Introdução aos Sistemas Operacionais

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Introdução aos Sistemas

Operacionais

1.1 O que é um sistema operacional

1.2 História dos sistemas operacionais

1.3 O zoológico de sistemas operacionais

1.4 Conceitos sobre sistemas operacionais

1.5 Chamadas ao sistema

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2 Introdução

• Um sistema computacional consiste em

–

hardware

–

programas do sistema

–

programas de aplicação

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3 O que é um Sistema Operacional

• É uma máquina estendida

–

_{Oculta os detalhes complicados que têm quer}

ser executados

–

Apresenta ao usuário uma máquina virtual,

mais fácil de usar

• É um gerenciador de recurso

–

_{Cada programa tem um tempo com o recurso}

–

_{Cada programa tem um espaço no recurso}

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4 Componentes de um Sistema de

Computação

• Hardware - fornece os recursos básicos para se

realizar a computação propriamente dita (CPU,

Memória, Dispositivos de I/O).

• Kernel - controla e coordena o uso do hardware

através dos programas dos usuários.

• Aplicativos e Utilitários - define a maneira como os

recursos do sistema são usados para resolver a

computação dos problemas dos usuários.

• Usuários - podem ser os usuários regulares,

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5 Visão Abstrata dos Componentes

de um Sistema de Computação

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6 História dos Sistemas Operacionais (1)

Antigo sistema em lote

– traz os cartões para o 1401

– lê os cartões para a fita

– coloca a fita no 7094 que executa o processamento

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7 História dos Sistemas Operacionais (2)

• Primeira geração 1945 - 1955

–

Válvulas, painéis de programação

• Segunda geração 1955 - 1965

–

transistores, sistemas em lote

• Terceira geração 1965 – 1980

–

CIs e multiprogramação

• Quarta geração 1980 – presente

–

Computadores pessoais

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8 Estrutura de um job FMS típico – 2a. geração

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9 • Sistema de Tempo compartilhado

• Sistema de multiprogramação

–

Três jobs na memória – 3a. Geração

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10 • Funcionalidades necessárias para a

multiprogramação

– Rotinas de I/O fornecidas pelo sistema.

– Gerenciamento de memória

• O sistema deve alocar e liberar a memória

para vários jobs/programas.

– Escalonamento da CPU

• O sistema deve escolher entre os vários

jobs/programas qual está pronto para ser

executado.

– Alocação dos dispositivos.

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11 • Sistemas de tempo Compartilhado

– A CPU alterna o atendimento dos vários jobs que

estão na memória

• a CPU será alocada apenas se o job estiver

na memória.

– Um job alterna entre a memória e o disco

• área de swap.

– Comunicação on-line entre o usuário e o sistema é

fornecida.

• Computação Interativa.

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12 O Zoológico de Sistemas

Operacionais(1)

• Sistemas operacionais de computadores

pessoais (desktops)

• Sistemas operacionais de

multiprocessa-dores (paralelos)

• Sistemas operacionais distribuídos

• Sistemas operacionais de tempo-real

• Sistemas operacionais embarcados

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13 O Zoológico de Sistemas

Operacionais(2)

• Sistemas operacionais de computadores pessoais (desktops)

– Sistema computacional dedicado para um único usuário.

– Dispositivos de I/O

• Teclados, mouse, monitores de vídeo e impressoras.

– Conveniência e responsabilidade para o usuário. – Podem adotar tecnologia desenvolvida para

sistemas operacionais maiores.

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14 O Zoológico de Sistemas

Operacionais(3)

• Sistemas operacionais de multiprocessadores (paralelos) – Sistemas multiprocessados com mais do que uma

CPU em comunicação direta.

– Sistemas Fisicamente e Logicamente Paralelos. – Sistemas Fortemente Acoplados

• Processadores compartilham memória e um clock; a comunicação normamalmente é feita utilizando-se a memória compartilhada ou

barramento de dados. – Vantagens

• Aumento do Throughput e economia. • Aumento da confiabilidade

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15 O Zoológico de Sistemas

Operacionais(4)

• Sistemas operacionais distribuídos

– Distribui a computação, ou programas, entre os vários processadores existentes.

– Sistemas Fracamente Acoplado

• Cada processador possui sua própria memória local; processadores comunicam-se uns com os outros através de um sub-sistema de comunicação (rede de comunicação local ou de longa distância). – Vantagens

• Compartilhamento de Recursos. • Balanceamento de carga.

• Confiabilidade. • Comunicação.

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16 O Zoológico de Sistemas

Operacionais(5)

• Sistemas operacionais de tempo-real

– Utilizados para controlar um dispositivo em

uma aplicação ou ambiente dedicado,

como controle de experimentos científicos,

sistemas de imagens médicas, sistemas de

controle industrial entre outros.

– A resposta à uma requisição é extremamente

rígida em relação ao tempo.

– Sistemas de tempo real podem ser do tipo

hard ou soft real time.

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17 O Zoológico de Sistemas

Operacionais(6)

• Sistemas operacionais de tempo-real

– Hard Real Time

• Dispositivos de armazenamento secundário limitados ou ausentes, dados são

armazenados normalmente em material semicondutor.

• Conflita com os sistemas de tempo

compartilhado, são SOs de uso específico. – Soft Real Time

• Utilização limitada a simulações e realidade virtual.

