Instituto do Emprego e Formação Profissional SISTEMAS. Tecnologias de Informação I TI-16. Formador: Paulo Gomes

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1 SISTEMAS adaptado de Silberschatz, Galvin e Gagne, 2002

2 O que é um sistema operativo? Componentes dum sistema de computação Sistemas de secretária Sistemas multiprocessor Sistemas distribuídos Sistemas aglomerados (Clusters) Sistemas de tempo-real Sistemas portáteis ou de mão Ambientes de computação

3 O que é um sistema operativo? Definição preliminar: É um programa intermediário entre o utilizador e o hardware ou máquina física Objectivos: Executar programas do utilizador e tornar mais fácil a resolução de problemas Tornar fácil o uso da máquina Utilizar o hardware do computador duma forma eficiente

4 1. Hardware fornece os recursos básicos de computação (CPU, memória, dispositivos I/O) 2. Sistema operativo controla e coordena a utilização do hardware durante a execução de vários programas de aplicação, eventualmente pertencentes a diferentes utilizadores 2. Programas de aplicação definem as formas de utilização dos recursos do sistema com o objectivo de resolver problemas dos utilizadores (compiladores, sistemas de bases de dados, jogos de vídeo, programas de contabilidade, etc) 3. Utilizadores (pessoas, máquinas, outros computadores) Componentes de um Sistema de Computação user1 user2 user3 usern compiler assembler text editor database system system and application programs operating system computer hardware

5 Sistema Operativo: definições Gestor de recursos gere e reserva recursos Programa de controlo controla a execução de programas dos utilizadores e de operações dos dispositivos I/O Núcleo (kernel) o único programa que está sempre pronto a correr (todos os outros são programas de aplicação)

6 Arranque do PC bootstrap program écarregado através do power-up ou reboot Inicia o processo guardado na ROM ou na EEPROM genericamente conhecido por Firmware. Inicializa-se todos as funcionalidades gerais do sistema Carrega o Sistema Operativo no Kernel e dá inicio às execução do mesmo.

7 Organização de um Sistema Sistema Operativo Um ou mais CPU s, e controladores são conectados através do BUS e acedem à memória partilhada. Processos concorrentes excutam-se no CPU e os dispositivos competem em ciclos de memória.

8 Sistema Operativo I/O dispositivos e CPU podem ter execuções em paralelo. Cada controlador é carregado particularmente para um determinado tipo de dispositivo. Cada dispositivo é alocado no buffer O CPU move a informação de/para a memória principal para/de os buffers locais. I/O é proveniente do dispositivo em causa. O controlador de dispositivos informa o CPU que acabou o processo. Esta opração é causada por uma interrupção.

9 I/O Estrutura Depois de ter inicio o processo I/O, este controlo retorna para o utilizador do programa até que o processo de I/O esteja completo. Espera uma instrução do CPU até à próxima interrupção. Espera ciclo (memory access). Depois que I/O começa, o controlo retorna ao programa do utilizador sem conclusão de espera de I/O. Chamada do sistema - pedido ao sistema para permitir que o utilizador espere a conclusão de I/O. A tabela do Dispositivo-status contem a entrada para cada dispositivo de I/O que indica o seu tipo, endereço, e estado. Índices do sistema operam na tabela do dispositivo de I/O para determinar o status do dispositivo e para modificar a entrada da tabela para incluir a interrupção.

10 Métodos I/O Sincrono Assincrono

11 Tabela Dispositivos Status

12 Estrutura do Acesso Directo à memória Usado para os dispositivos de I/O de elevada velocidade capazes de transmitir rapidamente a informação perto da memória. O controlador de dispositivo transfere blocos dos dados do armazenamento directamente à memória principal sem intervenção do processador central. Somente na interrupção é gerado o bloco, melhor que a uma interrupção por byte.

13 Estrutura de Armazenamento Memória principal - somente meios de armazenamento grandes que o processador central pode alcançar directamente. Armazenamento secundário - extensão da memória principal que fornece grande capacidade de armazenamento permanente. Discos magnéticos - os platters rígidos do metal ou do vidro cobertos com a superfície de disco material da gravação magnética são divididos logicamente nas trilhas, que são subdivididas em sectores. O controlador de disco determina a interação lógica entre o dispositivo e o computador.

14 Armazenamento - Hierarquia Sistemas do armazenamento organizados na hierarquia. Velocidade Custo Volatilidade caching - informação de copia num sistema mais rápido do que o armazenamento; a memória principal pode ser vista como um último esconderijo para o armazenamento secundário.

15 Armazenamento - Hierarquia

16 Performance dos vários v níveis n de Armazenamento O movimento entre níveis da hierarquia do armazenamento pode ser explícito ou implícito

17 Migração de A até ao registo

18 Computadores em função do tamanho Supercomputadores Mainframes (computadores de grande porte) Minicomputadores Workstations (estações de trabalho) PC s (microcomputadores) PocketPC

19 Sistemas Mainframe Reduz tempo de setup através do sequenciamento (batching) de trabalhos similares Sequenciamento automático de trabalhos transfere automaticamente o controlo de um trabalho para outro Monitor residente: primeiro sistema operativo rudimentar Controlo inicial pelo monitor Transferência de controlo para um trabalho Transferência de controlo para o monitor após terminação dum trabalho

