Sistemas Operacionais

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1 Sistemas Operacionais Aula 5 Estrutura de Sistemas de Computação Prof.: Edilberto M. Silva Baseado no material disponibilizado por: SO - Prof. Edilberto Silva Prof. José Juan Espantoso

2 Sumário Operações de um computador Estrutura de Entrada e Saída Estrutura de Armazenamento Hierarquia dos dispositivos de armazenamento Proteção de Memória Proteção de Hardware Estrutura de Redes (LAN e WAN) SO - Prof. Edilberto Silva 2

3 Arquitetura de um Computador SO - Prof. Edilberto Silva 3

4 Operações de um computador Dispositivos de E/S e CPU podem executar tarefas de forma concorrente. Cada controlador de dispositivo é responsável por um tipo particular de equipamento. Cada controlador de dispositivo tem um buffer local. A CPU move dados de/para memória principal ou para/de buffers locais. A controladora de dispositivos informa a CPU que terminou a operação através da geração de uma interrupção. SO - Prof. Edilberto Silva 4

5 Funções comuns das interrupções Transferir o controle para a rotina de serviço da interrupção, geralmente através do vetor de interrupção, o qual contém os endereços de todas as rotinas de serviço A geração de novas interrupções é desabilitada enquanto alguma interrupção está sendo processada para evitar a perda de informação. Um trap é uma interrupção gerada por software causada por uma requisição do usuário ou por um erro. Um sistema operacional é acionado por interrupções. SO - Prof. Edilberto Silva 5

6 Tratamento de interrupções O sistema operacional preserva o estado da CPU armazenando os valores guardados nos registradores e do contador de programas (PC). Ele (SO) determina quais os tipos de interrupções ocorreram: Baseadas em polling (sondagem). Através de vetor de interrupções. Segmentos de código separados determinam qual ação deve ser realizada através de tipos específicos de interrupção. SO - Prof. Edilberto Silva 6

7 Linha de tempo de uma interrupção para um único processo gerando saídas SO - Prof. Edilberto Silva 7

8 Estrutura de Entrada e Saída Após o início de uma E/S, o controle retorna ao programa do usuário Instruções de espera (WAIT) liberam a CPU até a próxima interrupção. No máximo uma requisição de E/S está pendente de cada vez. Após o início de uma E/S, o controle retorna ao programa do usuário. Chamada de Sistemas (SYSTEM CALL) - requisição ao sistema operacional. Tabelas de status de dispositivos contém uma entrada para cada dispositivo de E/S indicando seu tipo, endereço e estado. O sistema operacional acessa a tabela de dispositivos de E/S para determinar a situação do dispositivo e modificar a entrada na tabela para incluir a interrupção. SO - Prof. Edilberto Silva 8

9 Dois métodos de E/S Síncrono Assíncrono SO - Prof. Edilberto Silva 9

10 Tabela de estados dos dispositivos SO - Prof. Edilberto Silva 10

11 Estrutura de acesso direto a memória (DMA) Usado para dispositivos de E/S de alta velocidade capazes de transmitir informação a uma taxa próxima da memória. Controladores de dispositivo transferem blocos de dados de um buffer de armazenamento diretamente para a memória principal, sem intervenção da CPU. SO - Prof. Edilberto Silva 11

12 Estrutura de Armazenamento Memória principal- única grande área de armazenamento que a CPU pode acessar diretamente. Armazenamento secundário - extensão da memória principal que fornece capacidade de armazenamento persistente (não volátil). Sistemas de armazenamento são organizados em hierarquias levando em consideração: Velocidade Custo Temporalidade Capacidade Volatilidade Caching copiar informação em um sistema mais rápido de armazenamento; a memória principal pode ser vista como um último cache para o armazenamento secundário. SO - Prof. Edilberto Silva 12

13 Hierarquia dos dispositivos de armazenamento SO - Prof. Edilberto Silva 13

14 Proteção de memória Operação em dois modos Proteção de E/S Proteção de memória Proteção de CPU SO - Prof. Edilberto Silva 14

15 Operação em dois modos O compartilhamento de recursos necessita da garantia do sistema operacional de que programas incorretos não causem a execução incorreta por outro programas. Provê suporte de hardware para diferenciar entre dois modos de operação. 1. User mode execução é feita de acordo com o usuário. 2. Monitor mode (ou modo supervisor ou do sistema) a execução é feita de acordo com o sistema operacional. SO - Prof. Edilberto Silva 15

16 Operação em dois modos (Cont.) Um bit de modo é adicionado ao HW para indicar o modo atual: monitor (0) ou user (1). Quando uma interrupção ou falta ocorre, o hardware comuta o modo para monitor. Interrupt/fault monitor user set user mode Instruções privilegiadas só podem ser executadas no modo monitor. SO - Prof. Edilberto Silva 16

17 Proteção de memória Todas as instruções de E/S são privilegiadas. Deve-se estar seguro que um programa de usuário nunca consiga o controle da máquina no modo monitor. Uso de chamada de sistema para realizar E/S SO - Prof. Edilberto Silva 17

18 Proteção de memória É necessário garantir a proteção de memória para o vetor de interrupções e para as rotinas de serviço das interrupções. Adicionam-se dois registradores que determinam o escopo dos endereços válidos que um programa pode acessar: Registrador base armazena o menor endereço válido de memória física. Registrador limite contém o tamanho da área endereçável. SO - Prof. Edilberto Silva 18

19 Registradores Base e limite definem um espaço de endereçamento lógico SO - Prof. Edilberto Silva 19

20 Proteção de Hardware (Cont) Quando executando em modo monitor, o sistema operacional tem acesso irrestrito tanto a memória do monitor como do(s) usuários(s). As instruções de carga dos endereços para os registradores base e limite são instruções privilegiadas. SO - Prof. Edilberto Silva 20

21 Proteção de CPU Timer interrompe o computador após um período específico de tempo para garantir o controle ao sistema operacional Timer é decrementado a cada pulso do clock (clock tick). Quando o timer alcança o valor 0, ocorre uma interrupção. Timer é comumente usado para implementar compartilhamento de tempo (time sharing). Carregar valores para o timer é também uma instrução privilegiada. SO - Prof. Edilberto Silva 21

22 Estruturas de Redes Local Area Network Structure SO - Prof. Edilberto Silva 22

23 Estruturas de Redes Wide Area Network Structure SO - Prof. Edilberto Silva 23