SOP - TADS Fundamentos de Sistemas Operacionais

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1 SOP - TADS Fundamentos de Sistemas Operacionais Prof. Ricardo José Pfitscher dcc2rjp@joinville.udesc.br Material cedido por: Prof. Rafael Rodrigues Obelheiro Prof. Maurício Aronne Pillon Introdução Histórico dos SOs Conceitos de SO Cronograma 1

2 Introdução [1/3] Complexidade dos sistemas computacionais modernos: Muitos recursos a serem controlados: Hardware Memória, Processador, Dispositivos de E/S Software Aplicativos que interagem com o hardware A programação em linguagem de máquina pode ser uma tarefa árdua; Ex.: A busca de um arquivo no disco pode ser sofrível, com inúmeras variáveis consideradas; O hardware é complexo, os recursos, são complicados de lidar e apresentam interfaces difíceis Como seria programar considerando cada parâmetro e particularidade de cada recurso? Introdução [2/3] O que é um sistema operacional? Duas visões para essa pergunta: Uma máquina estendida Esconde os detalhes complicados do funcionamento do hardware Oferece uma interface mais amigável para as aplicações Uma espécie de Máquina Virtual Um gerenciador de recursos Cada programa utiliza o recurso durante um tempo Cada programa ocupa um certo espaço no recurso 2

3 Introdução [3/3] Camadas do Sistema operacional Introdução Histórico dos SOs Conceitos de SO Cronograma 3

4 Histórico dos SOs [1/15] Podemos dividir em 4 gerações: Primeira geração ( ) Válvulas, painéis de programação Segunda geração ( ) Transistores, sistemas em lote (batch) Terceira geração ( ) CIs, multiprogramação Quarta geração (1980 Dias atuais) Computadores pessoais Histórico dos SOs [2/15] Primeira Geração ( ): Howard Aiken (Harvard), John von Neumann (Princeton), J. Presper Eckert e William Mauchley (Pensilvânia) e Konrad Zuse (Alemanha) construíram máquinas de calcular; Sistema totalmente mecânico (relés lentos), ciclo medidos em segundos; A primeira evolução foi substituir relés por válvulas O mesmo grupo de pessoas, projetava, construía, programava, operava, realizava a manutenção de cada máquina Engenharia, Desenvolvimento, Operação e Suporte Programação feita com código absoluto, muitas vezes conectando plugs em painéis Não haviam ainda sistemas operacionais Os próprios usuários 4

5 Histórico dos SOs [3/15] ENIAC Histórico dos SOs [4/15] Quadro de Plugues IBM 402 5

6 Histórico dos SOs [5/15] Segunda Geração ( ): Introdução do transistor (substituição das válvulas) Computadores passaram a ser mais confiáveis Fabricados e comercializados na expectativa de tivessem uma vida útil maior, executando algum trabalho importante As funções foram bem separadas: Projetistas, Fabricantes, Programadores e técnicos de manutenção Passaram a ser denominadas de computadores de grande porte (mainframes) Devido ao alto custo do equipamento, buscou-se uma maneira de reduzir o desperdício Adotou-se o sistema em lote (batch) Histórico dos SOs [6/15] Sistema em lote (batch) 1401 Máquina inferior, mas suficiente para ler, copiar fitas e imprimir saída 7094 Muito superior, mas cara, melhor utilizar em operações mais complexas a) Os programadores levavam os cartões para o 1401 b) O 1401 gravava o lote de jobs em fita c) O operador levava a fita de entrada para o 7094 d) O 7094 executava o processamento e) O 1401 imprimia as saídas 6

7 Histórico dos SOs [7/15] Estrutura de um job típico Histórico dos SOs [8/15] Terceira geração: famílias de computadores Na segunda geração os computadores eram radicalmente entre si, e se tornavam incompatíveis: IBM 7094: Cálculo intensivo, orientado a palavra IBM 1401: Processamento comercial, orientado a caracter Estas diferenças representavam: Custos significativos ao fabricante; Custos e inconveniências para os usuários que precisavam migrar de plataforma A IBM introduziu a família 360 Primeiros computadores a usar CIs (circuitos integrados) Série de máquinas: Porte do 1401 Porte do 7094 Idéia principal é propiciar compatibilidade de software e hardware O SO devia executar tanto nas máquinas pequenas quanto nas grandes Os requisitos e características diferentes se tornaram um pesadelo para os desenvolvedores: Milhões de linhas de Assembly, milhares de programadores Corrigia-se um bug, gerava-se outro; Fred Brooks, escreveu um livro contando suas experiências com esse projeto: The Mythical Man-Month 7

8 Histórico dos SOs [9/15] Sistema Multiprogramado (3ª Geração) No 7094, quando um job parava para aguardar uma E/S, a CPU simplesmente mantinha-se ociosa; Em cálculos científicos Baixa ociosidade Dados comerciais 80-90% do tempo era destinado a E/S Ociosidade Solução: Dividir a memória em 3 partes Enquanto uma tarefa esperava a conclusão da E/S outra poderia ser processada Deu origem aos sistemas de tempo compartilhado (timesharing) Histórico dos SOs [10/15] 3ª Geração MULTICS MULTiplexed Information and Computing Service Computador Utilitário capaz de atender a centenas de usuários simultâneos CPU equivalente a um 386, maior capacidade de E/S; O projeto foi um fracasso comercial (menos de 100 instalações), contudo, com usuários fiéis (até a década de 90) Extremamente influente no ponto de vista técnico Lançou diversas idéias usadas até hoje Servidor de internet centralizado, onde máquinas mais simples são conectadas, a maior parte do trabalho ocorre no servidor Em alguns casos ainda superior Tratamento de E/S 8

