Fundamentos de Sistemas Operacionais

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1 Fundamentos de Sistemas Operacionais

2 Professor conteudista: Luiz Antonio de Lima

3 Sumário Fundamentos de Sistemas Operacionais Unidade I 1 INTRODUÇÃO Conceituação dos sistemas operacionais Componentes do sistema operacional Evolução dos sistemas operacionais Conceitos básicos sobre processador, memória e armazenamento secundário Sistema monousuário: monotarefa e multitarefa. Sistema multiusuário Chamadas ao sistema Sistemas com compartilhamento de tempo (Time-Sharing) Sistemas distribuídos Sistemas de tempo real Bootstrap... 2 GERENCIAMENTO DE PROCESSOS Conceituação de processos Condições de corrida e regiões críticas Concorrência e sincronização Processos concorrentes Sincronização Monitores e semáforos Monitores Semáforos Comunicação interprocessos Escalonamento de processador GERENCIAMENTO DE MEMÓRIA Conceituação Swapping Memória virtual Segmentação...26 Unidade II 4 SISTEMA DE ARQUIVO Conceituação Diretórios Métodos de acesso Compartilhamento...28

4 4. Implementação Métodos de alocação e gerenciamento de espaço Segurança...32 GERENCIAMENTO DE ENTRADA E SAÍDA Visão geral Dispositivos...33 Unidade III 6 ARQUITETURA DE PROCESSADORES Modo operacional de processadores com 32 bits, 64 bits e além Velocidade do núcleo Cache de memória Barramento, clock Conjunto de instruções Compatibilidades Dispositivos móveis VIRTUALIZAÇÃO Máquina virtual Gerenciamento de continuidade de negócios Produtividade e reatividade administrativas Gerenciamento de recursos de máquina virtual... Unidade IV 8 ESTUDO DE CASOS: ANÁLISE E CARACTERÍSTICAS Caso 1: análise de TCO Windows vs Linux (custo de propriedade) Caso 2: análise de características Windows e Linux Características do sistema operacional Linux Características do sistema operacional Windows Caso 3: características VMware e Xen Razões do sucesso FERRAMENTAS VMware Xen (focado para Linux) Qemu Outras ferramentas Bochs Microsoft Virtual Server e Virtual PC Comparativos de custo Operações eficazes: visão geral SMFs essenciais Gerenciamento de alterações Gerenciamento de configuração... 91

5 9.6.4 Gerenciamento de versão Gerenciamento de segurança Monitoramento e controle de serviço Administração de sistema Gerenciamento de incidentes Gerenciamento de problemas Gerenciamento de disponibilidade Microsoft Systems Management Server Software Update Services Feature Pack do SMS Microsoft Operations Manager...96

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7 FUNDAMENTOS DE SISTEMAS OPERACIONAIS Unidade I 1 INTRODUÇÃO 1.1 Conceituação dos sistemas operacionais 1 A maior parte dos equipamentos que possuem sistemas operacionais, tais como estações de trabalho, computadores pessoais ou simplesmente PCs (Personal Computers), que são utilizados nas empresas e residências, além dos notebooks, celulares, automóveis, eletrodomésticos, televisores, entre outros, interage com os usuários de forma praticamente imperceptível. Contudo, as ações finais que esses dispositivos executam através de seus softwares são realizadas pelos sistemas operacionais (operating systems). Neste livro-texto abordaremos as características da forma como o sistema operacional evoluiu ao longo do tempo. Quando se pensa em sistema operacional, logo vêm à mente alguns dos mais famosos softwares do mercado, como o Windows e o Linux. Mas os sistemas operacionais surgiram muito antes do desenvolvimento do Windows e do Linux. Sistemas como MVS, OS/390 e o próprio UNIX são muito mais antigos. O sistema operacional, segundo Deitel, H. M.; Deitel, P. J.; Choffnes, D. R. (0), é um software que habilita as aplicações a interagir com o hardware de um computador. Seu componente central é o núcleo, também conhecido como kernel. Os sistemas operacionais estão presentes em telefones celulares, automóveis, eletrodomésticos, computadores pessoais, além dos computadores de grande porte ou mainframes (consultar glossário). 1

