1. Histórico
Antes da década de 50, os computadores eram muito difíceis de serem programados. Era necessário conhecer totalmente sua arquitetura, e tal operação era efetuada em painéis com cerca de 6.000 conectores, em linguagem de máquina. Nesta fase os computadores não possuíam ainda dispositivos para interagir com o usuário, como teclados e monitores.
Na década de 50, já com a utilização de transistores, sucedeu-se um grande avanço tecnológico, melhorando a velocidade dos processadores e a capacidade dos meios de armazenamento, em especial a memória e os discos magnéticos.
Por volta de 1953 foi introduzido o primeiro sistema operacional, um programa de controle que permitia uma interação, mesmo que limitada, entre o operador e a máquina, otimizando a execução das tarefas. Em 1959 foi criada uma versão de sistema operacional que já implementava conceitos de memória virtual, conceito este largamente utilizado nos sistemas atuais.
Na década de 60, a partir do surgimento dos circuitos integrados, foi possível difundir u uso de sistemas computacionais em empresas, com diminuição de custos e tamanho dos equipamentos. Além disso, esta década presenciou inúmeras inovações na área de sistemas operacionais, presentes até hoje, como os ambientes de multitarefa, multiprogramação, multiprocessamento e time-sharing, tendo o desenvolvimento destas técnicas avançado até o meado da década de 70, onde também foram implementadas as tecnologias baseadas em arquitetura VLSI (chips), as primeiras redes de computadores, e o desenvolvimento de diversas linguagens de programação de alto nível.
A década de 80 foi marcada pela criação dos microcomputadores, baseados em microprocessadores de uso pessoal. Liderados pela IBM, diversos fabricantes seguiram por essa linha, porém alguns deles não abandonando a fabricação dos computadores de grande porte, como foi o caso da própria IBM.
Nota-se que, a partir do meado da década de 80, acontece uma divisão de águas, com a indústria passando a produzir equipamentos de grande porte e muitos modelos de microcomputadores, que também precisavam de sistemas operacionais bastante evoluídos. Foram, então, utilizadas as técnicas modernas já existentes nos ambientes de grande porte na implementação de sistemas operacionais para os microcomputadores, com versões diversas, todas inicialmente monousuário/monotarefa (devido à baixa capacidade de armazenamento dos micros, naquela época). Com o avanço da tecnologia, os micros ganharam discos rígidos e outros periféricos, possibilitando a criação de sistemas operacionais mais evoluídos nesta categoria de computadores, quando surgiram os sistemas monousuário/multitarefa, que executam até hoje.
Cronologia
Grande porte (mainframes)
1990
1950 1960 1970 1980
Microcomputadores
2. Tipos de Sistemas Operacionais
Tipos de Sistemas Operacionais Sistemas Monoprogramáveis/ Monotarefa Sistemas Multiprogramáveis/ Multitarefa Sistemas Com Múltiplos Processadores 2.1 Sistemas Monoprogramáveis/Monotarefa
Os primeiros sistemas operacionais eram voltados tipicamente para a execução de um único programa. Qualquer outra aplicação, para ser executada, deveria aguardar o término do programa corrente. Neste tipo de sistema, o processador, a memória e os periféricos permanecem exclusivamente dedicados à execução de um único programa.
Os sistemas monoprogramáveis estão diretamente ligados ao surgimento, na década de 50/60, dos primeiros computadores. Embora os sistemas operacionais já tivessem evoluído com as tecnologias de multitarefa e multiprogramáveis, os sistemas monoprogramáveis voltaram a ser utilizados na plataforma de microcomputadores pessoais e estações de trabalho devido à baixa capacidade de armazenamento destas máquinas, na época.
1º Sistema Operacional Monoprogramável Monotarefa Introduzido o conceito de Memória Virtual Sistemas Multitarefa Sistemas Multiprogramáveis Multitarefa
Era muito clara a desvantagem deste tipo de sistema, no que diz respeito à limitação de tarefas (uma de cada vez), o que provocava um grande desperdício de recursos de hardware.
