Introdução. Introdução aos Sistemas Operacionais Volnys Bernal. Agenda. Introdução aos Sistemas Operacionais. Sobre esta apresentação

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1 Volnys Bernal Volnys Bernal Agenda aos Sistemas Operacionais Volnys Borges Bernal volnys@lsi.usp.br Laboratório de Sistemas Integráveis Objetivos de um Sistema Operacional Componentes de um Sistema Operacional Máquina de Níveis Classificação dos s operacionais Variedades de operacional s ao Exemplo de arquiteturas Arquitetura UNIX Arquiteturas Windows Volnys Bernal Volnys Bernal Sobre esta apresentação Esta apresentação... Não apresenta todos os detalhes sobre este tópico. É um resumo para auxiliar a apresentação do tópico em sala de aula. Objetivos de um Sistema Operacional Para estudo, deve ser utilizada uma das seguintes referências: Capítulos 1 e 2 do livro: ANDREW S. TANENBAUM; Sistemas Operacionais Modernos. Prentice-Hall Capítulos 1 e 2 do livro: ANDREW S. TANENBAUM; Sistemas Operacionais. Prentice-Hall. Volnys Bernal Volnys Bernal Objetivos de um Sistema Operacional Principais objetivos de um Sistema Operacional: 1. Fornecer uma interface de alto nível Para usuários Para desenvolvimento de software 2. Gerenciar os recursos do Gerenciar o compartilhamento dos recursos Gerenciamento de conflitos de acesso aos recursos Segurança no acesso aos recurso Objetivos do Sistema Operacional 1) Fornecer uma interface de alto nível Facilitar de acesso aos recursos do Facilidade de uso sem preocupação com detalhes de baixo nível Exemplo: leitura de disco: acionar a cabeça da leitura, posicionar na trilha e setor, transferir os dados para memória Máquina Virtual Interface entre: Recursos do / programas 1

2 Volnys Bernal Volnys Bernal Objetivos do Sistema Operacional 2) Gerenciar os recursos do Problema Gerenciar o compartilhamento Otimização de uso Resolução de conflitos Proteção / segurança Recursos Processador (tempo de CPU) Memória Primária Memória Secundária (Disco) Memória Terciária (Fita) Impressoras etc Objetivo Maior taxa de utilização dos recursos Diminuição de custos Objetivos do Sistema Operacional Interface entre processos/usuários e recursos do Processador P1 P2 P3 P4 Núcleo do Sistema Operacional Memória Contr. Contr. Terminais Discos Unidades de Fita Impressora Volnys Bernal Volnys Bernal Componentes de um Sistema Operacional Estrutura geral de um de computação Componentes de um Sistema Operacional Aplicativos Sistema Operacional Componentes Físicos Volnys Bernal Volnys Bernal Componentes de um Sistema Operacional Componentes de um Sistema Operacional É composto por: Núcleo (kernel) do operacional Permanece carregado em memória Processo Processo Processo Aplicativos Processos de gerência Arquivos de configuração Utilitários do Programas básicos necessários para operação do Ex: DOS: format, dir, edit, copy, type,... Ex: UNIX: mkfs, ls, ps, vi,... hardware Processos de gerência Núcleo Utilitários do Sistema Device Drivers Dispositivos Sistema Operacional Componentes Físicos 2

3 Volnys Bernal Volnys Bernal Máquina de níveis Máquina de Níveis Software Aplicativos Utilitários e Processos de gerência Núcleo do Sistema Operacional Monitor Linguagem de Máquina Microprogramação Dispositivos Físicos Volnys Bernal Volnys Bernal Monoprogramado x multiprogramado Classificação dos s operacionais Classificação quanto à quantidade de aplicações simultâneas: Sistema operacional monoprogramado Suporta somente um processo (execução de uma aplicação) por vez Exemplo: DOS CPM Sistema operacional multiprogramado Suporta a execução simultânea de várias aplicações (processos) por vez Exemplos (s operacionais modernos): Unix, Windows 95, WindowsNT,... Volnys Bernal Volnys Bernal Classificação dos s operacionais Classificação quando ao suporte a ambiente multiprocessadores Monoprocessador Pode ser executado somente em hardwares monoprocessadores (1 único processador) Variedades de Sistemas Computacionais Multiprocessador Pode ser executado em hardwares multiprocessadores (vários processadores) 3

