Sistemas Operacionais. Estrutura do Sistema Operacional: Modos de Acesso

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1 Sistemas Operacionais Estrutura do Sistema Operacional: Modos de Acesso

2 Modos de Acesso Existem certas instruções que não podem ser colocadas diretamente à disposição das aplicações, pois a sua utilização indevida ocasionaria sérios problemas à integridade do sistema. As instruções que têm o poder de comprometer o sistema são conhecidas como instruções privilegiadas, enquanto as instruções não-privilegiadas são as que não oferecem perigo ao sistema. Para que o sistema possa gerenciar a máquina, ele tem que estar em um nível de privilégio superior ao dos demais processos que estão em execução. Se os processos estiverem no mesmo nível de privilégio que o SO, todos terão o mesmo poder de mando, o que levará ao caos e consequentemente, nada funcionará corretamente.

3 Modos de Acesso Para conseguir ter privilégios superiores, o SO utiliza um recurso existente em diversos processadores conhecido como modo de acesso. Em geral, os processadores possuem dois modos de acesso: modo usuário e modo kernel. Quando o processador trabalha no modo usuário, só é permitido o acesso a parte do conjunto de instruções. As instruções permitidas são chamadas de instruções nãoprivilegiadas. Além disso, diversos outros mecanismos de proteção e restrição de acesso entram em funcionamento.

4 Modos de Acesso No modo kernel, todo o conjunto de instruções pode ser executado. As instruções que só podem ser executadas neste modo são conhecidas por instruções privilegiadas. Esta separação de instruções privilegiadas e nãoprivilegiadas pode ser vista como sendo privilegiadas as instruções que colocam em risco o funcionamento do SO e não-privilegiadas são as instruções inofensivas, isto é, as que não oferecem risco ao SO.

5 Modos de Acesso Modo usuário Nesse modo, o SO não permite o acesso a recursos significantes Apenas um subconjunto de instruções de máq. está disponível Modo Kernel (Núcleo) ou Supervisor Permite ao programa a utilização de recursos mais delicados Acesso completo a todo o hardware e capacidade de executar qualquer instrução que a máquina possa executar

6 Modos de Acesso Um mesmo programa pode conter partes executadas em modo Kernel, enquanto que outras partes podem estar sendo executadas em modo usuário. Há um registrador na UCP que indica o modo de acesso corrente.

7 Rotinas do SO e Chamadas ao Sistema (System Calls) As rotinas do SO compõem o núcleo do sistema, oferecendo serviços aos usuários e suas aplicações. Todas as funções do núcleo são implementadas por rotinas do sistema que necessariamente possuem em seu código instruções privilegiadas. A partir desta condição, para que estas rotinas possam ser executadas, o processador deve estar obrigatoriamente em modo kernel, o que exige a implementação de mecanismos de proteção para garantir a confiabilidade do sistema. Todo o controle de execução de rotinas do sistema operacional é realizado pelo mecanismo conhecido como system call. Toda vez que uma aplicação desejar chamar uma rotina do sistema operacional, o mecanismo de system call é ativado. Inicialmente, o SO verificará se a aplicação possui os privilégios necessários para executar a rotina desejada.

8 Rotinas do SO e Chamadas ao Sistema (System Calls) Em caso negativo, o SO impedirá o desvio para a rotina, sinalizando ao programa chamador que a operação não é possível. Este é um mecanismo de proteção por software no qual o SO garante que as aplicações só poderão executar rotinas do sistema que estão previamente autorizadas. Considerando que a aplicação possua o devido privilégio, o sistema primeiramente salva o conteúdo corrente dos registradores, troca o modo de acesso do processador de usuário para kernel e realiza o desvio para a rotina alterando o registrador PC com o endereço da rotina chamada. Ao término da execução da rotina, o modo de acesso é alterado de kernel para usuário e o contexto dos registradores restaurado para que a aplicação continue a execução a partir da instrução que chamou a rotina do sistema.

9 Modo Usuário Modo Usuário Estrutura do Sistema Operacional Rotinas do SO e Chamadas ao Sistema (System Calls) Aplicação Salva o contexto dos registradores Rotina do SO Altera o modo de acesso do processador para kernel Altera o modo de acesso do processador para usuário Modo kernel Restaura contexto dos registradores

10 Memória Principal Chamada de sistema Implementação de uma Chamada de Sistema SO indexa em uma tabela um ponteiro para o processo responsável pela execução Programa de usuário 2 Programa de usuário 1 Chamada ao sistema (kernel) 4 Programas de usuário rodam em modo usuário a chamada é concluída e o controle volta ao programa do usuário TRAP 3 Procedimentos de de 1 Serviços 2 Tabela de Escalonamento chaveamento da máquina do Sistema modo usuário Operacional examina os parâmetros para o modo kernel e transferência da chamada do para determinar qual controle para o Sistema Operacional procedimento deve ser executado Rotinas do SO rodam em modo kernel 10

11 Rotinas do SO e Chamadas ao Sistema (System Calls) Mecanismo de proteção ao núcleo do sistema e de acesso aos seus serviços. O usuário (ou aplicação), quando deseja solicitar algum serviço do sistema, realiza uma chamada a uma de suas rotinas (ou serviços) através da system calls (chamadas ao sistema). 11

12 Rotinas do SO e Chamadas ao Sistema (System Calls) Aplicação System Call Núcleo H a r d w a r e 12

13 Chamada a uma rotina do sistema Memória principal System Call Programa Usuário A Programa Usuário B Programas dos usuários executam no modo usuário Rotina do Sistema SO executa no modo Kernell 13

14 Chamada de sistema Forma que um programa solicita serviços ao sistema operacional Análogo a sub-rotinas É o núcleo (Kernel) do sistema operacional que implementa as chamadas de sistemas Existem chamadas de sistemas associadas a gerência do processador, de memória, arquivos e de entrada e saída Variação: micro-kernel Serviços básicos são implementados pelo micro-kernel Kernel implementa demais serviços empregando esses serviços básicos 14

15 Organização do sistema em Kernel e Microkernel APLICAÇÃO Chamada de sistema KERNEL Serviços do microkernel MICROKERNEL HARDWARE 15

16 Programas de sistema Programas executados fora do kernel (utilitários) Implementam tarefas básicas Muitas vezes confundidos com o próprio sistema operacional Ex: compiladores, assemblers, ligadores, etc Interpretadores de comandos Ativado sempre que o sistema operacional inicia sessão de trabalho Ex: bash, tsch, sh, etc Interface gráfico de usário (GUI) Ex: Família windows, MacOs, etc 16