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18 O Zoológico de Sistemas

Operacionais(7)

• Sistemas operacionais embarcados

– Personal Digital Assistants (PDAs).

– Telefones celulares.

– Considerações

• Memória Limitada

• Processadores lentos

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19 Evolução do Conceitos dos SO's

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Conceitos sobre Sistemas

Operacionais (1)

• Gerência de Processos

• Gerência de Memória Principal

• Gerência de Arquivos

• Gerência do Sistema de I/O

• Gerência de Armazenamento Secundário

• Rede

• Sistema de Proteção

• Serviços do Sistema Operacional

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Conceitos sobre Sistemas

Operacionais (2)

• Gerência de Processos

– Processo é um programa em execução e necessita de certos recursos, como tempo de CPU, memória, arquivos e dispositivos de I/O, para completar sua tarefa.

– Responsabilidades do Sistema Operacional:

• criar e destruir processos do usuário e do sistema; • suspender e reativar processos;

• fornecer mecanismos para

– comunicação entre processos; – sincronização entre processos;

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22 • Uma árvore de processos

–

_{A criou dois processos filhos: B e C}

–

B criou três processos filhos: D, E, e F

Conceitos sobre Sistemas

Operacionais (3)

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Conceitos sobre Sistemas

Operacionais (4)

• Gerência de Memória Principal

– A memória principal é um armazenador de acesso

rápido e compartilhável entre a CPU e os dispositivos de I/O, além de ser volátil, ou seja, perderá seu

conteúdo em caso de falhas no sistema. – Responsabilidades do Sistema Operacional:

• conhecer quais partes da memória estão sendo usadas e por quem;

• decidir quais processos serão carregados quando o espaço da memória torna-se disponível;

• Alocar e liberar espaço da memória quando for necessário.

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Conceitos sobre Sistemas

Operacionais (5)

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Conceitos sobre Sistemas

Operacionais (6)

• Gerência de Arquivos

– Um arquivo é uma coleção de informações definidas pelo seu criador. Normalmente representa programas (fonte, objeto e executável) ou dados.

– Responsabilidades do Sistema Operacional: • criar e remover arquivos;

• criar e remover diretórios;

• disponibilizar primitivas para manipulação de arquivos e diretórios;

• mapear os arquivos no dispositivo de armazenamento secundário;

• copiar arquivos entre dispositivos de armazenamento não voláteis.

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26 Conceitos sobre Sistemas

Operacionais (7)

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Conceitos sobre Sistemas

Operacionais (8)

• Gerência do Sistema de I/O

– Ocultar as peculiaridades de dispositivos de hardware específicos do usuário.

– O subsistema de I/O consiste em: • buffering, caching e spooling;

• interface geral de driver de dispositivo (device-driver);

• drivers para dispositivos de hardware específicos.

– Apenas o driver de dispositivo conhece as

peculiaridades do dispositivo específico ao qual foi atribuído.

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Conceitos sobre Sistemas

Operacionais (9)

• Gerência de Armazenamento Secundário

– A memória principal (armazenamento primário) é volátil e muito pequena para armazenar todos os dados e programas permanentemente, portanto, o sistema computacional deve fornecer

armazenamento secundário para auxiliar a memória principal.

– Responsabilidades do Sistema Operacional: • gerenciamento de espaço livre;

• alocação de armazenamento;

• escalonamento de disco (ordenação e

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Conceitos sobre Sistemas

Operacionais (10)

• Rede

– Coleção de computadores compartilhando recursos. – Cada computador tem seu próprio processador,

memória e clock, além do sistema operacional. – Os computadores são interligados através de um

sub-sistema de comunicação e utilizam protocolos para viabilizar a comunicação.

– Acesso aos recursos compartilhados permitem: • speed-up computacional (aumento na

velodidade de processamento);

• aumento na disponibilidade dos dados; • aumento da confiabilidade.

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Conceitos sobre Sistemas

Operacionais (11)

• Sistema de Proteção

– Proteção refere-se a qualquer mecanismo para controlar o acesso de programas, processos ou usuários aos recursos do sistema ou de outros usuários.

– O mecanismo de proteção deve:

• distinguir entre uso autorizado e não autorizado;

• especificar o tipo de controle a ser utilizado; • fornecer os meios para viabilizar estes

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Conceitos sobre Sistemas

Operacionais (12)

• Resumindo:

– Serviços do Sistema Operacional

• Execução de programas

• Operações de I/O

• Manipulação do Sistema de Arquivos

• Comunicações

• Detecção de Erros

• Alocação de Recursos

• Contabilização

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Conceitos sobre Sistemas

Operacionais (13)

• Interpretador de Comandos do Sistema

– Os comandos são enviados ao sistema operacional através de uma interface caracter ou orientada a mouse (“gráfica”).

• “ORIENTADOS A TECLADO” x “ORIENTADOS A MOUSE”

– Outros nomes: SHELL (casca do sistema), “prompt do sistema”, “console”, interpretador de linha de

comando, “terminal”.

– Os comandos interagem com: • gerenciamento de processos;

• gerenciamento de memória principal;

• gerenciamento de arquivos (do usuário e do sistema); • manipulação de I/O;