Sistemas Operacionais. Visão Geral

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1 Sistemas Operacionais P R O F. B R U N O A L B U Q U E R Q U E S C R I G N O L I Visão Geral

2 Organização da Apresentação Introdução Componentes de um Sistema de Computação Conceito de SO Objetivos de um SO Posicionamento de um SO Serviços oferecidos por um SO Diferentes Visões de um SO Chamadas e programas de sistema Histórico do SO

3 Introdução Sistema Operacional é um programa colocado entre o hardware do computador e os programas dos usuários de forma a atingir esses quatro objetivos. Este é responsável por: Executar os programa dos usuários Permitir a solução de problemas Tornar o sistema de computação mais conveniente ao uso Utilizar o hardware de um modo eficiente

4 Introdução Visão do sistema operacional

5 Componentes de um Sistema Computacional Hardware Provê os recursos básicos de computação (memória, dispositivos de E/S, CPU). Sistema Operacional Controla e coordena o uso do hardware entre vários programas aplicativos de usuários. Programas aplicativos e de sistema Define como os recursos de hardware são empregados na solução de um problema (compiladores, jogos, banco de dados, ) Usuários Pessoas, máquinas, outros computadores.

6 Componentes de um Sistema Computacional Usuário 1 Usuário 2 Usuário 3... Usuário n Compilador Editor de Browser Matlab texto Sistema Operacional Hardware

7 Componentes: Hardware

8 Componentes: Hardware Unidade Central de Processamento (UCP) Unicade de Controle (UC) Unidade Lógica e Aritmética (ULA) Clock Registradores CI ou PC (contador de instruções) AP ou SP (apontador da pilha) PSW (registrador de status)

9 Hardware: Memória Memória principal com 64 Kbytes instrução ou dado endereços célula = 8 bits

10 Hardware: Memória Volátil Alta velocidade Pequena capacidade Alto custo Cache hit (o dado está na cache) e cache miss (o dado está na memória principal)

11 Hardware: Memória Secundária Registradores Memória Cache maior capacidade de armazenamento Memória Principal maior custo e velocidade de acesso Memória Secundária

12 Hardware: Dispositivos de Entrada e Saída Memória secundária Discos Fitas magnéticas CDs Interface usuário-máquina Teclados Monitores Impressoras Plotters

13 Hardware: Barramento Barramentos (bus) UCP-memória-E/S UCP Memória Principal Barramento processador-memória Adaptador Bus adapter Barramento de E/ S Barramento de E/ S

14 Hardware: Arquiteturas RISC e CISC Máquina de níveis Aplicativos Utiltários RISC (Reduced Instruction Set Computer) Poucas instruções CISC (Complex Instruction Set Computer) Muitas instruções Sistema Operacional Linguagem de Máquina Instruções executadas pelo hardware Instruções executadas por microcódigo Arquitetura RISC Microprogramação Circuitos Eletrônicos Instr. usam poucos ciclos de máquina Arquitetura com muitos registradores Instr. usam muitos ciclos Arquitetura com poucos registradores

15 Sistemas Operacionais: Conceitos Sistema operacional Um programa que controla a execução de programa aplicativos Interface entre aplicativos e o hardware Duas formas de ver um sistema operacional Alocador de recursos administra e aloca recursos Programa de controle controla a execução dos programas dos usuários e operações dos dispositivos de E/S Kernel o único programa que roda em todos os momentos (todos os demais são programas de aplicação)

16 Serviços oferecidos pelo SO Diferem entre sistemas, porém alguns são padrões Criação de programas Editores, depuradores e compiladores Execução de programas Carga de programas em memória Acesso a dispositivos de E/S (operações) Manipulação de arquivos (controle de acesso) Comunicação entre processos Alocação de recursos do sistema Acesso aos recursos Proteção entre usuários Execução de instruções privilegiadas Chamadas ao sistema (system calls)

17 Serviços oferecidos pelo SO Contabilização Estatísticas Monitoração de desempenho Sinalizarupgrades necessários de hardware (memória, disco, etc.) Tarifação de usuários Detecção de erros Erros de hardware Erros de memória, falha em dispositivos de E/S, etc. Erros de programação Overflow, acesso não-autorizado a posições de memória, etc. Erros por falta de recursos Aplicação solicita recursos que o SO não pode alocar (segurança, falta do recurso, etc.)

18 Chamadas dos Programas ao SO Forma que programas solicitam serviços ao SO Análogo a sub-rotinas Transferem o controle para o SO ao invés de transferir para outro ponto do programa É o núcleo (kernel) do SO que implementa as chamadas de sistema Existem chamadas de sistema associadas a gerência do processador, de memória, arquivos e de entrada/saída Variação: micro-kernel Serviços básicos são implementados pelo micro-kernel Kernel implementa demais serviços empregando esses serviços básicos

19 Programas de Sistema Programas executados fora do kernel (utilitários) Implementam tarefas básicas Muitas vezes confundidos com o próprio sistema operacional Compiladores, assemblers, ligadores, etc. Interpretador de comandos Ativado sempre que o SO inicia uma sessão de trabalho bash, tsch, sh, etc. Interface gráfica de usuário (GUI) Família Windows, MacOs, etc.

20 SO: Histórico Primórdios Sistema operacional inexistente Usuário é o programador e operador da máquina Alocação do recurso computador feito por planilha Evolução foi motivada por: Melhor utilização de recursos Avanços tecnológicos (novos tipos de harware) Adição de novos serviços

21 Sistema em Lote (Batch) Introdução de operadores profissionais Usuário não era o operador da máquina Job Programa a ser compilado e executado, acompanhado dos dados de execução (cartões perfurados) Jobs são organizados em lote (batch) Agrupamento em tarefas ou necessidades semelhantes (p.ex. mesmo compilador) Passagem entre diferentes jobs continua sendo manual Evolução - Sequenciamento automático de tarefas, isto é, a transferência do controle de uma tarefa para outra é feita automaticamente.

22 Sistema em Lote (Batch) job n (a) job 2 job 1 cartões perfurados Processamento fita de entrada (b) fita de entrada Processamento fita de saída relatório n (c) fita de saída Processamento relatório 2 relatório 1 relatórios

23 Monitor Residente Evolução Sequenciamento automático de jobs, transferindo o controle de um job a outro Primeiro sistema operacional (rudimentar) Monitor residente Programa que fica permanentemente em memória Controle inicial no Monitor Controle é transferido para o job Como o monitor sabe a respeito da natureza da tarefa(i.e., Fortran X Assembler) ou qual programa a executar ou como distinguir uma tarefa de outra?? Solução: Cartões de controle Quando o job termina, o controle retorna ao monitor Centraliza as rotinas de acesso a periféricos disponibilizando-as aos programas dos usuários

24 Sistema batch multiprogramados Monitor residente permite a execução de apenas um programa a cada vez Desperdício de tempo de CPU com operações de E/S Evolução Manter diversos programas na memória ao mesmo tempo e a CPU é multiplexada entre eles. Enquanto um programa realiza E/S, outro pode ser executado CPU Desperdício CPU Multiprogramação E/S Requisição E/S Término E/S tempo Requisição E/S Término E/S tempo

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