Sistemas Operativos. Princípios de sistemas operativos. Rui Maranhão

Transcrição

1 Sistemas Operativos Princípios de sistemas operativos Rui Maranhão

2 Agenda objectivos de um computador objectivos de um sistema operativo evolução dos sistemas operativos tipos de sistemas operativos

3 Computador é formado por hardware,... e também programas, aplicações

4 Objectivos de um computador manipular dados (semi-) automaticamente facilitar a vida aos utilizadores prático, simples de usar executar programas (i.e., aplicações)

5 Sistema Operativo programa que actua como intermediário entre os utilizadores e o hardware gestor de recursos tempo, espaço

6 Objectivos - Conveniência - SO esconde os detalhes do hardware simula máquina virtual (utilização fácil) fornece API mais fácil de usar do que o hardware

7 Objectivos - Eficiência - SO controla a alocação dos recursos multiplexação tempo: cada processo usa o recurso à vez espaço: recurso é partilhado

8 Evolução 1a geração ( ) - Válvulas e placas programáveis 2a geração ( ) - Transístores e sistemas batch 3a geração ( ) - Circuitos integrados 4a geração (1980- ) - PCs, workstations, servidores uma nova geração?? PDAs, smartphones, sistema de navegação (ndrive), TVs,...

9 1a geração acesso livre ao computador utilizador podia mas também tinha de fazer tudo inventar a roda baixa eficiência elevado tempo de preparação difícil encontrar erros

10 2a geração transístores e sistemas batch (mainframes) mais eficiente que a 1a geração, mas máquinas bastante caras como executar um programa? programa era escrito em papel codificado em fitas perfuradas fornecido ao operador especializado

11 2a geração para aumentar eficiência operador especializado operador carrega programas, executa-os e devolve resultados 1 programa de cada vez programa auxiliar para executar tarefa tinha de ser carregado (FORTRAN) ganhou-se eficiência, perdeu-se conveniência

12 2a geração gestores queriam reduzir tempo off-line maximizar uso da máquina ( )!! solução: sistemas batch coleccionar série de programas semelhantes numa fita

13 Sistemas batch

14 Sistemas batch

15 Como melhorar? programa (resident monitor) que controla a operação de um computador encadeia jobs embrião de um sistema operativo?!

16 3a geração multi-programação executar programas ao mesmo tempo e.g., enquanto um programa espera por IO, outro pode usar o CPU

17 Multiprogramação vários jobs são carregados para a memória central, e o tempo de CPU repartido mecanismos de interrupções permite multiplexar o processador entre várias actividades execução concorrente de vários programas optimizar utilização do processador

18 Multiprogramação

19 Contudo... Eficiência em risco devido erros de programação deadlocks race conditions destruir o programa de controle Pouca interacção com programa em execução difícil identificar erros!

20 Time-sharing time-sharing aumenta a conveniência SO reparte o tempo de CPU pelos vários programas prontos a executar cria a ilusão que o computador está permanentemente disponível Impulsionado por descida dos preços dos terminais

21 Consequências revisão dos algoritmos de escalonamento definição dos mecanismos de segurança aparecimento do sistema de ficheiros tempo partilhado -> vários progs em memória simultaneamente Hierarquia de memória

22 4a geração apareceram por volta dos anos 80 incentivado pelo baixo custo do hardware exequível um computador voltar a ser dedicado a um só utilizador também conhecido como computadores pessoais (ou micro-computadores)

23 Multiprocessamento vantagens throughput economia graceful degradation ideia: aumentar throughput, e não executar o programa mais depressa

24 Multiprocessamento Arquitectura simétrico qualquer CPU pode executar código do SO assimétrico periféricos associados a um CPU não há race conditions, CPU idles baixo throughput

25 Sistemas Distribuídos SD apareceram para partilhar recursos caros inconvenientes de replicar redireccionamento de IO Consequência da evolução de redes, PCs, custo dos computadores,...

26 Sistemas Distribuídos de network aware OSs (sistemas iniciais: Mail, FTP) passou-se a sistemas vocacionados para trabalhar em rede (e.g., sistemas de ficheiros distribuídos) aplicações acedem aos recursos remotos de forma transparente

27 Sistemas de tempo real inicialmente usado para controlo de processos industriais tb usado para jogos, sistemas, controlo de automóveis/aviões típico de sistemas embebidos SW integrado com o HW difícil de estender as aplicações

28 Tempo virtual vs. real tempo virtual tempo de execução não tem relação com o tempo cronológico sistema utilizado na maioria dos computadores (windows, linux, mac os) tempo real tentam garantir que o computador produz uma resposta num intervalo de tempo determinado

29 Tempo real diferentes requisitos por aplicações soft real time - sistema robusto a certos atrasos hard real time - não cumprimento de um prazo corresponde a uma falha

30 Evolução dos conceitos (SO) No software Compilers

31 Organização de um SO OS divide-se em kernel - dividido em módulos biblioteca de system calls processos do sistema

32 Arquitectura de SO sistemas monolíticos modelo cliente-servidor microkernel máquinas virtuais exokernel

33 Monolítico um único sistema internamente organizado em módulos estrutura de dados globais e.g., DOS, Windows, Linux

34 Microkernel um núcleo de reduzidas dimensões e que só continha o essencial do SO gestão de threads, endereçamento servidores de sistema que executam em processos independentes a restante funcionalidade device drives, memória virtual,... e.g., Minix, Symbian

35 Modelo clienteservidor variação da ideia de micro-kernel distingue cliente e servidor comunicação feita à base de mensagens cliente e servidor podem estar em computadores distintos

36 Máquinas Virtuais desenvolvido pela IBM devido ao interesse dos seus trabalhadores de usarem os computadores de forma interactiva cria um colone da máquina na qual esta a ser executado ex., Java Virtual Machine independente da plataforma, sandbox

37 Exokernel em vez de colonar a máquina actual, dá ao utilizador um subconjunto de recursos exokernel e um programa que faz a alocação dos recursos utilizadores pedem recursos ao exokernel mais simples de manter do que virtual machines. Porquê?

38 Processo de booting executa instrução FFFFFFFF0h do BIOS contém um jump para o programa inicial executa auto-test (POST) de hardware se encontra dispositivo executa o master boot register (MBR) MBR carrega e executa o sector de iniciação da partição (e.g., executar o kernel)

39 Modo kernel vs. Modo utilizador

40 Modo kernel vs. utilizador processos dos utilizadores não podem interferir com dados/execução do SO devem tb estar vedadas as aplicações dos utilizadores Ajuda o processador: espaços de endereçamento diferentes Barreira de protecção: interrupção de SW

41 Sistemas operativos - exemplos - MS-DOS Mac OS (primeiro com GUI) Windows (3.11, NT, Me, XP, Vista) Unix-based: FreeBSD, X11, Gnome, KDE

42 MS-DOS

43 UNIX

44 OS/2

45 Windows NT

46 Symbian OS

47 Sumário objectivos de um sistema operativo conveniência e eficiência evolução de sistemas operativos porque são necessários? tipos de sistemas operativos