Professor Léo Matos TI para Concursos

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1 Professor Léo Matos TI para Concursos Um sistema computacional é formado basicamente por hardware (física) e software (lógica). O hardware é composto por circuitos eletrônicos (processador, memória, portas de entrada/saída, etc) e periféricos mecânicos (teclados, mouses, discos rígidos, unidades de Disco e etc).

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3 Alto Nível : É a linguagem que se aproxima do que o homem entende. Utiliza um compilador para tradução em binários. Baixo Nível : É a linguagem que se aproxima do que a máquina entende. Linguagem de Montador (Assembler). Utiliza um montador para tradução em binários. A relação de quantidade entre as instruções em linguagem de alto nível e o código executável é 1 para n, n ou seja, uma instrução em linguagem de alto nível gerará várias instruções em linguagem de máquina. Ao passo que a relação entre as instruções em linguagem de montagem e o código objeto é 1 para 1, ou seja, uma instrução em linguagem de montagem gerará uma instrução em linguagem de máquina.

4 Os circuitos eletrônicos e dispositivos de hardware são complexos, e podem ser acessados através da linguagem de baixo nível. As tecnologias de Hardware utilizada são diferentes uma das outras Ex.: a forma de acesso de baixo nível a discos rígidos IDE difere da forma de acesso a discos SATA. É desejável oferecer aos programas aplicativos uma forma de acesso homogênea. E aos dispositivos físicos, que permita abstrair as diferenças tecnológicas entre eles. O sistema operacional será utilizado exatamente para ocultar essa complexidade do Hardware. É uma estrutura de software ampla, complexo, que incorpora aspectos de linguagem de baixo nível (drives de dispositivos e gerência de memória) e de alto nível (programas utilitários e a interface gráfica)

5 AC Acumulador. É um registrador de uso geral que pode ser usado para operações lógicas e aritméticas. No caso dos processadores modernos, há vários desses registradores, os processadores Pentium recebem os nomes EAX, EBX, ECX e EDX.

6 PC - Contador de Programa (Program Counter). Contém o endereço da próxima instrução que será buscada da memória. PSW Este registrador contém os bits do código de condições, os quais são alterados pelas instruções de comparações pelo nível de prioridade da CPU. Modo Núcleo (supervisor): também chamado de supervisor, sistema, monitor ou ainda kernel space.para um código executando nesse nível, todos os recursos internos do processador (registradores e portas de entrada/saída) e áreas de memória podem ser acessados. Todas as instruções do processador podem ser executadas.

7 Modo Usuário: Neste nível, somente parte das instruções do processador, registradores e portas de entrada/saída estão disponíveis. Instruções como HALT (parar) e RESET (reiniciar) não podem ser executadas neste nível. O Hardware protege o uso da memória, permitindo o acesso somente a áreas previamente definidas. Caso o código em execução tente executar uma instrução proibida ou acessar uma área de memória inacessível, o hardware irá desviar a rotina e emitir uma mensagem. Para obter serviços de um Sistema Operacional o programa usuário deve fazer uma chamada ao Sistema. Por meio da instrução TRAP alterna o modo usuário para o modo núcleo passando o controle ao S.O.

8 Os objetivos básicos de um sistema Operacional podem ser sintetizados em duas abstração e gerência de recursos. Devido a complexidade da linguagem em nível de máquina, o Sistema Operacional define interfaces abstratas do Hardware para simplificar as operações. O Sistema Operacional oculta do programador a Verdade sobre os dispositivos físicos. Apresenta ao usuário o equivalente a uma máquina estendida ou virtual virtual mais fácil de programar.

