Sistemas Operacionais Aula 3

Transcrição

1 Sistemas Operacionais Aula 3 Anderson L. S. Moreira anderson.moreira@recife.ifpe.edu.br Curso de Análise e Desenvolvimento de Sistemas de Informação Recife - PE

2 O que fazer com essa apresentação

3 Créditos Professor: Anderson L. S. Moreira Disciplina: Sistemas Operacionais Home-page: Aula 3 que visa apresentar ao aluno a estrutura básica dos sistemas operacionais, descrevendo os blocos constituintes mais relevantes e as funções que realizão.

4 Agenda Revisão Introdução System calls Modos de acesso Arquitetura monolítica Arquitetura em camadas Máquina virtual Arquitetura microkernel

5 Revisão Fonte: Sistemas Operacionais - Paulo Ferreira et. al. 2010

6 Revisão - Multiprogramação O mecanismo de interrupções permite multiplexar o processador entre várias atividades concorrentes. Entre um programa e as entradas/saídas (I/O), Mas esta capacidade de alternar a execução pode ser estendida a multiplexagem de vários programas residentes na memória. Execução concorrente de vários programas: Permite otimizar a utilização do processador ex.: Programa P1 acessa o disco e fica bloqueado enquanto o controlador de disco funciona; durante esse tempo, o Programa 2 pode ser executado pelo processador

7 Revisão - Multiprogramação

8 Revisão Tempo Compartilhado Cria a ilusão que o computador está permanentemente disponível para o usuário; Impulsionado por: Aplicações em que vários usuários interagem diretamente com o sistema (sistemas de reservas); Queda de preços dos computadores. Possível porque a maioria das aplicações interativas usam pouco o processador Ex.: CTSS (início dos anos 60)

9 Revisão Tempo Compartilhado Conseqüências do tempo compartilhado: Revisão dos algoritmos de escalonamento; Definição de mecanismos de segurança; Aparecimento dos sistemas de arquivos.

10 Revisão Memória Virtual

11 O que define um SO ser bom ou ruim?

12 Critérios de qualidade em SO Tolerância a Faltas Desempenho Disponibilidade Sistema Operacional Segurança Confiabilidade

13 Critérios de Qualidade Desempenho Gestão eficiente dos recursos físicos que suportam os recursos lógicos Segurança Isolamento dos Usuários Permitir compartilhamento seguro de recursos lógicos Viabilidade e Disponibilidade Detectar um conjunto de faltas Tolerar um conjunto de erros Interface de programação completa e simples. Facilitar a concepção das aplicações, a sua manutenção e portabilidade Interface de operação e gestão dos recursos lógicos fácil de utilizar

14 Observem o quadro de comparação do Windows Fonte: ws-client-comparison-chart-for-it-professional/

15 Para que serve um SO??? Gerir Recursos Seria difícil as aplicações controlar todos os aspectos da máquina física (interrupções, organização da memória, dispositivos,...) SO permite abstrair os recursos físicos, oferecendo às aplicações um conjunto de recursos lógicos. Exemplos?

16 Alternativas aos SO As linguagens de programação podiam produzir todo o código necessário para que um programa executasse diretamente sobre o hardware. Desvantagens? O esforço de programação seria muito grande Um conjunto significativo de funções seria repetido Cada aplicação poderia otimizar o seu desempenho mas globalmente a máquina ficaria subaproveitada. Não seria possível ter políticas globais de segurança, tolerância a faltas, otimização

17 Missão do SO Fornecer uma interface de acesso / gestão dos recursos lógicos Existem duas interfaces: 1. Interface Operacional Comandos para usar / criar / eliminar recursos Exemplos? 2. Biblioteca de Funções do Sistema Operacional (systems calls) API para interagir com recursos do SO Exemplos?