8 Unidade I 1 Na figura 1 é possível perceber a posição do sistema operacional no contexto do computador. Assim, o sistema operacional relaciona-se com os softwares instalados para que estes tenham condição de interagir com os dispositivos do hardware. Dessa forma, o sistema operacional atua como um intermediário entre o usuário do computador e o hardware (Silberschatz, A.; Peterson, J. L.; Gavin, P., 1992). O sistema operacional faz a conexão entre os softwares aplicativos e as necessidades que estes possuem de interagir com o hardware. Assim os programadores de aplicações não necessitam ter sólidos conhecimentos de gerenciamento de memória ou de disco porque, hoje em dia, quem realiza essa atividade é o sistema operacional, de forma automática. O propósito de um sistema operacional é o de prover um ambiente no qual o usuário pode executar programas de uma forma conveniente e eficiente. Aplicação web Aplicação cliente Jogos de aventura Compiladores Editor Interpretador Sistema operacional Linguagem de máquina Microprograma (BIOS) Dispositivos físicos Aplicativos Sistema Hardware 2 Figura 1 Baseado em Tanenbaum (1987). O sistema de um computador consiste em hardware, sistema e aplicativos. A partir da segunda metade do século XX, a computação avançou de uma forma surpreendente. Os recursos de um computador evoluem a taxas incríveis, ao mesmo tempo em que o custo decresce. Os usuários de hoje, dos escritórios e das empresas, têm a sua disposição computadores pessoais que executam bilhões de instruções por segundo, e equipamentos que executam trilhões de instruções por minuto já são realidade cifras consideradas impossíveis de serem alcançadas há poucos anos. 2

9 FUNDAMENTOS DE SISTEMAS OPERACIONAIS Ao mesmo tempo em que o preço dos microprocessadores foi baixando, ampliou-se o seu poder, a tal ponto que esses dispositivos podem ser empregados em praticamente todas as situações da vida moderna. Quanto custa armazenar um megabyte durante um mês? US$ 0 US$ US$ 17 US$ 0 US$ 0 US$ 0 US$ 8 US$ 3 GB US$ 3 US$ 0, * *Custo estimado por gigabyte Figura 2 A evolução do armazenamento digital, segundo Siqueira (04). Nos computadores pessoais desenvolvemos a maior parte das atividades relacionadas à vida moderna, como, por exemplo, textos, planilhas e apresentações. Também é possível ouvir música, assistir a vídeos, participar de comunidades virtuais e utilizar uma infinidade de aplicações voltadas a proporcionar mais comodidade aos usuários. 1 Há ainda outros dispositivos que possuem recursos de microprocessamento embarcados, como os telefones celulares, os aparelhos MP3 e os GPS. O crescimento do número de dispositivos que possuem acesso à rede e à ampliação das redes, com e sem fio, aumenta a interatividade e propicia a comunicação entre pessoas localizadas, muitas vezes, a uma grande distância umas das outras. Esse fenômeno convergiu para a ampliação da Internet e 3

10 Unidade I da World Wide Web como nunca. Esse crescimento promoveu a criação e o desenvolvimento de uma infinidade de novos serviços que revolucionam os negócios das empresas e demandam o processamento de enormes quantidades de transações por segundo. Isso quer dizer que os sistemas operacionais, que apoiam essa estrutura altamente crítica de processamento, passam por uma intensa transformação de papéis e responsabilidades. Um sistema operacional como o de um software que controla um hardware é uma definição da década de Há algum tempo os sistemas operacionais evoluíram e passaram a exercer mais papéis. 1.2 Componentes do sistema operacional 1 Figura 3 Mainframe IBM System/360 Model 0. Fonte: IBM. Nos sistemas operacionais, os usuários requisitam ao computador que realize uma determinada tarefa e o sistema operacional gerencia o software e o hardware para chegar à execução do que foi solicitado. Assim, quando um usuário solicita a impressão de um documento, por exemplo, o sistema operacional age no encaminhamento do documento até a porta de impressão virtual onde está instalada uma impressora, converte o arquivo para um formato que a impressora possa entender e o envia para impressão, monitorando o feedback do dispositivo para saber se o documento foi impresso ou se ocorreu algum problema, como falta de papel, falta de tinta ou toner, papel encravado, etc. 4

