteúdo) dos arquivos são escritos no journal antes de serem de fato escritos no sistema de arquivos principal. Isso aumenta a confiabilidade do sistema com uma perda de desempenho, devido a necessidade de todos os dados serem escritos no disco duas vezes. Writeback: os metadados são escritos no journal mas não o conteúdo dos arquivos. Essa opção permite um melhor desempenho em relação ao modo journal, porém introduz o risco de escrita fora de ordem onde, por exemplo, arquivos que são apensados durante um crash podem ter

27 adicionados a eles trechos de lixo na próxima montagem. Ordered: é como o writeback, mas força que a escrita do conteúdo dos arquivos seja feita após a marcação de seus metadados como escritos no journal. Esse é considerado um meio-termo aceitável entre confiabilidade e performance, sendo, portanto, o nível padrão. Embora o seu desempenho (velocidade) seja menos atrativo que o de outros sistemas de arquivos (como ReiserFS e XFS), ele tem a importante vantagem de permitir que seja feita a atualização direta a partir de um sistema com ext2, sem a necessidade de realizar um backup e restaurar posteriormente os dados, bem como o menor consumo de processamento. Enquanto em alguns contextos a falta de funções de sistemas de arquivos modernos, como alocação dinâmica de inodes e estruturas de dados em árvore, poderia ser considerada uma desvantagem, em termos de recuperabilidade isso dá ao ext3 uma significante vantagem sobre sistemas de arquivos que possuem-nas. Os metadados do sistema de arquivos estão todos em locais fixos e bem conhecidos, e há certa redundância inerente à estrutura de dados, que permite que sistemas ext2 e ext3 sejam recuperáveis no caso de uma corrupção de dados significante, em que sistemas de arquivos em árvore não seriam recuperáveis. Fontes da compilação de textos: HandBook de TI 313/1

28 RAID: Conceito e Tipos RAID significa em português Conjunto Redundante de Discos Independentes/Econômicos (inglês: Redundant Array of Independent/Inexpensive Drives) que tem como objetivos aumentar a velocidade de acesso aos dados através de uma divisão de dados (data stripping ou RAID 0), aumentar a segurança através de espelhamento (mirroring ou RAID1) e até aumentando a capacidade total, podendo estas técnicas serem utilizadas de forma isolada ou em conjunto. A idéia do RAID é criar uma unidade lógica que identifica os discos como se fossem um só no sistema. Vejamos abaixo os tipos de RAID existentes e suas características principais. Níveis de RAID RAID 0 Aqui utiliza-se a técnica de stripping, onde os dados serão armazenados de forma dividida nos discos. Quando se utiliza este tipo de RAID, os discos serão vistos como se fossem um

29 único no sistema. Seu funcionamento básico consiste na divisão do arquivo que está sendo armazenado seguindo o tamanho configurado no sistema chamado de chunk size ou strip size. Se você utilizar 4 HDs de 1 TB cada, você terá 4 TB como se fossem um único disco, sem redudância. Como não há esta redundância, sua segurança é falha, já que se um dos discos der problema, você perderá seus arquivos. Vale lembrar que as velocidades dos HDs serão somadas neste tipo de RAID. Por exemplo, se você tiver 2 HDs com uma velocidade de leitura ou gravação de 50 mb/s, você terá 100 mb/s ao utiliza o RAID 0. Normalmente utilizado com aplicações com grande volume dados, como os de CAD, tratamento de imagens e de vídeos. Características: Aumenta a capacidade de armazenamento Soma-se o tamanhos dos HDs, desde que eles tenha o mesmo tamanho. Caso contrário, serão utilizados o somatório do tamanho do HD com menor tamanho; Alta velocidade de acesso aos dados Soma-se a velocidade de leitura e gravação sequêncial dos HDs, desde que eles tenham a mesma velocidade. Caso contrário, serão utilizados o somatório das velocidades de acordo com o de menor velocidade. Normalmente tem um ganho de 50%; Não há segurança quanto a perda de dados por não ter redundância (espelhamento, ou mirroring). Se um HD falhar, os dados dos HDs serão perdidos; Baixo custo; RAID 1

30 A característica principal aqui é o espelhamento mirroring dos dados nos discos. O espelhamento funciona com no mínimo 2 discos, ou sempre com HDs em número par, onde os dados que são gravados em um disco, é copiado exatamente igual para o segundo disco que serve como um backup. Caso um dos discos falhe ou seja removido, os dados continuam preservados no outro HD e o sistema pode continuar funcionando normalmente. Se você utilizar 6 HDs de 1 TB cada, você enxergará no sistema apenas 3 TB, pois os outros 3 TB do espelhamento ficam invisíveis para o usuário. Este tipo é normalmente utilizado em servidores de arquivos. Características: Segurança dos dados é boa em relação ao RAID 0; Caso haja uma falha em um setor do HD, basta copiar o setor defeituoso do segundo disco para o primeiro; Custo elevado em relação ao RAID 0; Tempo de acesso e gravação mais lento devido a replicação dos dados; RAID 2 Este tipo é similar ao RAID 0 e ainda utiliza Error Correcting Code (ECC), que é a informação de controle de erros, no lugar da paridade. Atualmente esta tecnologia é obsoleta, pois os