9 Histórico dos SOs [11/15] 3ª Geração UNIX Ken Thompson (Bell Labs) e o PDP-7 (origem do UNIX) Minicomputador, escreveu uma versão monousuário do MULTICS UNIX; Código amplamente divulgado Várias organizações desenvolveram suas próprias versões System V AT&T BSD Universidade da Califórnia em Berkeley Para evitar incompatibilidade entre versões o IEEE lançou um padrão de desenvolvimento o POSIX Sistema feito por programadores para programadores Características principais: Ferramentas de desenvolvimento cooperativo Interfaces simples, elegantes, consistentes e sem frescuras Conceito de ferramentas de software: pequenos programas que desempenham funções específicas e que podem ser combinados Histórico dos SOs [12/15] 3ª Geração Thompson, Ritchie e um PDP-11 9

10 Histórico dos SOs [13/15] 4ª Geração Computadores pessoais (microcomputadores) Os microcomputadores não eram muito diferentes do PDP-11, porém eram muito mais baratos Desenvolvimento de CIs em larga escala (large scale integration - LSI), que são chips contendo milhares de transistores em um centímetro quadrado de silício Em 1974, a Intel lançou o 8080, primeira CPU de 8 bits de propósito geral Em 1977, a Digital Research (Gary Kildall) reescreveu o CP/M (Control Program for Microcomputers) para rodar em outras CPUs além do 8080 Nos anos 80, a IBM solicitou a um desconhecido desenvolvedor de interpretador Basic, Bill Gates, o contato de uma empresa que pudesse desenvolver um SO para o IBM PC Bill Gates comprou o DOS (Disk Operating System) e vendeu à IBM o DOS/Basic. A Microsoft ainda contratou o desenvolvedor do DOS, Tim Paterson, lançando o conhecido MS-DOS Histórico dos SOs [14/15] 4ª Geração Computadores pessoais (microcomputadores) CP/M e MS-DOS, entre outros, eram todos baseados na digitação de comandos Doug Engelbart (Stanford) inventou uma interface gráfica voltada para o usuário (GUI - Graphical User Interface) O Apple Macintosh foi o primeiro SO a incorporar esta idéia Devido ao sucesso comercial da Apple, a Microsoft também resolveu incorporar esta idéia Os computadores tornaram-se cada vez mais poderosos Em vez das pessoas esperarem pelo computador, o computador e que espera por elas Necessidade de SOs mais sofisticados Surgimento de redes de computadores, com sistemas operacionais de rede e sistemas operacionais distribuídos 10

11 Histórico dos SOs [15/15] Tipos de Sistemas Operacionais SOs para mainframes Processamento simultâneo de muitas tarefas e E/S SOs para servidores Servir múltiplos usuários de uma vez, compartilhar recursos de hardware e software SOs para multiprocessadores SOs para computadores pessoais SOs de tempo real: Tempo é parâmetro fundamental SOs embarcados: Controlam dispositivos que não aceitam aplicativos de usuários (eletrodomésticos) Vídeos complementares yg6dg 3-nEw Llc9KQ 11

12 Introdução Histórico dos SOs Conceitos de SO Cronograma Conceitos de SO [1/7] Processos Um processo é basicamente um programa em execução Cada processo possui um espaço de endereçamento Faixa de endereços na memória onde ele pode ler e escrever Cada entrada na tabela de processos possuí informações sobre o estado do processo (Executando, Bloqueado, Pronto) Processos podem se comunicar Comunicação interprocessos (IPC) Árvores de processos Um processo não surge do nada, ele é filho de outro processo. 12

13 Conceitos de SO [2/7] Deadlock Situações que surgem na interação entre processos onde o progresso é impossível: a) Deadlock potencial b) Deadlock real Conceitos de SO [3/7] Gerência de memória Define como a memória principal é alocada para os processos Implementa mecanismos de proteção Lida com espaços de endereçamento maiores do que a memória disponível Memória virtual 13

14 Conceitos de SO [4/7] Gerência de Arquivos Define uma interface mais refinada para armazenamento persistente de informações A maior parte dos sistemas utiliza o conceito de arquivos organizados em hierarquias de diretórios Conceitos de SO [5/7] Chamadas de sistema As chamadas de sistema compõem a interface que o SO oferece às aplicações Executam no contexto do SO, usando o modo privilegiado do processador Tipos de chamada de sistema: Processos: Criar, sincronizar, terminar Memória: Alocar, desalocar Arquivos e diretórios: criar, ler, escrever, definir permissões... 14

15 Conceito de SO [6/7] Chamadas de sistema POSIX Conceito de SO [7/7] Chamadas de sistema API Win32 15

16 Próxima Aula Revisão de Hardware Cap. 1.4 Estruturas de sistemas operacionais Cap. 1.7 Bibliografia Andrew S. Tanenbaum. Sistemas Operacionais Modernos, 3a Edição. Capítulo 1.Pearson Prentice-Hall,