11 FUNDAMENTOS DE SISTEMAS OPERACIONAIS Outra forma de interação com o sistema operacional ocorre através de uma aplicação chamada shell, que é um interpretador e, na maioria dos casos, é implementado como interface de texto. Como ao sistema operacional estão reservadas as tarefas mais intrínsecas do ambiente computacional, é comum que para a maioria dos usuários pareça uma caixapreta (Deitel, H. M.; Deitel, P. J.; Choffnes, D. R., 0). Eles não entendem como a relação entre software e hardware como processador, memória, disco rígido, modem assegura a realização do trabalho correto. 1 O software que contém os componentes centrais do sistema operacional chama-se núcleo ou kernel, em inglês. Entre os componentes centrais do sistema operacional destacam-se: escalonador de processos: determina o momento e o período de tempo em que um processo é executado pelo processador; gerenciador de memória: determina o momento e a forma como a memória será cedida aos processos e o que fazer quando a memória principal estiver cheia; gerenciador de E/S: atende às solicitações de entrada e saída destinadas e provenientes dos dispositivos de hardware; gerenciador de comunicação interprocessos (IPC): permite que os processos se comuniquem entre si; gerenciador de sistema de arquivos: organiza as coleções de dados gravados nos dispositivos de armazenamento e fornece uma referência para acessar os dados nesse dispositivo.

12 Unidade I 1.3 Evolução dos sistemas operacionais 1940 História Surgem os primeiros computadores digitais eletrônicos. Esses equipamentos, porém, não possuíam um sistema operacional. Programas eram submetidos em linguagem de máquina. É quando ocorre a introdução da perfuração de cartão para armazenagem dos programas (ver figura 4). O Assembly (consultar glossário) foi desenvolvido para agilizar o processo de programação. Figura 4 Este cartão perfurado, denominado IBM Calculator Instruction Card, foi impresso no início da década de 190, provavelmente para ser utilizado por programadores do IBM 701. Fonte: Jones [00?] História Surge o primeiro sistema operacional, no início da década, desenvolvido pelos laboratórios de pesquisa da General Motors, para ser executado em seu computador IBM 701. O IBM 701 foi o primeiro equipamento da IBM para uso geral. 6

13 FUNDAMENTOS DE SISTEMAS OPERACIONAIS 1960 O IBM 701 executava apenas um job (consultar glossário) de cada vez. História Deu-se início à multiprogramação (ver figura ), quando projetistas desenvolveram sistemas operacionais que gerenciavam diversos jobs ao mesmo tempo. Job 3 Job 2 Job 1 Sistema operacional Participação da memória Figura Um sistema multiprogramação com três jobs na memória. Fonte: Tanenbaum, Em 1964 a IBM lançou a família System/360, que utilizava o sistema operacional OS/360 e tinha a versatilidade de possuir escalabilidade, ou seja, podia oferecer maior capacidade à medida que o usuário necessitava fazer crescer a série. Com isso, a IBM permitiu que a arquitetura 360 pudesse evoluir para séries superiores e posteriores, como a série 370, a série 390 e, mais recentemente, a zseries, à medida que eram lançadas, possibilitando o reaproveitamento, de maneira facilitada, dos códigos escritos nas séries anteriores. Os usuários interagiam com o computador por meio de terminais burros, ligados on-line diretamente ao computador. Passou-se a focar a melhoria de produtividade e redução de recursos humanos. Foram desenvolvidos sistemas de tempo compartilhado (Time Sharing Systems) (consultar glossário) e sistemas de tempo real (Real Time Systems) (consultar glossário). 7

14 Unidade I 1 Vários sistemas operacionais de tempo compartilhado foram desenvolvidos nessa época, tais como o CTSS (Compatible Time Sharing System), desenvolvido pelo MIT, o TSS (Time Sharing System), desenvolvido pela IBM, o Multics, desenvolvido pelo MIT, GE e BELL para ser o sucessor do CTSS, e o CP/CMS (Control Program / Conversation Monitor System), que evoluiu para o VM (Virtual Machine) da IBM, desenvolvido pelo Cambridge Scientific Center da IBM. Os sistemas operacionais passaram a ser escritos em linguagem de alto nível. O primeiro caso foi o Multics, que foi escrito em PL1 da IBM. Na sequência, os projetistas da UNIX criaram o C com a finalidade específica de desenvolver o UNIX. Famílias de sistemas operacionais tiveram início a partir do UNIX, como o Xenix e o Linux, que atualmente possui diversas distribuições. Em 196, programadores com certa experiência recebiam US$ 4 por hora, enquanto o custo do aluguel da hora de um computador de grande porte, que possuía capacidade muito menor que a dos computadores pessoais de hoje, era normalmente de US$ 00 (Deitel, H. M.; Deitel, P. J.; Choffnes, D. R., 0). Ver figura 6. Relação valor-hora Programador experiente X Tempo de utilização de computador de grande porte US$ 00 US$ 40 US$ 400 US$ 30 US$ 300 US$ US$ 0 US$ US$ 0 US$ 0 US$ Custo do programador Custo do computador Figura 6 Simulação da relação do custo hora / homem X custo da hora de uso de computador de grande porte. 8

