INTRODUÇÃO. Sistemas Operacionais. Vinícius Pádua

Transcrição

1 INTRODUÇÃO Sistemas Operacionais

2 Por quê é necessário? Sistema computacional moderno composto por diversos dispositivos Responsável pelo controle? Programador de aplicativos? Necessidade de ter um software dedicado a este controle 2

3 O que é um SO? Software responsável por gerenciar dispositivos e realizar as solicitações do usuário com os dispositivos Para que serve o SO? Executar programas do usuário Resolução geral de problemas 3

4 Arquitetura Básica SO é um software colocado entre o hardware e os programas Programas Sistema Operacional Hardware 4

5 Arquitetura Básica Programas Sistema Operacional Hardware Facilitar os desenvolvedores e usuários finais Funções, procedimentos Controle de janelas O que facilita aos hardware? O que facilita aos programadores? Facilitar a criação de novos hardware Padronização de comunicação 5

6 Arquitetura Básica Onde o SO se encaixa em um sistema computacional? Modo usuário X Modo núcleo (supervisor) Apenas o modo do núcleo tem acesso completo ao hardware e pode executar qualquer instrução 6

7 Introdução Sistema Operacional Age como um intermediário entre o usuário e o hardware Controla a execução de programas aplicativos Interface entre aplicativos e o hardware Objetivos Tornar conveniente a utilização de um sistema computacional Esconder detalhes de funcionamento interno Tornar mais eficiente e justo a utilização dos recursos Execução de programas Carrega-lo a memória Permitir utilização de dispositivos Preparar recursos a antes de serem utilizados 7

8 Introdução Objetivos cont. Acesso a dispositivos de E/S Facilitar a utilização dos recursos pelos software e usuários Operações básicas: leitura e escrita Acesso controlado a arquivos Software não se preocupa com a natureza do dispositivo Proteção a acesso multiusuário Acesso ao sistema Proteção contra acesso não autorizado Resolução de conflito em caso de disputa Detecção de erros Erros de hardware e programação 8

9 Funcionalidades Máquina estendida Gerenciador de recursos 9

10 Funcionalidades Máquina estendida Fornecer aos programadores um conjunto de recursos abstratos claros Motivos Arquitetura básica apresenta programação difícil Ocultar o hardware e oferecer aos programas abstrações claras e coerentes Ex.: O arquivo. Visão: top-down 10

11 Funcionalidades Gerenciador de recursos Fornecer uma alocação ordenada e controlada Evitar que programas utilizem os recursos simultaneamente Proteger que programas acessem a memória de outros programas Compartilhamento no tempo e no espaço 11

12 Histórico dos SO 1º Geração ( ) 2º Geração ( ) 3º Geração ( ) 4º Geração (1980 -?) 12

13 Histórico dos SO 1º Geração ( ) Válvula Dissipava muito calor, consumo alto de energia e danificava com frequência Não existe SO ENIAC válvulas 170 m watts 27 toneladas adições e subtrações por segundo 13

14 Histórico dos SO 2º Geração ( ) Transistores 100x mais menor, mais durável e confiável, consumia menos energia, não esquentava quanto a válvula Sistema em lote (batch), job, cartão perfurado 14

15 Histórico dos SO 3º Geração ( ) Circuitos integrados Técnicas Multiprogramação Timesharing, Spooling Início de alguns SO: Unix (System V, BSD, Minix), linux 15

16 Histórico dos SO 4º Geração (1980 -?) Computadores pessoais Início da interface gráfica SO: DOS (MS-DOS), Apple, Windows Sistemas operacionais de rede e distribuídos 16

17 Histórico dos SO 17

18 Histórico dos SO Resumindo O que motivou a evolução do SO? Avanços tecnológicos Desenvolvimento e melhoria do hardware Aperfeiçoamento de técnicas 18

19 Zoo de SO s Computadores de grande porte Já foram muito utilizados Grande capacidade de E/S Atualmente Servidores web, e-commerce, servidores de nuvem,... Tempo compartilhado Utilizam terminais Ilusão de máquina dedicada ao usuário Distribuídos Divisão de tarefas em vários computadores Podem estar fisicamente separados Vantagens Transparência Compartilhamento de recursos Balanceamento de carga Aumento da confiabilidade 19

20 Zoo de SO s Tempo real Tempo como parâmetro fundamental na execução das tarefas Tempo real crítico Processos industriais, aviação, exército Tempo real não crítico Sistema de áudio, multimídia Nós de sensores Smart Cards Multiprocessadores Computadores pessoais, portáteis e embarcados 20

21 Conceitos sobre SO Processos Espaços de endereçamento Arquivos Deadlock Memória Entrada e Saída Segurança Interpretador de comandos 21

22 Conceitos sobre SO Processos Conceito fundamento em SO É um programa em execução Como um processo é executado? Histórico Monoprogramação Multiprogramação 22

23 Conceitos sobre SO Monoprogramação Execução de um único programa Características Baixa complexidade de implementação Sem preocupação com proteção Subutilização dos recursos Ociosidade da CPU por longos períodos Espera normalmente por algum evento de E/S não finalizado 23

