Introdução a Sistemas Operacionais. Adão de Melo Neto

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1 Introdução a Sistemas Operacionais Adão de Melo Neto 41

2 Definição de SO Sistema Operacional É um conjunto de rotinas (programa) executado pelo processador que controla o funcionamento do computador como gerente dos diversos recursos (processadores, memórias e dispositivos de entrada e saída). Permite o compartilhamento de recursos de forma organizada Facilita o acesso aos recursos do sistema 42

3 Sistema Operacional Facilita o acesso aos recursos do sistema Disponibiliza uma Interface entre os usuários e Recursos do sistema (usuário não precisa conhecer detalhes do hardware). Permite eficiência e menor chance de erro 43

4 Sistema Operacional Compartilhamento de recursos de forma organizada Possibilita o acesso concorrente ( ao mesmo tempo ) a recursos compartilhados (memórias, discos, impressoras, por exemplo) de forma organizada e protegida 44

5 Sistema Operacional Computador Hardware: circuitos eletrônicos, cabos e fontes de alimentação Software: Através dele o computador consegue armazenar dados em discos, imprimir relatórios, gerar gráficos, etc 45

6 Sistema Operacional Primeiros computadores Programação em painéis, através de fios. Exigia grande conhecimento do hardware e de sua linguagem de máquina 46

7 Sistema Operacional Surgimento do SO Interação entre usuário/computador mais simples, confiável e eficiente Parte física do computador transparente ao usuário Usuário enxerga a máquina como sendo apenas o sistema operacional Nível 0: hardware Nível 1: sistema operacional Sistema Operacional É um conjunto de rotinas (programa) executado pelo processador que controla o funcionamento do computador como gerente dos diversos recursos (processadores, memórias e dispositivos de entrada e saída). 47

8 Sistema Operacional Utilitários Softwares complementares dos sistemas operacionais (compiladores, linkers, etc.. Aplicativos Softwares desenvolvido pelos usuários 48

9 Tipos de Sistemas Operacionais 49

10 Tipos de Sistemas Operacionais O surgimento dos diversos tipos de SO está Intimamente relacionado com a evolução do hardware e das aplicações por ele suportadas 50

11 Sistemas Monoprogramáveis/Monotarefa Processador, memória e periféricos dedicados a execução de um único programa (na memória). Processador ocioso enquanto programa aguarda algum evento (exemplo: digitação de um dado) Simples de implementação. Não existe preocupação com compartilhamento de recursos Memória subutilizada (não preenchida completamente, Apenas um programa) Periféricos dedicados a um único usuário 51

12 Sistemas Multiprogramáveis/Multitarefa Vários programas dividem os recursos (processador, memória e periféricos) Na memória podem existir vários programas 52

13 Sistema Monoprogramável X Multiprogramável - Um programa na memória principal por vez. - UCP totalmente dedicada ao programa - Desperdício na utilização da UCP (ex: quando programa faz uma leitura no disco) - Subutilização da memória principal (apenas um programa). 53

14 Sistema Monoprogramável X Multiprogramável - Vários programas na memória principal CONCORRENDO pela utilização da UCP. - CPU totalmente dedicada aos vários programas - Menos desperdício na utilização da UCP =>Existem vários programas se revezando para utilização da UCP =>Quando um programa solicita uma operação de E/S, outros poderão utilizar a UCP - Melhor uso da memória principal. 54

15 Sistemas Multiprogramáveis/Multitarefa - Programas submetidos são armazenados em fitas/discos onde são executado sequencialmente -A UCP pode processar seqüencialmente cada job, diminuindo o tempo de execução dos jobs e o tempo de transição entre eles - Programas (Jobs) normalmente não exige iteração com usuário - Programas envolvendo cálculos numéricos, compilações, etc. 55

16 Sistemas Multiprogramáveis/multitarefa - Processador Compartilhado: => Vários programas sendo executados pela divisão do tempo do processador em intervalos Time-Slace (fatia de tempo). => Programa não concluído no Time-Slace é substituído por outro. - Memória e periféricos são também compartilhados - Impressão de que todo sistema dedicado ao programa. - Permite a interação com o usuário - Implementação complexa 56

17 Sistemas Multiprogramáveis/multitarefa - Processador Compartilhado: => Vários programas sendo executados pela divisão do tempo do processador em intervalos Time-Slace (fatia de tempo). => Programa não concluído no Time-Slace é substituído por outro. - Memória e periféricos são também compartilhados - Impressão de que todo sistema dedicado ao programa. - Permite a interação com o usuário - Implementação complexa 57