15 FUNDAMENTOS DE SISTEMAS OPERACIONAIS 1970 História Criação da interface gráfica com o usuário (GUI Graphical User Interface), desenvolvida pelo Palo Alto Research Center (PARC) da Xerox. O primeiro sistema operacional dotado de interface gráfica com o usuário se chamou Alto (ver figuras 7a e 7b). Ele foi projetado e construído pela Xerox e, embora a empresa tenha doado certa quantidade para várias organizações, ela nunca vendeu nenhuma licença do Alto. Figura 7a Xerox Alto Personal Computer (1973). Fonte: DigiBarn. 1 Nessa década os sistemas foram favorecidos pelos desenvolvimentos anteriores. Tornaram-se multimodais de multiprogramação, que suportava processamento em lote, tempo compartilhado e aplicações de tempo real. Ocorreu o amplo uso do protocolo TCP/IP e as redes LANs (Local Area Network) tornaram-se práticas e baratas a partir da aplicação do padrão Ethernet desenvolvido no Palo Alto Research Center (PARC) da Xerox. Com esses avanços, as comunicações entre computadores ficaram fáceis e a conectividade passou a ser mais frequente. 9

16 Unidade I Figura 7b Tela do Alto, primeiro sistema operacional dotado de interface gráfica com o usuário, criado pela Xerox em Fonte: DigiBarn. Nesse momento, os sistemas operacionais passaram a oferecer serviços de configuração da rede e de administração da segurança, e seu desempenho continua crescendo. Os sistemas GUI foram amplamente explorados na década de 1980 pela Apple e pela Microsoft História 1 O sistema Apple II teve uma aceitação extraordinária. A IBM lança o Personal Computer (PC) em 1982 e a Apple lança a sua versão de computador pessoal (ver glossário), batizado de Macintosh, em O poder de processamento dos microprocessadores cresceu de tal forma nessa década, que os computadores pessoais possuíam um poder de processamento equivalente ao dos computadores de grande porte da década anterior. Em 1981 a Microsoft lançou a primeira versão do MS- DOS para computadores pessoais IBM. A versão da IBM chamava-se DOS.

17 FUNDAMENTOS DE SISTEMAS OPERACIONAIS 1 O sistema operacional MS-DOS representou um marco na indústria de software, porque permitiu que os fabricantes desse produto o rodassem no computador com muito mais facilidade do que até então era conseguido com os demais sistemas operacionais existentes. A grande redução de trabalho que o MS- DOS proporcionou aos fabricantes de software se deu, principalmente, com o uso das Interfaces de Programação de Aplicativos (API), que os programadores utilizavam para realizar manipulações detalhadas de hardware e outras operações. Dessa forma, os programadores de aplicações não necessitariam mais mexer com questões complexas de software, como o gerenciamento da memória do computador pessoal e os acessos a seus dispositivos de entrada / saída (ver figura 8). Aplicação Aplicação Aplicação Interface de chamada ao sistema Espaço do usuário Espaço do núcleo Componentes do sistema operacional Processador Figura 8 Interação entre aplicações e o sistema operacional, segundo Deitel, H. M.; Deitel, P. J.; Choffnes, D. R. (0). Nesse momento ocorreu uma enorme revolução na utilização dos recursos digitais, pois indivíduos sem formação tecnológica e pequenas e médias empresas passaram a ter seus próprios computadores exclusivos, que também podiam transmitir dados entre sistemas de forma rápida e econômica. 11

