Introdução. Introdução aos Sistemas Operacionais Volnys Bernal. Agenda. Introdução aos Sistemas Operacionais. Sobre estes slides

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1 aos Sistemas Operacionais Volnys Bernal Volnys Bernal Agenda aos Sistemas Operacionais Volnys Borges Bernal volnys@lsi.usp.br Objetivos do Sistema Operacional Componentes de um Sistema Operacional Máquina de Níveis Variedades de operacional s ao Exemplo de arquiteturas Aquitetura UNIX Laboratório de Sistemas Integráveis Volnys Bernal Volnys Bernal Sobre estes slides Importante: Este slide não apresenta todos os detalhes deste tópico. É um resumo utilizado para auxiliar a apresentação do tópico em sala de aula. Para estudo, deve ser utilizada uma das seguintes referências: Capítulos 1 e 2 do livro: ANDREW S. TANENBAUM; Sistemas Operacionais Modernos. Prentice-Hall Capítulos 1 e 2 do livro: ANDREW S. TANENBAUM; Sistemas Operacionais. Prentice-Hall. Objetivos do Sistema Operacional Volnys Bernal Volnys Bernal Objetivos do Sistema Operacional Objetivos do Sistema Operacional Objetivos de um Sistema Operacional 1. Fornecer uma interface de alto nível Para usuários Para desenvolvimento de software 2. Gerenciar os recursos do Gerenciar o compartilhamento dos recursos Gerenciamento de conflitos de acesso aos recursos Segurança no acesso aos recurso 1) Fornecer uma interface de alto nível Facilitar de acesso aos recursos do Facilidade de uso sem preocupação com detalhes de baixo nível Exemplo: leitura de disco: acionar a cabeça da leitura, posicionar na trilha e setor, transferir os dados para memória Máquina Virtual Interface entre: Recursos do Usuário / programas 1

2 aos Sistemas Operacionais Volnys Bernal Volnys Bernal Objetivos do Sistema Operacional Objetivos do Sistema Operacional 2) Gerenciar os recursos do Problema Compartilhamento Otimização de uso Resolução de conflitos Proteção / segurança Recursos Processador (tempo de CPU) Memória Primária Memória Secundária (Disco) Memória Terceária (Fita) Impressoras etc Objetivo Maior taxa de utilização dos recursos Diminuição de custos Interface entre processos/usuários e recursos do Processador P1 P2 P3 P4 Núcleo do Sistema Operacional Memória Contr. Contr. Terminais Discos Unidades de Fita Impressora Volnys Bernal Volnys Bernal Componentes de um Sistema Operacional Estrutura geral de um de computação Componentes de um Sistema Operacional Aplicativos Sistema Operacional Componentes Físicos Volnys Bernal Volnys Bernal Componentes de um Sistema Operacional Componentes de um Sistema Operacional É composto por: Núcleo (kernel) do operacional Permanece carregado em memória Processo Processo Processo Aplicativos Processos de gerência Arquivos de configuração Utilitários do Programas básicos necessários para operação do Ex: DOS: format, dir, edit, copy, type,... Ex: UNIX: mkfs, ls, ps, vi,... hardware Processos de gerência Utilitários do Sistema Núcleo Device Drivers Dispositivos Sistema Operacional Componentes Físicos 2

3 aos Sistemas Operacionais Volnys Bernal Volnys Bernal Máquina de níveis Máquina de Níveis Software Aplicativos Utilitários e Processos de gerência Núcleo do Sistema Operacional Monitor Linguagem de Máquina Microprogramação Dispositivos Físicos Volnys Bernal Volnys Bernal Variedades de Sistemas Computacionais Variedades de Sistemas Computacionais Atualmente existe uma grande variedade de s computacionais, cada qual necessitando de características específicas do operacional. Exemplo de s computacionais: Computadores de grande porte Servidores Sistemas multiprocessadores Computadores pessoais Sistemas de tempo real Sistemas embarcados Cartões inteligentes Volnys Bernal Volnys Bernal O que é? Conjunto de funções que o operacional disponibiliza aos processos System Calls Cada operacional possui uma interface de específica 3

4 aos Sistemas Operacionais Volnys Bernal Volnys Bernal Principais s UNIX hardware Processo Processo Processo Núcleo do Sistema Operacional Device Drivers Dispositivos Manipulação de processos Fork Duplica um processo Waitpid Aguarda um processo terminar Execve Troca a imagem de memória do processo Exit Termina a execução do processo Volnys Bernal Volnys Bernal Principais s UNIX Gerenciamento de arquivos Principais s UNIX Manipulação de arquivos e diretório Open Close Read Write Lseek Stat Abre um arquivo Fecha um arquivo aberto Lê dados de um arquivo Escreve dados em um arquivo Posiciona o ponteiro de deslocamento do arquivo Obém informações de controle do arquivo (dono, proteção, ) Mkdir Rmdir Link Unlink Mount Umount Cria um novo diretório Remove um diretório vazio Cria um hard link Remove uma entrada do diretório Monta um de arquivos Desmonta um de arquivos Volnys Bernal Volnys Bernal Principais s UNIX Outras chamadas Principais s Manipulação de processos Chdir Chmod Kill Time Muda o diretório de trabalho Altera o modo de permissão do arquivo Envia um sinal para um processo Obtém o data/hora corrente CreateProcess WaitForSingleObject ExitProcess Cria um processo Aguarda um processo terminar Termina a execução do processo 4