4 Volnys Bernal Volnys Bernal Variedades de Sistemas Computacionais Atualmente existe uma grande variedade de s computacionais, cada qual necessitando de características específicas do operacional. Exemplo de s computacionais: Computadores de grande porte Servidores Sistemas multiprocessadores Computador para uso corporativo Computadores pessoais Sistemas de tempo real Sistemas embarcados Cartões inteligentes Volnys Bernal Volnys Bernal O que é? Conjunto de funções que o núcleo do operacional disponibiliza aos processos Em inglês: System Calls Cada operacional possui uma interface de específica hardware Processo Processo Processo Núcleo do Sistema Operacional Device Drivers Dispositivos Volnys Bernal Volnys Bernal Principais s UNIX Principais s UNIX Manipulação de processos Ações sobre arquivos fork waitpid execve exit Duplica um processo Aguarda um processo terminar Troca a imagem de memória do processo Termina a execução do processo open close read write Abre um arquivo Fecha um arquivo aberto Lê dados de um arquivo Escreve dados em um arquivo ioctl Funções de controle para arquivos especiais (dispositivos) lseek Posiciona o ponteiro de deslocamento do arquivo stat Obtém informações de controle do arquivo (dono, proteção, ) 4

5 Volnys Bernal Volnys Bernal Principais s UNIX Manipulação de arquivos e diretórios Principais s UNIX Outras chamadas mkdir rmdir link unlink mount umount Cria um novo diretório Remove um diretório vazio Cria um hard link Remove uma entrada do diretório Monta um de arquivos Desmonta um de arquivos chdir chmod kill time Muda o diretório de trabalho Altera o modo de permissão do arquivo Envia um sinal para um processo Obtém o data/hora corrente Volnys Bernal Volnys Bernal Principais s Manipulação de processos Principais s Ações sobre arquivos CreateProcess WaitForSingleObject ExitProcess Cria um processo Aguarda um processo terminar Termina a execução do processo CreateFile CloseHandle ReadFile WriteFile SetFilePointer GetFileAttributeEx Cria um arquivo ou abre um arquivo existente Fecha um arquivo aberto Lê dados de um arquivo Escreve dados em um arquivo Posiciona o ponteiro de deslocamento do arquivo Obtém informações de controle do arquivo Volnys Bernal Volnys Bernal Principais s Manipulação de arquivos e diretórios Principais s Outras chamadas CreateDirectory RemoveDirectory DeleteFile Cria um novo diretório Remove um diretório vazio Remove uma entrada do diretório SetCurrentDirectory GetLocalTime Muda o diretório de trabalho Obtém o data/hora corrente 5

6 Volnys Bernal Volnys Bernal Arquitetura UNIX Arquitetura UNIX usuário via shell hardware shell ls Utilitários do Sistema init inetd nfsd... Processos de gerência Núcleo Device Drivers Dispositivos processos Aplicativos Sistema Operacional Componentes Físicos Volnys Bernal Volnys Bernal Arquiteturas Windows Arquiteturas Windows Família Windows 3.x Voltado a processadores de 16 bits Suporte a multiprogração cooperativa Memória virtual primitiva Windows 95 Voltado a processadores de 32 bits Suporte a multiprogramação preemptiva Memória virtual Família Windows NT (Windows NT, Windows 2000, Windows 2003) Voltado a processadores de 32 bits Multiprogramado Multiprogramação preemptiva Memória virtual Núcleo multi-threaded Volnys Bernal Volnys Bernal Arquiteturas Windows Windows 95 6