18 Unidade I Softwares aplicativos, como planilhas eletrônicas e editores de texto, ganharam espaço e auxiliaram as empresas a ganhar produtividade. Boa parte dos usuários de computadores pessoais passou a utilizar correio eletrônico, transferência de arquivos e a acessar bancos de dados remotos. Surgiu estão a computação distribuída, que deu origem à arquitetura cliente/servidor (ver figura 9). Em meados dessa década, a Microsoft desenvolveu sua plataforma GUI, o Windows, que ainda não atuava como sistema operacional porque era executado de forma sobreposta ao DOS. Rede Estação cliente Servidor Figura 9 Ambiente cliente / servidor. O cliente solicita a informação a partir de um aplicativo instalado na estação História 1 No final desta década, um computador pessoal podia executar várias centenas de milhões de instruções por segundo (MIPS) enquanto armazenava mais de 1Gb em disco rígido. A Internet levou a uma enorme ampliação na popularidade da computação distribuída. Em 1990 a Microsoft lançou o Windows 3.0, que apresentava grande funcionalidade. 12

19 FUNDAMENTOS DE SISTEMAS OPERACIONAIS 1 O Windows tornou-se popular a partir de 1993, com o lançamento do Windows 3.1. Os sucessores, o Windows 9 e o Windows 98, praticamente dominaram o mercado, ainda nessa década. Usuários domésticos e empresas passaram a aumentar sua produtividade com o uso dos computadores pessoais ligados em rede. A Microsoft tornou-se dominante nessa época. O Windows tomou emprestados muitos dos conceitos do Macintosh, como ícones, menus e janelas, habilitando os usuários a utilizar múltiplas aplicações concorrentes de forma muito fácil. Em 1993 a Microsoft decidiu entrar no mercado de sistemas operacionais corporativos e lançou o Windows NT. 00 História 2 Ocorre a disponibilidade da Internet de alta velocidade, a preço acessível, através de diversas mídias, como par metálico telefônico, redes de cabo coaxial das companhias de TV a cabo, satélite e celular. Surgem os microprocessadores com mais de um núcleo, o que agrega uma forte ampliação da capacidade de processamento dos computadores pessoais e notebooks. Linguagens de programação, como o Java, predispõem ao surgimento da computação paralela. Diferentemente dos sistemas e computadores da década de 1960, que processavam suas instruções de forma sequencial, ou seja, uma após a outra, na computação paralela o processamento de uma determinada tarefa se dá enquanto o processador processa outras informações e gerencia diversos dispositivos. 13

20 Unidade I Surgem sistemas operacionais de código aberto, como o FreeBSD, OpenBSD e Linux, baseado no GNU (General Public Licence) - criado pela Free Software Foundation -, que é um conceito da década de 1980, desenvolvido por seu fundador, Richard Stallman. Ele especifica que qualquer pessoa pode modificar e redistribuir software livremente sob sua licença, desde que as modificações sejam claramente especificadas e que qualquer outro derivado do software também seja livre. Tornou-se possível configurar e registrar as preferências do perfil dos usuários, o que faz com que o sistema operacional se ajuste a essas preferências toda vez que o usuário realize sua autenticação no sistema operacional. Características do tipo plug-and-play foram adicionadas aos sistemas operacionais. Elas habilitam os usuários a adicionar e remover dispositivos do sistema operacional sem a necessidade de reconfigurá-los manualmente a cada nova ação. Os projetistas preparam sistemas operacionais padronizando as interfaces com os usuários, como, por exemplo, no caso da adoção do sistema de janelas e ícones também por outros sistemas operacionais, como o Linux e suas distribuições, e pelo próprio UNIX. Surge a computação móvel, proporcionada por dispositivos como telefones celulares, smartphones e PDAs, que passam a ser dotados de processadores cada vez mais poderosos, dando oportunidade para a criação de novos sistemas operacionais que poderão estar associados a questões muito específicas. A proliferação dos dispositivos móveis deve-se em parte à evolução da amplitude e velocidade e à redução de custo dos serviços de comunicação de dados para esses dispositivos. 14

21 FUNDAMENTOS DE SISTEMAS OPERACIONAIS 1.4 Conceitos básicos sobre processador, memória e armazenamento secundário 1 Processador: boa parte dos sistemas operacionais depende do processador para gerenciar o seu mecanismo de proteção, de forma a impedir alguns processos de acessar informações privilegiadas ou memória que não lhe foi alocada. É um componente do hardware que executa um conjunto de instruções em linguagem de máquina, objetivando a execução eficiente de uma atividade específica. Os processadores podem atuar também como CPU (Unidade Central de Processamento), como um coprocessador gráfico, etc. Memória principal: é a RAM (Random Access Memory). Consiste em uma memória volátil e de acesso aleatório. Ser volátil significa que perde seus dados quando o computador é desligado. Quanto ao acesso aleatório, permite que os processos possam realizar pesquisas em qualquer ordem para a localização de dados. O sistema pode impedir esses processos de acessar endereços de memória que não lhe foram atribuídos, fornecendo registradores de limite que especificam o endereço de início e de fim da memória atribuída a um processo. Memória As memórias DRAM (RAM Dinâmica) são os tipos mais comuns de memória RAM. Elas precisam ser acessadas, obrigatoriamente, de tempos em tempos para que o conteúdo não seja perdido. As memórias SRAM (RAM Estática), normalmente utilizadas como caches de processador, não precisam ser acessadas periodicamente, são mais rápidas e também mais caras que as memórias DRAM. 1