Sistema Monoprogramável/Monotarefa
Comparados a outros sistemas, os monoprogramáveis são de simples implementação, não existindo muita preocupação com problemas decorrentes do compartilhamento de recursos como memória, processador e dispositivos de E/S.
2.2 Sistemas Multiprogramáveis/Multitarefa
Constituindo-se uma evolução dos sistemas monoprogramáveis, neste tipo de sistema os recursos computacionais são compartilhados entre os diversos usuários e aplicações: enquanto um programa espera por um evento, outros programas podem estar processando neste mesmo intervalo de tempo. Neste caso, podemos observar o compartilhamento da memória e do processador. O sistema operacional se incumbe de gerenciar o acesso concorrente aos seus diversos recursos, como processador, memória e periféricos, de forma ordenada e protegida, entre os diversos programas.
As vantagens do uso deste tipo de sistema são a redução do tempo de resposta das aplicações, além dos custos reduzidos devido ao compartilhamento dos recursos do sistema entre as diferentes aplicações. Apesar de mais eficientes que os monoprogramáveis, os sistemas multiprogramáveis são de implementação muito mais complexa.
CPU Memória Principal _______ _______ _______ _______ _______ Programa/Tarefa Dispositivos E/S
Sistema Multiprogramável/Multitarefa
Os sistemas multiprogramáveis/multitarefa podem ser classificados de acordo com a forma com que suas aplicações são gerenciadas, podendo ser divididos em sistemas batch, de tempo compartilhado e de tempo real, de acordo com a figura abaixo.
Sistemas Multiprogramáveis/
Multitarefa
Sistemas BATCH Sistemas de
Tempo Compartilhado
Sistemas de Tempo Real
2.2.1 Sistemas BATCH
Foram os primeiros sistemas multiprogramáveis a serem implementados na década de 60. Nesta modalidade, os programas eram submetidos para execução através de cartões perfurados e armazenados em disco ou fita, para posterior execução. Vem daí o nome batch (lote de cartões). O processamento em batch tem como característica não exigir interação do usuário com o sistema ou com a aplicação. Todas as entradas ou saídas são implementadas por meio de algum tipo de memória secundária, geralmente disco ou fita. Aplicações deste tipo eram utilizadas em cálculo numérico, compilações, back-ups, etc.
CPU Memória Principal _______ _______ _______ _______ _______ Dispositivos E/S _______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ Programa/Tarefa Programa/Tarefa Programa/Tarefa Programa/Tarefa
Estes sistemas, se bem projetados, podem ser bastante eficientes devido à melhor utilização do processador, mas podem oferecer tempos de resposta bastante longos. Atualmente, os sistemas operacionais simulam este tipo de processamento, não havendo sistemas dedicados a este tipo de execução.
2.2.2 Sistemas de Tempo Compartilhado
Também chamados sistemas de time-sharing, permitem que diversos programas sejam executados a partir da divisão de tempo do processador em pequenos intervalos, denominados fatia de tempo (ou time-slice). Caso a fatia de tempo não seja suficiente para a conclusão do programa, este é interrompido pelo sistema operacional e substituído no processador por outro, enquanto aguarda nova fatia de tempo. Neste tipo de processamento, cada usuário tem a impressão de que a máquina está dedicada ao seu programa, como se ele fosse o único usuário a se utilizar do sistema.
Geralmente permitem interação do usuário com a aplicação através de terminais compostos por monitor, teclado e mouse. Estes sistemas possuem uma linguagem de controle que permite ao usuário interagir com o sistema operacional através de comandos. Assim, é possível verificar arquivos armazenados em disco ou cancelar execução de programas. Normalmente, o sistema responde em apenas alguns segundos à maioria destes comandos, o que se levou a chamá-los também de sistemas on-line.
A maioria das aplicações comerciais atualmente é processada em ambiente de tempo compartilhado, que oferece tempos baixos de respostas a seus usuários e menores custos, em função do alto grau de compartilhamento dos diversos recursos do sistema.
2.2.3 Sistemas de Tempo Real
Este tipo de sistema é implementado de forma bastante semelhante ao de tempo compartilhado. O que caracteriza a diferença entre eles é o tempo exigido no processamento das aplicações.