7 Volnys Bernal Volnys Bernal POSIX Supervisor Aplicativo POSIX I/O Manager Object Manager Microkernel Aplicativo Security Reference Monitor Camada abstração hardware hardware Executivo Process Manager Driver de Dispositivo Aplicativo OS/2 OS/2 Local Proc.Call Facility Virtual Memory Manager Processo de logon Segurança Gerenc. Janelas Driver de Dispositivo Gráfico também de Interface NT nativa Define o conjunto de serviços que o operacional fornece aos processos: ~250 funções ao é implementada através de = interrupção de software Permite garantir que somente o kernel do NT será executado em modo supervisor As interrupções são atendidas em modo supervisor O vetor de interrupções é controlado pelo microkernel Volnys Bernal Volnys Bernal Executivo Características Monolítico Imagem ntoskrnl.exe contém todo código dos serviços executivos (exceto o Microkernel) Multi-threaded Reentrante Microkernel (também chamado de NT kernel) Responsável por Escalonamento de threads (dispatcher) Sincronização Manipulação dos vetores de interrupção Implementa 32 níveis de prioridade Implementa escalonamento preemptivo Implementa sincronização baseada em: mutex semáforos eventos spinlocks Volnys Bernal Volnys Bernal HAL Interação entre aplicação e kernel WindowsNT Abstraction Layer (camada de abstração de hardware) Camada utilizada para esconder dependências de arquitetura Exemplo: Sistemas monoprocessadores x multiprocessadores Para cada versão NT são fornecidas 3 versões monoprocessador multiprocessador para depuração (p/ desenvolvimentod e device drivers) Supervisor Aplicação 7

8 Volnys Bernal Volnys Bernal Biblioteca NTdll.dll Biblioteca que fornece funções que encapsulam as WindowsNT Interação entre aplicações: LPC (Local Procedure Call) Supervisor Aplicação Client-side DLL Operating System Environment mensagem Server (LPC - Local Procedure Call) Volnys Bernal Volnys Bernal LPC x LPC possui maior sobrecarga: Cada interação envolve geralmente 2 mensagens (pedido e resposta) Para cada mensagem ocorre: 1 1 troca de contexto troca da tabela de páginas atualização de informações de escalonamento troca de todos os registradores... é menos custosa envolve somente uma interrupção de software necessário salvar somente parte dos registradores ao final é necessário restaurar os registradores salvos Exemplo: aplicação Windows32 Supervisor Aplicação Kernel32.dll User32.dll GDI32.dll mensagem (LPC) (CSRSS.exe) Volnys Bernal Volnys Bernal Aplicação Windows32 em versão Windows NT 3.51 ou anterior Utiliza serviços do através das bibliotecas: KERNEL32.dll USER32.dll GDI32.dll KERNEL32.dll A maior parte das funções fornecidas ativam diretamente uma ou mais chamadas nativas WindowsNT. USER32 e GDI32 Ativam os serviços do Windows32 CSRSS.EXE Este processo é o Windows32 Referência: Exemplo: Aplicação Windows32 (WindowsNT4 e W2k) Supervisor Aplicação Kernel32.dll User32.dll GDI32.dll K.sys (CSRSS.exe) 8

9 Volnys Bernal Volnys Bernal Aplicação Windows32 em versão Windows NT 4.0 ou superior (incluindo Windows 2000, Windows 2003) Exemplo: Aplicação POSIX Utiliza serviços do através das bibliotecas: KERNEL32 USER32 GDI32 k.sys Devido à problemas de desempenho, as bibliotecas USER32 e GDI32 ativam os serviços através de uma chamada a um driver chamado k.sys que é executado em modo supervidor (kernel mode). Tais bibliotecas contém stubs que ativam estes serviços utilizando a interrupção 0x2E. A maior parte das funcionalidades foi retirada do Windows32 (CSRSS.EXE) e implementada neste driver. CSRSS.EXE Este processo ( Windows32) ainda é mantido. Entretanto seu papel é limitado a manter suporte a E/S de console. Aplicação POSIX ntdll psxdll.dll mensagem (LPC) POSIX (psxss.exe) ntdll Volnys Bernal Volnys Bernal Referências Bibliográficas ANDREW S. TANENBAUM; Sistemas Operacionais Modernos. Prentice-Hall. Referências Bibliográficas ANDREW S. TANENBAUM; Sistemas Operacionais. Prentice-Hall. Windows 2000 Magazine Online 9