22 Unidade I Hierarquia das memórias: 1 registradores: estas memórias, muito rápidas, operam na velocidade do processador, estão incorporadas no próprio processador e guardam dados para uso imediato por ele; cache: as memórias cache são divididas em L1 e L2 e às vezes em L3 e são integradas aos processadores mais novos para poder explorar as interconexões de alta velocidade. Muitos megabytes são transferidos entre a cache e o processador antes de estarem disponíveis para a memória principal. Possuem uma latência (tempo de resposta) superior à dos registradores; memória principal ou memória primária: é memória volátil com maior capacidade de armazenamento e acesso mais lento que a dos registradores e a da cache; armazenamento secundário: é a forma de armazenamento mais lenta, porém com maior capacidade de armazenamento. São os discos rígidos, CD, DVD, etc. Latência (em ciclos do processador) ~ ~30 ~ 6 Registradores SRAM SRAM DRAM Disco rígido CD DVD Registradores Cache L1 Cache L2 Memória principal Armazenamento secundário e terciários Figura Hierarquia da memória. Fonte: Deitel, H. M.; Deitel, P. J.; Choffnes, D. R. (0). Novos desenvolvimentos dos fabricantes tendem a possibilitar o emprego de memórias mais velozes e de maior capacidade, com custo menor, respeitando a Lei de Moore. 16

23 FUNDAMENTOS DE SISTEMAS OPERACIONAIS 1 Essa lei, que é uma profecia feita na década de 1970 por Gordon Moore, um dos fundadores da Intel, previa que a potência dos processadores dobraria a cada 18 meses. Ela sobreviveu por mais de duas décadas e ainda não parece estar totalmente desgastada, apesar do ciclo evolutivo dos transistores estar chegando ao fim e novas tecnologias estarem sendo estudadas. Armazenamento secundário: devido a sua capacidade limitada e a sua volatilidade, a memória principal não é adequada para armazenar grandes quantidades de dados ou por muito tempo, ou ambos. Para realizar o armazenamento de grandes quantidades de dados, de forma permanente, como arquivos e softwares, o computador usa o armazenamento secundário. Esse armazenamento se dá, normalmente, no disco rígido ou no pen drive. Apesar de custar menos e armazenar mais do que as memórias RAM, não possui a mesma velocidade de acesso. Disco rígido 1. Sistema monousuário: monotarefa e multitarefa. Sistema multiusuário Sistema monousuário e monotarefa Este se dá quando o sistema operacional permite que apenas um usuário execute uma tarefa de cada vez. Um bom exemplo são os sistemas operacionais de boa parte dos telefones celulares e também o sistema operacional PALM OS. Telefone celular 17

24 Unidade I Sistema monousuário e multitarefa É o caso do usuário que utiliza um computador pessoal em casa ou no escritório. Essa situação configura um ambiente monousuário, porque apenas um usuário acessa o computador pessoal em cada momento. Contudo, sistemas operacionais como Windows XP, Windows Vista e Linux permitem que esse usuário utilize muitas tarefas simultaneamente, como, por exemplo, acessar s enquanto visita alguns sites e verifica os dados de uma planilha, ouvindo uma rádio na Internet. Sistema multiusuário É o sistema operacional comumente encontrado nos servidores (ver figura 11), em que uma série de usuários pode estar realizando tarefas concorrentes e acessos a informações de banco de dados sem que um interfira no trabalho do outro. Um exemplo é o Windows XP Server 03 ou o UNIX. Servidor Estação Estação Estação Estação 1 Estação Estação Estação Figura 11 Sistema multiusuário 1.6 Chamadas ao sistema Desde a década de 1980, os sistemas operacionais incorporaram as Interfaces de Programação de Aplicativo ou API (Application Programming Interfaces). As APIs (ver figura 18