Enquanto nos sistemas de tempo compartilhado o tempo de processamento pode variar sem comprometer as aplicações em execução, nos sistemas de tempo real os tempos de execução devem estar dentro de limites rígidos, que devem ser obedecidos, caso contrário poderão ocorrer problemas irreparáveis.
No sistema de tempo real não existe a idéia de fatia de tempo como nos sistemas de tempo compartilhado. Um programa ocupa o processador o tempo que for necessário ou até que apareça um outro com um nível de prioridade maior. Esta prioridade de execução é definida pela própria aplicação e não pelo sistema operacional, como nos sistemas de tempo compartilhado.
Estes sistemas são utilizados em aplicações de controle de processos, como monitoramento de refinarias de petróleo, controle de tráfego aéreo, de usinas, ou em qualquer aplicação onde o tempo de processamento é fator fundamental.
2.3 Sistemas com Múltiplos Processadores
Os sistemas com múltiplos processadores caracterizam-se por possuir duas ou mais CPUs interligadas e trabalhando em conjunto. A vantagem deste tipo de sistema é permitir que vários programas sejam executados ao mesmo tempo ou que um mesmo programa seja subdividido em várias partes para serem executadas simultaneamente em mais de um processador.
Esta técnica permitiu a criação de sistemas computacionais voltados para processamento científico, prospecção de petróleo, simulações, processamento de imagens e CAD.
Um fator chave no desenvolvimento dos sistemas multiprocessados é a forma de comunicação entre as CPUs e o grau de compartilhamento da memória e dos dispositivos de E/S. Em função destes fatores, podemos classificar os sistemas multiprocessados de acordo com a figura a seguir: Sistemas com Múltiplos Processadores Sistemas Fortemente Acoplados Sistemas Fracamente Acoplados
Simétricos Assimétricos Redes Distribuídos
Tipos de Sistemas com Múltiplos Processadores
Na figura podemos perceber a divisão dos sistemas multiprocessados em duas categorias iniciais: sistemas fortemente acoplados e fracamente acoplados. A grande diferença entre
a ser compartilhada pelos processadores do conjunto, enquanto que nos fracamente acoplados cada sistema tem sua própria memória individual. A taxa de transferência entre processadores e memória em sistemas fortemente acoplados é muito maior que nos fracamente acoplados.
Nos sistemas fortemente acoplados a memória principal e os dispositivos de E/S são gerenciados por um único sistema operacional. Quando todos os processadores na arquitetura são iguais, diz-se que o sistema é simétrico. No entanto, quando os processadores são diferentes, dá-se à arquitetura a denominação assimétrica.
Nos sistemas fracamente acoplados, como os processadores estão em arquiteturas diferentes, somente interligados por cabos de interconexão, cada CPU constitui uma máquina independente, com memória própria, dispositivos de E/S e sistemas operacionais independentes.
Nesta subdivisão, temos como exemplo as redes e os sistemas distribuídos.
No ambiente de rede, existem dois ou mais sistemas independentes (hosts), interligados por linhas telefônicas, que oferecem algum tipo de serviço aos demais, permitindo que um host compartilhe seus recursos, como impressora e diretórios, com os outros hosts da rede.
Enquanto nos sistemas em rede os usuários têm conhecimento dos hosts e seus serviços, nos sistemas distribuídos os sistema operacional esconde os detalhes dos hosts individuais e passa a tratá-los como um conjunto único, como se fosse um sistema só, fortemente acoplado. Os sistemas distribuídos permitem, por exemplo, que uma aplicação seja dividida em partes e que cada parte seja executada por hosts diferentes na rede. Para os usuários e suas aplicações é como se não existisse a rede, mas um único sistema centralizado.
Outros exemplos de sistemas distribuídos são os clusters. Em um cluster podem existir dois ou mais servidores ligados por algum tipo de conexão de alto desempenho, e o usuário não conhece os nomes dos membros do cluster e nem quantos são. Quando é necessário algum serviço, basta solicitar ao cluster para obtê-lo, sem se preocupar com quem vai dispor e oferecer tal serviço. Clusters são muito utilizados em servidores de bancos de dados e Web.