18 Missão do SO Sistema Operacional Hardware

19 Relações Recursos Lógicos Recursos Físicos virtualizados Processos Espaços de endereçamento virtuais Arquivos Periféricos virtuais Canais de Comunicação Usuários CPU Memória RAM, Unidade de Gestão de Memória Discos e dispositivo de memória de massa Periféricos físicos Compartilhamento de memória, redes de dados Usuários humanos

20 Introdução a Systems Calls Sistema computacional Aplicativos Utilitários Núcleo do Sistema Operacional Hardware

21 System Calls System call System Call Núcleo do Sistema Operacional Aplicação Biblioteca Hardware

22 Erros comuns no entendimento das Systems Calls

23 Correto Modo Kernel

24 Funções do SO Funções Gerência de processos e threads Gerência de memória Gerência do sistema de arquivos Gerência de dispositivos Comunicação entre processos*

25 Organização Típica Gestão de Processos Gestão de Memória Gestão de Periféricos Sistemas de Arquivos Comunicação entre processos

26 Modos de Acesso Tipos de instruções Privilegiadas Não-privilegiadas Modos de acesso Usuário Kernel ou supervisor (núcleo)

27 Modos de execução O HW provê no mínimo dois modos de execução diferentes: Modo kernel (privilegiado, protegido ) todo o conjunto de operações é disponível. É o modo do SO; Modo usuário: uso limitado. Os processos usuários operam neste modo. Chaveamento de modos: É o fato de passar de um modo para o outro; Usuário -> protegido: por interrupção; Kernel -> usuário: por instrução clássica (yield, return, ).

28 Modos de execução Para proteger os periféricos, as instruções de E/S são privilegiadas. Logo, um processo usuário não pode acessá-los E.x.: escrita em disco, leitura de um CD O usuário deve passar pelo SO através de uma chamada de sistema, que gera uma interrupção (trap). SO Trap Retorno Processo usuário

29 Chamada de sistemas com Trap A chamada de sistema oferece o serviço ao processo usuário, em modo seguro. Ela gera uma interrupção Identificação, prioridade, handler Ela implica em uma troca de contexto O processo chamador deve deixar o lugar para o código do núcleo! A troca de modo implica em uma troca de contexto.

30 Chamada de sistemas com Trap Conforme for a prioridade e o tipo de escalonador, a troca de contexto pode ser imediata ou atrasada. O que acontece se houver uma interrupção durante o tratamento de uma interrupção? Comparam-se as prioridades Possibilidade de desabilitar as interrupções em casos críticos.

31 Modos de Acesso Chamada a uma rotina do sistema

32 Organização do Sistema Operacional

33 Arquitetura Monolítica Arquitetura monolítica aplicação aplicação Modo usuário Modo kernel System call Hardware

34 Arquitetura Monolítica Um único sistema Internamente organizado em módulos Estruturas de dados globais Problema: como dar suporte à evolução Em particular, novos periféricos Solução para este caso particular: gerenciadores de dispositivos (device drivers) Problemas?

35 Arquitetura de Camadas Arquitetura do OpenVMS

36 Arquitetura de Camadas Cada camada usa os serviços da camada precedente Fácil modificar código de uma camada Mecanismos de proteção maior segurança e robustez Influenciou arquiteturas como Intel Desvantagem principal? O processador necessita de uma organização de proteção sofisticada; São várias funções especiais para chamar funções de anéis superiores.

37 Máquina Virtual Máquina virtual VM 1 VM 2 VM n Ap 1 Ap 2 Ap n SO 1 SO 2 SO n HV 1 HV 2 HV n Gerência de Máquinas Virtuais Hardware

38 Máquina Virtual Máquina virtual Java Aplicação Máquina Virtual Java Sistema Operacional Hardware

39 Arquitetura Microkernel Arquitetura microkernel Modo usuário Modo kernel mensagem Microkernel mensagem Hardware

40 Arquitetura Microkernel Propostas de inovação separação entre: Um microkernel de reduzidas dimensões e que só continha o essencial do sistema operacional: Gestão de fluxos de execução threads Gestão dos espaços de endereçamento Comunicação entre processos Gestão das interrupções Servidores sistema que executam em processos independentes: Gestão de processos Memória virtual Device drivers Sistema de arquivos

41 Microkernel vs Monolítico Fonte: UCT Systems

42 Dúvidas?

43 Não percam no próximo episódio! Processo, estado de processo, ciclo de vida; E muito mais! Dúvidas?