20 Partição de Memória em Sistemas Batch Sistema Mono-programado Sistema Multi-programado operating system user program area 0K operating system trabalho 1 trabalho 2 trabalho 3 trabalho 4 512K Multiplexagem: Vários trabalhos são mantidos em memória combinação de dois ou mais canais principal, simultaneamente, e de informação num meio de comunicação comum o CPU é multiplexado entre eles

21 Características dum SO necessárias à Multiprogramação Rotina I/O fornecida pelo sistema Gestão de memória o sistema tem de alocar memória para vários trabalhos Escalonamento do CPU o sistema tem de escolher entre os vários trabalhos prontos para correr Reserva de dispositivos

22 Sistemas por Partilha de Tempo Computação Interactiva O CPU é multiplexado entre os vários trabalhos em memória e no disco (o CPU é atribuído a um trabalho só se ele estiver em memória) Um trabalho é swapped in e swapped out da memória para o disco É fornecida comunicação on-line entre o utilizador e o sistema; quando o sistema operativo termina a execução dum comando, ele procura a próxima instrução de controlo introduzida pelo utilizador via teclado O sistema on-line tem de estar disponível aos utilizadores para acesso a dados e código

23 Sistemas de Secretária ria Computadores pessoais sistema monoutilizador Dispositivos I/O teclados, ratos, ecrãs, impressoras pequenas Conveniência do utilizador e responsividade Pode adoptar tecnologia desenvolvida para grandes sistemas operativos, mas muitas vezes os utilizadores fazem uso exclusivo do computador e não precisam das características de protecção na utilização avançada do CPU Podem correr vários tipos diferentes de sistemas operativos (Windows, MacOS, UNIX, Linux)

24 Sistemas Paralelos Sistemas multi-processador (dois ou mais CPU s) Tightly coupled system processadores partilham memória e relógio; a comunicação tem normalmente lugar através de memória partilhada Vantagens: Maior débito (throughput) Económico Maior fiabilidade Degradação graceful Sistemas fail-soft

25 Symmetric multiprocessing (SMP) Cada processador corre uma cópia idêntica do sistema operativo Muitos processos podem correr simultaneamente sem degradação no desempenho A maior parte dos sistemas operativos modernos suportam SMP Asymmetric multiprocessing (AMP) Processador-mestre corre o sistema operativo; o processador-mestre escalona trabalho aos processadoresescravos Processadores-escravos correm aplicações. É atribuída uma tarefa específica a cada processador-escravo; mais comum em sistemas extremamente grandes Tipos de Sistemas Paralelos

26 Sistemas Distribuídos Distribui a computação por vários processadores físicos Loosely coupled system cada processador tem a sua própria memória local; os processadores comunicam entre si através de várias linhas de comunicação tais como barramentos de alta-velocidade e linhas telefónicas Vantagens: Partilha de recursos Maior rapidez de computação partilha de carga Fiabilidade Comunicações Requer infra-estrutura de rede Local area networks (LAN) e Wide area networks (WAN) Podem ser ou sistemas client-server ou sistemas peer-to-peer

27 Arquitectura de Rede Cliente-Servidor Nesta arquitectura, há computadores ou processos que servidores e outros que são clientes daquels Os servidores são máquinas potentes ou processos que fazem a gestão de discos rígidos (file servers), de impressoras (printer servers) ou de tráfico de rede (network servers) Os clientes são PCs ou workstations nos quais os utilizadores correm aplicações - os clientes servem-se dos recursos dos servidores, tais como ficheiros, dispositivos, ou mesmo poder de processamento

28 Arquitectura de Rede entre Pares (Peer-to-Peer) Um tipo de rede na qual cada workstation tem capacidades e responsabilidades equivalentes Ao invés, na arquitectura cliente-sevidor há computadores que estão dedicados a servir outros (os clientes) As redes peer-to-peer são geralmente mais simples, mas não oferecem o mesmo desempenho face a sobrecargas

29 Sistemas Aglomerados Re-configur configuráveis sob Falhas (Fail Over Clustering) Clustering permite que dois ou mais (32) sistemas partilhem memória Fornece elevada fiabilidade; fornece acesso contínuo a dados de aplicações mesmo se um dos servers entra em falha Asymmetric clustering: Um servidor corre aplicações enquanto os outros servidores ficam em standby Symmetric clustering: Todos os servidores correm aplicações Asymmetric clustering Symmetric clustering

30 Sistemas de Tempo-Real Restrições temporais bem-definidas É usado muitas vezes como dispositivo de controlo numa aplicação dedicada (ex., controlo de experiências científicas, sistemas de imagem médica, sistemas de controlo industrial, etc) Tipos de sistemas de tempo real: hard real-time e soft real-time Hard real-time Armazenamento secundário limitado ou ausente, dados armazenados em memória de curto-prazo, ou read-only memory (ROM) Conflictos com sistemas de partilha de tempo; não suportados por sistemas de propósito geral Soft real-time Utilidade limitada em controlo industrial via robótica Útil em aplicações (multimedia, realidade virtual) que requerem características avançadas de sistemas operativos

31 Sistemas de Bolso Personal Digital Assistants (PDAs) Telefones celulares Questões em aberto: Memória limitada Processadores lentos Ecrãs pequenos Recursos (sem fios)

32 Migração dos Conceitos e Características dos Sistemas Operativos

33 Ambientes de Computação Computação Tradicional Computação Baseada na Web Computação Embutida

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