18 Sistemas Multiprogramáveis/multitarefa - Semelhantes em implementação ao sistema de tempo compartilhado - Diferença: tempo de resposta exigido no processamento. - Idéia de Time-Slice não existe: O programa detém o processador (UCP) o tempo que for necessário, ou até que apareça outro programa mais prioritário (este controle é feito pela aplicação e não pelo Sistema operacional) - Monitoramente de refinarias, controle de tráfego aéreo, de usinas (aplicações onde o tempo de resposta é fundamental) 58

19 Sistemas com múltiplos processadores - Duas ou mais UCPs (processadores) trabalhando em conjunto -Vantagem: => vários programas sendo executados ao mesmo tempo (em cada processador). => Um programa dividido em partes para execução simultânea em mais de um processador 59

20 Sistemas Fortemente Acoplados - SFA = Sistemas multiprocessadores - Várias CPUs compartilhando única memória e dispositivos E/S sendo gerenciados por um único sistema operacional - Desvantagem: => problema de concorrência (disputa) é introduzido (vários processadores tentando acessar a mesma área de memória) 60

21 Sistemas Fortemente Acoplados Assimétricos Organização Assimétrica = Organização Mestre/Escravo - Vantagem: organização simples de implementar - Desvantagem 1: => Não utiliza o hardware com eficiência. Somente o processador mestre pode executar serviços do sistema operacional (por exemplo operações E/S) O Processador escravo deve fazer requisição ao processador mestre (ineficiência caso escravo execute muitas operações E/S) -Desvantagem 2: => Pode ocorrer falha do processador mestre 61

22 Sistemas Fortemente Acoplados Simétricos (é o que existe!) Simetria dos dois processadores Todos podem realizar as mesmas funções - Vantagem: => Um programa pode ser executado por qualquer processador ou por vários processadores ao mesmo tempo (paralelismo) => Quando um processador falha o sistema continua a funcionar - Desvantagem: => Acessos simultâneos às mesmas áreas de memória: solução a cargo do hardware e do sistema operacional. => Implementação bastante complexa 62

23 Sistemas Fracamente Acoplados Dois ou mais sistemas de computação interligados em que cada um possui o seu próprio sistema operacional 63

24 Sistemas Operacionais de Rede Permitem que uma estação compartilhe seus recursos como impressora, diretório com as demais estações da rede. 64

25 Sistemas Distribuídos O sistema (operacional) distribuído esconde os detalhes das estações individuais e passa a tratá-los como um conjunto único, como se fosse um sistema fortemente acoplado simétrico Permite que uma aplicação seja dividida em partes sendo cada uma executada em estações diferentes 65

26 Concorrência 66

27 CONCORRÊNCIA Vários programas sendo executados ao mesmo tempo disputando pelo uso dos recursos do sistema (UCP, memória e dispositivos de E/S) Só existe em sistemas multiprogramáveis (com vários programas sendo executados ao mesmo tempo) 67

28 TÉCNICAS QUE PERMITEM A CONCORRÊNCIA 68

29 Interrupção Interrupção Evento que ocorre durante a execução de um programa e que exige a intervenção do Sistema Operacional -Gerada pelo SO ou algum dispositivo -Independe da execução do programa (gerada por evento assíncrono/imprevisto) -Exemplo: periférico avisa a CPU que está pronto a transmitir um dado => CPU deve interromper o programa e atender o dispositivo. -Diversos tipos de interrupção ==> rotinas de tratamento para cada interrupção -Permite a implementação de concorrência em computadores 69

30 Exceção Exceção Evento que ocorre durante a execução de um programa e que exige a intervenção do Sistema Operacional -Gerada pela execução de uma instrução de um programa -Gerada por evento síncrono/previsível -Exemplo: divisão de um número por zero 70

31 Buffering Mais LENTA Técnica que consiste na utilização de uma área de memória para transferência de dados entre os dispositivos de entrada e saída e a memória principal -Objetiva minimizar o problema da diferença de velocidade de processamento entre a CPU e o dispositivo E/S. - Objetiva manter a CPU e dispositivo E/S ocupados a maior parte do tempo. - Exemplo: leitura e processamento de dados de um CDROM 71

32 Spooling Técnica introduzida na década de 50 que objetiva aumentar a produtividade e eficiência dos sistemas operacionais Exemplo: Quando um comando de impressão é executado por um programa, as informações que serão impressas são gravadas em um arquivo em disco (arquivo de spool), para ser impresso posteriormente pelo sistema 72

33 Reentrância É a capacidade de um código de programa (código reentrante) poder ser compartilhado por diversos usuários, exigindo que apenas uma cópia esteja na memória principal (editores de texto, linkers, compiladores) -É comum em sistemas multiusuário em que vários usuários executam o mesmo utilitário ao mesmo tempo. 73

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