Arquitetura de Computadores

Transcrição

1 Arquitetura de Computadores Aula 07 Prof. Dr. Saulo Amui 1/16

2 2/16 Sistemas Operacionais

3 O que é um Sistema Operacional? Um programa que atua como um intermediário entre um usuário de um computador e o hardware do computador. Objetivos do sistema operacional: Executar programas do usuário e facilitar a solução dos problemas do usuário. Tornar conveniente o uso do sistema de computação. Possibilita o uso do hardware do computador de maneira eficiente. 3/16

4 Estrutura do Sistema de Computação Hardware oferece recursos de computação básicos CPU, memória, dispositivos de E/S Sistema operacional Controla e coordena o uso do hardware entre diversas aplicações e usuários Programas de aplicação definem as formas como os recursos do sistema são usados para solucionar os problemas de computação dos usuários Processadores de textos, compiladores, navegadores Web, sistemas de banco de dados, jogos Usuários Pessoas, máquinas, outros computadores 4/16

5 Componentes de um Sistema de Computação Usuário 1 Usuário 2 Usuário 3... Usuário n Compilador Montador Editor de Texto... Sistema de Banco de Dados Programas de Sistema e Aplicativos Sistema Operacional Hardware 5/16

6 Definição do Sistema Operacional SO é um escalonador de recursos Gerencia todos os recursos Decide entre solicitações em conflito para uso eficaz e justo dos recursos SO é um programa de controle Controla a execução dos programas para impedir erros e uso indevido do computador 6/16

7 Entendendo o Sistema Operacional É o Sistema Operacional que controla todos os recursos do computador, e fornece a base sobre a qual os programas aplicativos são escritos. SO pode ser definido como um gerenciador dos recursos que compõem o computador (processador, memória, I/O, arquivos, etc). 7/16

8 Entendendo o Sistema Operacional Os problemas centrais que o sistema operacional deve resolver são: o compartilhamento ordenado, a proteção dos recursos a serem usados pelas aplicações do usuário interfaceamento entre este e a máquina. 8/16

9 Entendendo o Sistema Operacional A função do Sistema Operacional é a de fornecer um esquema de alocação dos recursos: processadores, memórias, dispositivos de entrada e saída entre os vários processos que competem pela utilização de tais recursos: 9/16

10 Entendendo o Sistema Operacional Um processo é basicamente um programa em execução divididos em etapas: 1.Código executável e dados referentes ao código; 2. Pilha de execução; 3. Valor dos registradores do hardware; 4. E o conjunto de informações necessárias a execução do programa. 10/16

11 Entendendo o Sistema Operacional Esses processos competem aos recursos, e o SO deve garantir a cada processo: 1. Uma quantidade de memória; 2. O uso da CPU; 3. O acesso aos dispositivos; 4. O controle do fluxo de dados; 5. A localização dos arquivos necessários. 11/16

12 Entendendo o Sistema Operacional O SO não permite que um processo altere os dados de um outro arquivo. Um SO deve ter: Consistência - tempo necessário para realizar as tarefas; Flexibilidade - permite a inclusão de novos periféricos; Portabilidade - pode ser executado em vários computadores. 12/16 A seleção do SO a ser usado varia de acordo com o ambiente para o qual foi projetado.

13 Entendendo o Sistema Operacional O Sistema Operacional deve ser adaptado às características do hardware assim como as linguagens de programação e as ferramentas do usuário final devem ser adaptados ao Sistema Operacional. 13/16 Conhecer o Sistema Operacional pode ajudar a resolver alguns problemas que a princípio nos parecem complicados. Além disso, possui utilitários especiais para a formatação de discos, listagens em vídeo/ impressora, cria- ção/copia/exclusão e alterações de arquivos.

14 14/16 Sistemas Operacionais

15 Tipos de serviços oferecidos A maioria dos Sistemas Operacionais oferece um conjunto básico de serviços, sempre necessários: sistema de arquivos: criar, escrever, ler, apagar e renomear arquivos carregar um programa na memória principal e executá-lo / abortá-lo acesso aos periféricos: alocação, leitura, escrita e liberação monitoração do uso de recursos ex.: identificação de gargalos como pouca memória ou disco muito lento contabilização de recursos ex.: quanto tempo foi gasto na CPU por um programa, qual o espaço em disco ocupado por determinado usuário, quantas páginas foram impressas no mês por determinado usuário fornecer informações sobre o estado do sistema ex.: hora e data, lista de usuários logados, temperatura da CPU 15/16

16 Tipo de serviços oferecidos Para melhor aproveitar o hardware, diversos usuários e programas podem compartilhar o computador, mas deve haver uma proteção entre eles, senão: um usuário envie dados pra impressora no meio da impressão de outro apagar arquivos ou cancelar programas de outros usuários Se não houver segurança na manutenção dos dados e execução dos programas, os usuários não utilização o SO! o SO deve garantir que cada usuário possa trabalhar sem sofrer interferência danosa dos demais o SO deve prover mecanismos de proteção entre os usuários e programas 16/16

17 SO na Visão do Usuário A visão que o usuário tem do SO é a forma como ele percebe o sistema Essa imagem é definida pela interface através da qual o usuário acessa os serviços do SO Esta interface é formada por chamadas de sistema programas de sistema 17/16