31 HDs já vem com esta correção internamente. RAID 3 Semelhante ao RAID 5 por utilizar paridade, por isso utilizase pelo menos 3 discos, onde um deles serve apenas para guardar as informações de paridade. No caso de uma falha de drive, ela provê correção total de erros de um bit, uma vez que a posição do bit defeituoso é conhecida. Se um drive falhar, o controlador apenas finge que todos os seus bits são zeros. Se uma palavra apresentar erro de paridade, o bit que vem do drive extinto deve ter sido um um, portanto, é corrigido. Isso aumenta a confiabilidade dos dados gravados. Ou seja, se algum dos discos avariar, a paridade pode ser imediatamente utilizada para reconstituir o seu conteúdo. Características: Leitura e escrita rápida; Boa confiabilidade devido ao controle de erros; Montagem difícil via software; RAID 4 Semelhante ao RAID 3, mas utiliza bloco de dados maiores. Sempre que os dados são escritos no array, as informações são lidas do disco de paridade e um novo dado

32 sobre paridade deve ser escrito para o respectivo disco antes da próxima requisição de escrita ser realizada. Por causa dessas duas operações de I/O, o disco de paridade é o fator limitante do desempenho total do array. Por este motivo, seu uso é mais indicado em sistemas que priorizam a leitura de dados, ou seja, que realizam muito mais consultas do que gravação. Características: Taxa de leitura rápida; É possível aumentar a área dos discos; Gravação lenta; Caso haja falha, é mais difícil reconstituir os dados em relação ao RAID 1; Tecnologia obsoleta; RAID 5 Similar ao RAID 4, mas com melhorias quanto às problemáticas dele. Os bits de paridade são distribuídos em todos os discos e não em um único, dando um melhor desempenho em relação ao RAID 4 e ainda uma tolerância a falhas. Seu desempenho é igual ao do RAID 4, com exceção nas leituras

33 sequenciais, que reduzem a eficiência dos algoritmos de leitura por causa da distribuição das informações sobre paridade. Caso haja falha, haverá uma redução na disponibilidade de ambos os dados e a paridade, até a recuperação do disco que falhou, causando assim uma degradação na velocidade de leitura e escrita. Caso utilize 4 HDs de 1 TB cada, você terá 3 TB de dados e 1 TB de bits de paridade. Características: Maior rapidez no tratamento de erros; Leitura rápida; Escrita não tão rápida, mas melhor que o RAID 4; Sistema complexo de controle de HDs; Não há necessidade da quantidade de discos ser par; RAID 0+1 ou RAID 10

34 Neste tipo de RAID, é necessário no mínimo 4 discos. Se você entendeu o conceito do RAID 0 e do RAID 1, ficará fácil entender este, pois aqui há uma combinação de ambos, sendo isto chamado de RAID híbrido. Cada nível do RAID terá no mínimo 2 discos, ou seja, 2 discos no nível 0 para fazer a divisão dos dados (data stripping) e 2 discos no nível 1 para o espelhamento (mirroring). Desta forma, teremos a junção das vantagens de cada um: redundância e desempenho. Características: Segurança contra perda de dados (redundância); Pode falhar um ou dois HDs ao mesmo tempo; Alto custo de expansão do hardware; Os discos devem estar em sincronismo para ter o máximo desempenho; Referências: O que é Kernel? O Kernel é um componente do Sistema Operacional, mas fica tão escondido que a maioria dos usuários domésticos sequer ouviu falar nele. Isso se deve à sua importância: ao contrário do que pode parecer, ele é tão essencial para o funcionamento de um computador que é melhor mantê-lo a salvo de pessoas bisbilhoteiras e inexperientes.

35 O cérebro do S.O. Um PC divide-se, basicamente, em duas camadas: hardware e software. Até aí, nenhuma novidade. Onde entra o Kernel na história, então? Pois bem: ele é o grande responsável por fazer a interação entre essas camadas. Em outras palavras, é o Kernel que gerencia os recursos do sistema e permite que os programas façam uso deles. Simples assim? Na verdade, não. O fato é que o Kernel é complexo demais para ser explicado de forma técnica a um público leigo no assunto. Basicamente, ele começa a funcionar assim que o computador é ligado; nesse momento ele inicia a detecção de todo o hardware indispensável ao funcionamento da máquina (monitor, placa de vídeo etc.). O Sistema Operacional é carregado em seguida e, uma vez que o usuário faça seu login, o Kernel passa a administrar as principais funções dentro do S.O.: isso inclui o gerenciamento da memória, dos processos, dos arquivos e de todos os dispositivos periféricos. Dessa forma o Kernel pode ser descrito como um grande organizador: é ele o responsável por garantir que todos os programas terão acesso aos recursos de que necessitam (memória RAM, por exemplo) simultaneamente, fazendo com que haja um compartilhamento concorrente mas sem oferecer riscos à integridade da máquina. Fonte: TecMundo

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