24 Conceitos sobre SO Monoprogramação Como melhorar o desempenho geral? Em que momento poderia outro programa executar? 24

25 Conceitos sobre SO Multiprogramação 25

26 Conceitos sobre SO Multiprogramação Execução simultânea de vários programas Características Alta complexidade de implementação Preocupação com a proteção Inexistência de ociosidade da CPU Grande utilização do recursos Inovações que permitiram Interrupções Sinalização de eventos Discos magnéticos Acesso randômico e veloz no disco Leitura e escritas velozes em qualquer parte do disco 26

27 Conceitos sobre SO Espaço de endereçamento Região onde o processo executa Ao iniciar o SO cede um espeço de endereçamento Iniciando em 0 Qual o tamanho máximo? SO antigos: Limite da memória RAM SO modernos: Memória virtual 27

28 Conceitos sobre SO Arquivos Diretório Caminho \ - Windows Diretório-raiz Diretória de trabalho Sistemas de arquivos Arquivos especiais UNIX / - Unix 28

29 Conceitos sobre SO Entrada e Saída Segurança Unix Bits rwx Proprietário, Grupo e Outros usuários Interpretador de comandos Shell Não faz parte do SO, mas o utiliza intensamente 29

30 Conceitos sobre SO Deadlock (Impasses) 30

31 Conceitos sobre SO Memória Monoprogramação Dedicação a único processo Sem proteção Multiprogramação Proteção entre vários processos Tamanho insuficiente de memória existente 31

32 Conceitos sobre SO Modo Usuário x Modo Núcleo Como é possível um programa ler um arquivo se executa no modo usuário? Executar em modo núcleo o programa? Modificar, apenas no momento, para o modo núcleo? Chamada ao Sistema Chamada ao sistema Interface entre o SO e o nível do usuário Mecanismo de proteção do núcleo 32

33 Chamada ao Sistema Fornecem abstrações aos programas Administrar recursos dos computadores Aplicação Chamada ao Sistema Núcleo H a r d w a r e 33

34 Chamada ao Sistema TRAP Instrução que desvia para o núcleo. contador = read( arq, &buffer, nbytes) Retorne para quem o chamou 5 Desvie para o núcleo - TRAP Coloque o código para read no registrador Procedimento read da biblioteca 4 10 Espaço do usuário Incremente SP (apontador da pilha) 6 Chame read Armazene arq na pilha Armazene &buffer na pilha Armazene nbytes na pilha Programa do usuário chamando read Espaço do núcleo (SO) Despache 7 8 Tratador de chamada ao sistema 9 34

35 Chamada ao Sistema Gerenciamento de processos pid = fork() pid = waitpid(pid, &staloc, options) s = execve(name, argc, environp) Criar processo filho idêntico ao processo pai Aguarde um processo filho terminar Substitua o espaço de endereçamento do processo exit (status) fd = open(file, how,...) s = close(fd) n = read(fd, buffer, nbytes) n = write(fd, buffer, nbytes) Termina a execução do processo e retorne o status Gerenciamento de arquivos Abrir arquivos para leitura, escrita, ambos Feche arquivo aberto Leia dados de um arquivo para o buffer Escreva dados de um buffer para um arquivos Gerenciamento de diretórios e arquivos s = mkdir(name, mode) s = rmdir(name) Criar novo diretórios Remover diretório vazio Diversas s = chdir(dirname) s = chmod(name, mode) Altere o diretório de trabalho Altere os bits de proteção do arquivos 35

36 Estrutura dos SO Sistemas monolíticos Sistemas de camadas Micronúcleo Modelo Cliente-Servidor Máquinas virtuais 36

37 Estrutura dos SO Sistemas monolíticos Não existe ocultação de funções Todas funções podem chamar todas Falha em um função pode derrubar o sistema aplicação aplicação Modo Usuário Chamada ao sistema Modo Núcleo Hardware 37

38 Estrutura dos SO Sistemas de camadas Nível maior que organização Hierarquizado em camadas Superior utilizava a inferior Proteção THE (Technishche Hogeschool Eindhoven) foi o primeiro sistema desenvolvido em camadas. 38

39 Estrutura dos SO Micronúcleo Diminuir o excesso de código do modo núcleo Divisão do SO em módulos pequenos Modulo micronúcleo é o principal módulo Único executado no modo núcleo Exemplos: Minix3, Symbiam 39

40 Estrutura dos SO Cliente-Servidor Semelhante ao micronúcleo Processos: Servidores e Clientes Comunicação é feita por troca de mensagens 40

41 Estrutura dos SO Máquina Virtual Computador Fictício Implementada a nível de software Hipervisor de Tipo 1 e Tipo 2 41

42 Principais SO MS/DOS Windows MacOS Linux 42

43 MS/DOS Microsoft Disk Operating System Inicialmente QDOS Quick and Dirty Operation System Seattle Computer Características Monousuário Monoprogramável Estrutura hierárquica de dados Versões kb de RAM 7.0 Windows 95 Programação em arquivo batch (bat) 43