25 FUNDAMENTOS DE SISTEMAS OPERACIONAIS 12) fornecem rotinas que os programadores podem utilizar no desenvolvimento de softwares para requisitar serviços ao sistema operacional, por exemplo, para realizar uma impressão ou gravar um determinado conteúdo em disco. Essas chamadas das APIs, que executam rotinas numa camada mais baixa do sistema, são conhecidas como chamadas ao sistema. Aplicação API Espaço do usuário Espaço do núcleo Interface de chamada ao sistema Memória Disco Figura 12 Interface de programação API. Fonte: Baseado em Deitel, H. M.; Deitel, P. J.; Choffnes, D. R. (0). 1.7 Sistemas com compartilhamento de tempo (Time-Sharing) Um sistema com compartilhamento de tempo (Time- Sharing), também conhecido como multitarefa (Silberschatz, A.; Peterson, J. L.; Gavin, P., 1992), é uma extensão lógica da mutiprogramação (ver figura ). Vários jobs sãos executados pela CPU, que comuta o processamento de cada job. O sistema Time-Sharing foi desenvolvido para prover interatividade no uso dos computadores pessoais a um custo acessível. 1 Um sistema Time-Sharing utiliza o gerenciamento e a multiprogramação da CPU para prover a cada usuário uma pequena porção de tempo compartilhado de processamento. 19

26 Unidade I 1.8 Sistemas distribuídos O processamento distribuído de dados (ver figura 13) compreende a ação de um conjunto de processadores interconectados, de tal forma a permitir a descentralização dos recursos e prover um ambiente para a execução de programas de aplicação. Processador 0 Memória principal Seletor de E / S Processador 1 Interface de E / S Terminal Impressoras Disco Estação de trabalho Estação de trabalho Estação de trabalho Estação de trabalho Figura 13 Organização interna de um processador dual. Fonte: Baseado em Dahmke (1983). A maior vantagem desse sistema é que, em caso de falha de hardware de qualquer dos processadores, o outro pode assumir as funções e continuar os seus trabalhos. Essa característica aumenta a confiabilidade no sistema. 1.9 Sistemas de tempo real São sistemas utilizados normalmente como um dispositivo de controle rodando em uma aplicação dedicada Bootstrap Para que um sistema operacional possa começar a gerenciar os recursos de um computador, é necessário que ele esteja carregado na memória no momento da inicialização do computador.

27 FUNDAMENTOS DE SISTEMAS OPERACIONAIS 2 GERENCIAMENTO DE PROCESSOS 2.1 Conceituação de processos O gerenciamento de processos ocorre porque o sistema, quando intercala a execução de um determinado processo, deve conseguir administrá-lo cuidadosamente para que possa reiniciá-lo quando ele for retomado. Os processos devem possuir a capacidade de poder comunicar-se com o sistema operacional, de forma que possam informar, por exemplo, o fim da execução do processo Condições de corrida e regiões críticas Alguns sistemas operacionais permitem que processos que trabalham de forma simultânea frequentemente compartilhem o mesmo armazenamento. Esse armazenamento pode ocorrer na memória principal ou pode ser um arquivo compartilhado. A natureza do armazenamento não elimina a região crítica quando ocorre o risco de problema (ver figura 14). Segundo Tanenbaum (1987), onde dois ou mais processos estão lendo ou gravando um dado compartilhado, localizado no mesmo endereço de memória principal ou secundária, pode ocorrer uma condição de corrida (race condition) ou condição de disputa (Deitel, H. M.; Deitel, P. J.; Choffnes, D. R., 0). Essa situação deve ser evitada porque pode causar erros em aplicações que serão difíceis de identificar. Processador 0 Memória principal Seletor de E / S Processador 1 Interface de E / S Terminal Impressoras Disco Estação de trabalho Estação de trabalho Estação de trabalho Estação de trabalho Figura 14 Dois processos procuram acessar a memória compartilhada ao mesmo tempo. Fonte: Baseado em Tanenbaum (1987). 21

Como o sistema operacional evoluiu ao longo do tempo, suas características serão abordadas neste livro-texto.

Como o sistema operacional evoluiu ao longo do tempo, suas características serão abordadas neste livro-texto. 1. Introdução 1.1. Conceituação dos Sistemas Operacionais A maior parte dos equipamentos que possuem sistemas operacionais, tais como estações de trabalho, computadores pessoais ou simplesmente PCs (Personal

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