9 O Sistema Operacional trabalha como interface para os usuários gerenciando as partes de um Sistema Complexo. Os Aplicativos usam os Dispositivos Físicos para atingir seus objetivos (imprimir, editar, tocar música, salvar, abrir e etc). Várias operações serão solicitadas ao Sistema Operacional ao mesmo tempo. Cabe ao sistema operacional definir políticas para gerenciar o uso dos recursos de hardware, e resolver competições e conflitos. Os sistemas operacionais mais antigos trabalhavam por lote. Os programas eram colocados em fila, com seus dados e demais informações para a execução. O processador recebia um programa (JOB) após o outro, processando-os em seqüência. Ainda hoje o termo em lote é usado para designar um conjunto de comandos que deve ser executado em seqüência, sem interferência do usuário. Exemplo: OS/360

10 É uma região de memória temporária utilizada para escrita e leitura de dados. Normalmente são utilizados quando existe uma diferença entre a taxa em que os dados são recebidos e a taxa em que eles podem ser processados, ou no caso em que essas taxas são variáveis. Os Sistemas de terceira geração iniciaram o uso de multiprogramação. A memória é dividida em várias partes com um JOB diferente em cada partição. Assim que um JOB fosse completado, o S.O poderia carregar um novo JOB nessa partição que foi liberada. Esse processo é chamado de Spolling. Foi utilizado para arbritar a saída de JOB

11 Política de decisão de qual JOB (tarefa) será executado naquele momento. Trabalha no sentido de multiprogramação ão. O Gerenciamento de recursos realiza o compartilhamento (multiplexação) de recursos de duas formas: No Tempo Tempo ou no Espa Espaço. Tempo: Enquanto um usuário ou programa obtém o uso do recurso o outro aguarda. Ex.: Processador e Impressora. Espaço: Cada um ocupa uma parte do recurso. Ex.: Memória Principal.

12 É um sistema operacional de rede deve possuir suporte à operação em rede, ou seja, a capacidade de oferecer às aplicações locais recursos que estejam localizados em outros computadores da rede, como arquivos e impressoras. Ele também deve disponibilizar seus recursos locais aos demais computadores, de forma controlada. A maioria dos sistemas operacionais atuais oferece esse tipo de funcionalidade. Este tipo de S.O para o usuário parece um Sistema Operacional Tradicional (monoprocessado) mesmo que na realidade seja composto de múltiplos processadores. Os usuários não precisam saber onde seus programas estão sendo executados e nem para onde seus arquivos vão.

13 Suporta a identificação do dono de cada recurso dentro do sistema (arquivos, processos, áreas de memória, conexões de rede) impondo regras de controle de acesso para impedir o uso desses recursos por usuários não autorizados. Essa funcionalidade é fundamental para a segurança dos sistemas operacionais de rede e distribuídos. Deve permitir a gestão eficiente de grandes quantidades de recursos (disco, memória, processadores), impondo prioridades e limites sobre o uso dos recursos pelos usuários e seus aplicativos.

14 um sistema operacional de mesa é voltado ao atendimento do usuário doméstico e corporativo para a realização de atividades corriqueiras, como edição de textos e gráficos, navegação na Internet e reprodução de mídias simples. Suas principais característica são a interface gráfica e o suporte à interatividade. um sistema operacional é dito embutido (embedded) quando é construído para operar sobre um hardware com poucos recursos de processamento, armazenamento e energia. Aplicações típicas desse tipo de sistema aparecem em telefones celulares, controladores industriais e automotivos, equipamentos eletrônicos de uso doméstico (leitores de DVD, TVs, fornos-micro-ondas, centrais de alarme, etc.)

15 Uma tarefa é definida como sendo a execução de um fluxo seqüencial de instruções, construído para atender uma finalidade específica: realizar um cálculo complexo, a formatação de um disco, etc. Assim, a execução de uma seqüência de instruções em linguagem de máquina, normalmente gerada pela compilação de um programa escrito em uma linguagem qualquer, é denominada tarefa ou atividade. Task, JOB Em um computador, o processador tem executar todas as tarefas submetidas pelos usuários. Essas tarefas geralmente têm comportamento, duração e importância distintas. Cabe ao sistema operacional organizar as tarefas para executá-las e decidir em que ordem fazê-lo.

16 Sistemas Antigos executavam apenas uma tarefa de cada vez. Os dados de entrada da tarefa eram carregados na memória juntamente com a mesma e os resultados obtidos no processamento eram descarregados de volta no disco após a conclusão da tarefa. Coordenados por operador humano. Carregado na memória. Tem a função de automatizar a transição entre programas executados. Gerenciar uma fila de programas que serão executados e que estão no disco. Verifica quando o processador está ocioso para poder fazer esta transição.