18 Chamadas de Sistema Programas solicitam serviços ao SO através das chamadas de sistema, semelhantes a sub-rotinas Uma chamada de sistema: recebe parâmetros passados pelo programa transfere a execução para o SO seu retorno retoma a execução do programa a partir da instrução que segue a chamada 18/16

19 Chamadas de Sistema Em uma linguagem de alto nível, elas ficam escondidas dentro da biblioteca utilizada pelo compilador (API) As sub-rotinas da biblioteca é que chamam o sistema: ex.: uma função que acesse o terminal, ex.: printf(), exige uma chamada de sistema lembre-se que o acesso aos periféricos é feito (normalmente) pelo SO Os serviços providos pelo SO são acessados pelas chamadas de sistema 19/16

20 O núcleo (kernel) do SO Kernel é a parte do SO responsável por implementar as chamadas de sistema Os principais componentes do kernel são: Gerência de processador Gerência de memória Sistema de arquivos Gerência de entrada e saída 20/16

21 A complexidade do kernel O Linux Kernel contém mais de 13,5 milhões de linhas de código! 21/16

22 22/16

23 23/16

24 24/16

25 SO implementado em camadas Por conta desta complexidade, muitos Sistemas Operacionais são implementados em camadas: o microkernel implementa os serviços mais básicos associados ao SO ex.: gerência de processador, alocação de memória, drivers o kernel propriamente dito implementa os demais serviços em cima do microkernel ex.: sistema de arquivos, memoria virtual, protocolos de comunicação 25/16

26 Os utilitários do SO 26/16 São programas de sistema, providos pelo SO mas executados fora (em cima) do kernel Implementam tarefas básicas para a utilização do sistema e são confundidos com o próprio SO Exemplos de utilitários: para manipulação de arquivos: listar, copiar, renomear, imprimir para obter informações do sistema: hora, data, temperatura, usuários logados, espaço de armazenamento livre historicamente, editores de texto e compiladores também eram utilitários do SO, mas como existem muitas alternativas, hoje em dia são distribuídos separadamente Os utilitários utilizam chamadas de sistema (do kernel) para efetuar a operação solicitada pelo usuário

27 Interpretador de Comandos É o utilitário mais importante do SO é ativado sempre que o usuário inicia sua sessão de trabalho (quando ele loga no sistema) Sua tarefa: receber comandos do usuário e executá-los recebe as linhas tecladas, analisa seu conteúdo e executa o comando teclado Exemplo de comando: listar diretório no Linux o comando é ls no Windows o comando é dir mesmo que listar diretório seja feito por meio de uma GUI, ele envolve as mesmas chamadas de sistema 27/16

28 Comandos do Interpretador É uma questão de projeto decidir quais comandos serão aceitos pelo interpretador, exemplos: ls, cd, find, cat, touch, rm, mkdir grep, sed, awk Em geral, estes comandos são executados mais rapidamente, pois não exigem a carga e execução de outro programa 28/16 OBS.: demais comandos (não inclusos no interpretador) podem ser implementados através de utilitários extras

29 Outros Interpretadores de Comandos Porém, o interpretador de comandos não precisa ser um programa de sistema Pode-se construir outros interpretadores e instalar aquele que preferir, exemplos: Linux: bash, shell, ksh, csh Windows: cmd, cygwin, putty cada usuário utilizaria aquele que for mais apropriado à sua experiência ou ao trabalho a ser desenvolvido 29/16

30 Interface de Linha de Comando (CLI) O interpretador, acessado via uma Interface de Linha de Comando (no inglês, CLI), consiste numa espécie de tradutor entre o sistema operacional e o usuário Permite a execução de comandos direto no prompt do sistema ou através de scripts (arquivos de texto, contendo uma sequência de comandos) 30/16

31 Exemplo de interação com a CLI 31/16 DICA: é possível até assistir vídeos na CLI, com o mplayer: mplayer -nosound -vo caca video.avi

32 Interface Gráfica com o Usuário (GUI) Tudo o que foi dito sobre CLI é igualmente válido quando o Sistema Operacional oferece uma GUI A única diferença está na comodidade para o usuário, que passa a usar ícones, menus e mouse no lugar de digitar comandos textuais 32/16

33 Interface Gráfica com o Usuário (GUI) Na maioria das vezes a GUI é o que as pessoas entendem por sistema operacional mas não se esqueça: um SO possui um kernel e um interpretador de comandos (CLI ou GUI) No dia a dia, o usuário trabalha com programas distantes do SO, como editores de texto, compiladores, aplicativos, jogos assim, o SO propriamente dito fica escondido, longe da percepção do usuário 33/16

34 GUI ou CLI? À medida que o usuário ganha experiência com o sistema, passa a julgar as interfaces pela sua flexibilidade e capacidade de realizar tarefas mais complexas Tarefas repetitivas comumente são melhor desempenhadas na CLI, com a construção de um script para automatizar a tarefa, exs.: converter vários arquivos para PDF obter uma grande lista de arquivos da Internet gerar gráficos a partir de centenas de arquivos processar dezenas de arquivos texto para filtrar por uma certa palavra 34/16 converter arquivos de texto para mp3, via um sintetizador

35 Referências Bibliográficas Silva, J.L; Arquitetura de Computadores, Universidade de São Paulo. Valadão, E.; Sistemas Operacionais (Introdução), IFMG, /16