5 aos Sistemas Operacionais Volnys Bernal Volnys Bernal Principais s Gerenciamento de arquivos Principais s Manipulação de arquivos e diretório CreateFile CloseHandle ReadFile WriteFile SetFilePointer GetFileAttributeEx Cria um arquivo ou abre um arquivo existente Fecha um arquivo aberto Lê dados de um arquivo Escreve dados em um arquivo Posiciona o ponteiro de deslocamento do arquivo Obém informações de controle do arquivo CreateDirectory RemoveDirectory DeleteFile Cria um novo diretório Remove um diretório vazio Remove uma entrada do diretório Volnys Bernal Volnys Bernal Principais s Outras chamadas Arquitetura UNIX SetCurrentDirectory GetLocalTime Muda o diretório de trabalho Obtém o data/hora corrente Volnys Bernal Volnys Bernal Arquitetura UNIX Arquitetura UNIX Usuário Núcleo do Sistema Operacional usuário via shell hardware shell ls Utilitários do Sistema init inetd nfsd... Processos de gerência Núcleo Device Drivers Dispositivos processos Aplicativos Sistema Operacional Componentes Físicos Existem diferentes implementações de UNIX A maior partes dos s UNIX possui um núcleo do tipo Monolitico Software Monolítico Encapsulado em um único programa 5

6 aos Sistemas Operacionais Volnys Bernal Volnys Bernal Usuário POSIX Supervisor Aplicativo POSIX I/O Manager Object Manager Microkernel Aplicativo Security Reference Monitor Camada abstração hardware hardware Executivo Process Manager Driver de Dispositivo Aplicativo OS/2 OS/2 Local Proc.Call Facility Virtual Memory Manager Processo de logon Segurança Gerenc. Janelas Driver de Dispositivo Gráfico Volnys Bernal Volnys Bernal também de Interface NT nativa Define o conjunto de serviços que o operacional fornece aos processos: ~250 funções ao é implementada através de = interrupção de software Permite garantir que somente o kernel do NT será executado em modo supervisor As interruções são atendidas em modo supervisor O vetor de interruções é controlado pelo microkernel Executivo Características Monolítico Imagem ntoskrnl.exe contém todo código dos serviços executivos (exceto o Microkernel) Multi-threaded Reentrante Volnys Bernal Volnys Bernal Microkernel (também chamado de NT kernel) Responsável por Escalonamento de threads (dispatcher) Sincronização Manipulação dos vetores de interrupção Implementa 32 níveis de priodidade Implementa escalonamento preemptivo Implementa sincronização baseada em mutex semáforos eventos spinlocks HAL Abstraction Layer Camada para esconder dependências de arquitetura Exemplo: Sisteamas monoprocessadores x multiprocessadores Para cada versão NT são fornecidas 3 versões monprocessador multiprocessador para depuração (p/ desenvolvimentod e device drivers) 6

7 aos Sistemas Operacionais Volnys Bernal Volnys Bernal Interação entre aplicação e kernel WindowsNT Usuário Supervisor Aplicação Client-side DLL ntdll Operating System mensagem Environment (LPC - Local Procedure Call) Server ntdll Serviços NT LPC x LPC possui maior sobrecarga: Cada interação envolve geralmente 2 mensages (pedido e resposta) Para cada mensagem ocorre 1 1 troca de contexto troca da tabela de páginas atualização de informações de escalonamento troca de todos os registradores... é menos custosa envolve somente uma interrupção de software necessário salvar somente parte dos registradores ao final é necessário restaurar os registradores salvos Volnys Bernal Volnys Bernal Exemplo: aplicação Windows32 Aplicação Windows32 em versão Windows NT 3.51 ou anterior Usuário Supervisor Aplicação Kernel32.dll ntdll.dll User32.dll GDI32.dll mensagem (LPC) Serviços NT (CSRSS.exe) ntdll.dll Utiliza serviços do através das bibliotecas: KERNEL32 USER32 GDI32 KERNEL32.dll A maior parte das funções fornecidas ativam diretamente uma ou mais chamadas nativas WindowsNT. USER32 e GDI32 Ativam os serviços do Windows32 CSRSS.EXE Este processo é o Windows32 Rerência: Volnys Bernal Volnys Bernal Exemplo: Aplicação Windows32 (WindowsNT4 e W2k) Usuário Supervisor Aplicação Kernel32.dll ntdll.dll User32.dll GDI32.dll K.sys Serviços NT (CSRSS.exe) ntdll.dll Aplicação Windows32 em versão Windows NT 4.0 ou superior (incluindo Windows 2000, Windows 2003) Utiliza serviços do através das bibliotecas: KERNEL32 USER32 GDI32 k.sys Devido à problemas de desempenho, as bibliotecas USER32 e GDI32 ativam os serviços através de uma chamada a um driver chamado k.sys que é executado em modo supervidor (kernel mode). Tais bibliotecas contém stubs que ativam estes serviços utilizando a interrupção 0x2E. A maior parte das funcionalidades foi retirada do Windows32 (CSRSS.EXE) e implementada neste driver. CSRSS.EXE Este processo ( Windows32) ainda é mantido. Entretanto seu papel é limitado a manter suporte a E/S de console. 7

8 aos Sistemas Operacionais Volnys Bernal Volnys Bernal Exemplo: Aplicação POSIX Aplicação POSIX psxdll.dll Referências Bibliográficas ntdll mensagem (LPC) POSIX (psxss.exe) ntdll Serviços NT Volnys Bernal Referências Bibliográficas ANDREW S. TANENBAUM; Sistemas Operacionais Modernos. Prentice-Hall. ANDREW S. TANENBAUM; Sistemas Operacionais. Prentice-Hall. Windows 2000 Magazine Online 8