17 A velocidade de processamento era muito maior que a velocidade de comunicação com os dispositivos de entrada e saída. O Processador ficava parado ocioso no decorrer dessa transmissão. Surgimento da suspensão da execução de tarefas. Sistemas Preempitivos (Multitarefas) Existem programas que jamais são encerrados (Looping constante). Este tipo nunca termina ou solicita entrada e saídas monopolizando o processador impedindo a execução de novas tarefas. Surgiu o compartilhamento de tempo Time- Sharing. Através do Sistema CTSS cada atividade recebe um tempo de execução (quantum).

18 O conjunto dos recursos alocados a uma tarefa para sua execução é denominado processo. É basicamente um programa em execução. Associado a cada processo temos o Espaço de endereçamento. Espaço o de Endereçamento Lista de posições da memória Varia entre um quantidade mínima e uma quantidade máxima de posições que esse processo pode ler e escrever. Dividido em 3 partes: Código ( Restante do programa ) Dados (As variáveis declaradas no programa) Pilha (Armazena os apontadores ao programa)

19 Quando um processo cria um ou mais processos, esses serão chamados de processos filhos. À medida em que processos são criados, forma-se uma árvore de processos no sistema. Comunicação Interprocessos Em Sistemas Operacionais Tradicionais, cada processo tem um espaço de endereçamento e um único Thread (fluxo) de Controle. Agrupamento de recursos e execução MultiThread é a existência de múltiplos Threads no mesmo processo.

20 Concorrentes ou Assíncronos Disjuntos Interativos (Competitivos e Cooperantes) Quando os processos estão interagindo podem entrar em congestionamento não conseguindo sair do procedimento. Essa situação será chamado de DEADLOCKS. Um processo fica esperando por outro por tempo indeterminado.

21 Ocorre quando o processo excede o tempo de compartilhamento da CPU interrupção. Ponteiros indicam posições dos processos para ser executados após o reinicio. São transparentes ao processo. Parar de forma temporária o processo (suspender).

22 Os processadores implementam uma instrução especial que permite acionar o mecanismo de interrupção de forma intencional, sem depender de eventos externos ou internos. Chamamos essas interrupções de TRAP Um dos componentes mais importantes da gerência de tarefas é o escalonador ( (task scheduler), que decide a ordem de execução das tarefas prontas. Após o atendimento de uma interrupção ou TRAP define qual o próximo processo a ser executado.

23 Escolonamento FIFO - Escalonador de tarefas de tempo-real. As tarefas são escalonadas usando uma política FCFS sem preempção (sem quantum) e usando apenas suas prioridades estáticas (não há envelhecimento). Portanto, uma tarefa desta classe executa até bloquear por recursos ou liberar explicitamente o processador através da chamada de sistema. Escalonamento Round-Robin Robin - implementa uma política similar à anterior, com a inclusão da preempção por tempo. O valor do quantum é proporcional à prioridade atual de cada tarefa.

24 Dois ou mais processos acessam para escrever ou ler em uma variável ou memória compartilhada. Será caracterizado como um problema. Todos os processos que desejam acessar uma variável compartilhada precisam esperar para que o processo atual a libere. Objetivo: garantir a multitarefa

25 Quando um processo está acessando dados compartilhados é dito que ele está em sua região crítica ou seção crítica. Deve-se garantir que quando um processo está em sua região crítica, os outros processos saiam de suas regiões críticas. É um mecanismo de comunicação entre processos. Sincronizar processos

26 Um semáforo pode conter o valor 0 para indicar que nenhum sinal de acordar foi salvo ou um valor 1 ou qualquer outro positivo se um ou mais sinais acordar estivessem pendentes. Down e UP Pode ser implementado como uma variável protegida no qual processos podem esperar por operações especiais. P e V

27 Para facilitar a escrita correta de programas, Hoare (1974) e Brinch Hansen (1975) propuseram uma unidade básica de sincronização de alto nível chamada de Monitor. O Monitor é uma coleção de procedimentos, variáveis e estruturas de dados, agrupado em um tipo especial de pacote de bits.