Thiago Augusto Alves
Professor
Nome: Thiago Augusto Alves
Graduação: Bacharelado em Sistemas de
Informação pela Faculdade COTEMIG –
2004-2007
Pôs Graduação Lato Sensu:
Gerenciamento de Projetos de Software
pela PUC Minas – 2009- Junho de 2010.
Professor
Atuação Profissional:
◦
Consultor Freelance de Analise de Sistemas
desde 2008;
◦
Consultor Freelance de Gerencia de Projetos
desde 2009;
Distribuição de Pontos
Primeiro Bimestre
Segundo Bimestre
Tipo
Pontos
Prova
7
Trabalhos
3
Tipo
Pontos
Prova
7
Trabalhos
3
Datas Importantes – Segunda Feira
Data
Tema
26/09/2016 a 30/09/2016
Apresentação do Primeiro Trabalho
26/09/2016 Primeira Avaliação14/11/2016 a 18/11/2016
Apresentação do Segundo Trabalho
21/11/2016 a 24/11/2016
SIP
28/11/2016
Segunda Avaliação
12/12/2016 a 14/12/2016
Avaliação Segunda Chamada
19/12/2016 a 22/12/2016
Exame Final
OBS. As datas estão com possíveis alterações de acordo com o calendário da
faculdade.
Dicas de Ouro...
1.
Sempre lembre seu RA, isso ajuda a
lançar sua nota;
2.
Sempre se identifique para o seu
professor, isso ajuda ele “a te ajudar”;
3.
Não deixe nada para ultima hora,
acredite que isso faz diferença;
4.
Regularize o mais rápido possível a sua
Pontuação
1.
Trabalhos Peso 3 Valor 10 = 3 Pontos;
2.
Provas Peso 7 Valor 10 = 7 pontos;
3.
Pesos dos Bimestres:
1.
Primeiro Bimestre Peso 4;
Contato
https://sites.google.com/site/thiagoaalves/
[email protected]
No assunto especificar seu nome e o nome
da disciplina e a sala.
Disciplina
Bibliografia Básica Padrão
MACHADO, Francis Berenger e
MAIA, Luiz Paulo. Arquitetura de
Sistemas Operacionais, 4a. edição.
Ed. LTC, 2013
Bibliografia Complementar
Noticias a relacionados ao tema;
Artigos relacionados ao tema;
Reflexão
O que você entende por Sistema
Operacional?
Qual e o seu conhecimento com relação
ao Tema?
13
1.1 INTRODUÇÃO
Antes de começarmos a estudar os
conceitos e os principais componentes de
um sistema operacional, devemos saber
primeiramente quais são suas funções
básicas.
14
1.1 INTRODUÇÃO
Por mais complexo que possa parecer, um sistema
operacional é apenas um conjunto de rotinas executado
pelo processador, da mesma forma que qualquer outro
programa. Sua principal função é controlar o funcionamento
do computador, como um gerente dos diversos recursos
disponíveis no sistema.
15
1.1 INTRODUÇÃO
O nome sistema operacional não é único para designar
esse conjunto de programas. Nomes como monitor,
executivo,
supervisor
ou
controlador
possuem,
normalmente, o mesmo significado.
Um sistema operacional possui inúmeras funções e
resumimos essas funções, basicamente, em duas, descritas a
seguir:
1.2 FUNÇÕES BÁSICAS
1.
Facilidade de acesso aos recursos do sistema
2.
Um sistema de computacão possui diversos dispositivos,
como monitores de vídeo, impressoras, unidades de
CD/DVD, etc. Quando utilizamos um desses dispositivos,
não nos preocupamos com a maneira como é realizada
esta comunicação e os inúmeros detalhes envolvidos.
3.
Para a maioria de nós uma operação cotidiana, como, por
exemplo, a leitura de um arquivo em um Pendrive, pode
parecer simples. Na realidade, existe um conjunto de
rotinas específicas, controladas pelo sistema operacional,
responsável por acionar a cabeça, a de leitura e gravação
da unidade de disco, posicionar na trilha e setor onde
estão os dados, transferir os dados do disco para a
memória e, finalmente, informar ao programa a chegada
dos dados.
1.2 FUNÇÕES BÁSICAS
4.
O sistema operacional, então, serve de interface entre o
usuários e os recursos diponíveis no sistema, tornando
esta comunicação transparente e permitindo ao usuário
um trabalho mais eficiente e com menores chances de
erros.
5.
Este conceito de ambiente simulado, criado pelo sistema
operacional, é denominado máquina virtual (virtual
machine) e está presente, de alguma forma, na maioria dos
sistemas atuais.
6.
É comum pensar-se que compiladores, linkers, bibliotecas,
depuradores e outras ferramentas fazem parte do sistema
operacional, mas, na realidade, estas facilidades são apenas
utilitários, destinados a ajudar a interação do usuário com
o computador.
Compartilhamento de recursos de forma organizada e protegida
Quando pensamos em sistemas multiusuário, onde vários usuários podem
estar compartilhando os mesmos recursos, como, por exemplo, memória e
discos, é necessário que todos tenham oportunidade de ter acesso a esses
recursos, de forma que um usuário não interfira no trabalho do outro.
Se imaginarmos, por exemplo, que uma impressora possa ser utilizada por
vários usuários do sistema, deverá existir algum controle para impedir que a
impressão de um usuário interrompa a impressão de outro. Novamente, o
sistema operacional é responsável por permitir o acesso concorrente a esse e a
outros recursos, de forma organizada e protegida, dando ao usuário a impressão
de ser o único a utilizá-los.
O compartilhamento de recursos permite, também, a diminuição de custos,
na medida em que mais de um usuário possa utilizar as mesmas facilidades
concorrentemente, como discos, impressoras, linhas de comunicação etc.
Não é apenas em sistemas multiusuário que o sistema operacional é
importante. Se pensarmos que um computador pessoal nos permite executar
várias tarefas, como imprimir um documento, copiar um arquivo pela internet ou
processar uma planilha, o sistema operacional deve ser capaz de controlar a
execução concorrentes de todas essas tarefas.
Compartilhamento de recursos de forma organizada e
protegida
Quando pensamos em sistemas multiusuário, onde
vários usuários podem estar compartilhando os mesmos
recursos, como, por exemplo, memória e discos, é
necessário que todos tenham oportunidade de ter acesso
a esses recursos, de forma que um usuário não interfira
no trabalho do outro.
Se imaginarmos, por exemplo, que uma impressora
possa ser utilizada por vários usuários do sistema, deverá
existir algum controle para impedir que a impressão de
um usuário interrompa a impressão de outro. Novamente,
o sistema operacional é responsável por permitir o acesso
concorrente a esse e a outros recursos, de forma
organizada e protegida, dando ao usuário a impressão de
ser o único a utilizá-los.
O compartilhamento de recursos permite,
também, a diminuição de custos, na medida em
que mais de um usuário possa utilizar as mesmas
facilidades concorrentemente, como discos,
impressoras, linhas de comunicação etc.
Não é apenas em sistemas multiusuário que o
sistema operacional é importante. Se pensarmos
que um computador pessoal nos permite
executar várias tarefas, como imprimir um
documento, copiar um arquivo pela internet ou
processar uma planilha, o sistema operacional
deve ser capaz de controlar a execução
concorrentes de todas essas tarefas.
Um computador, visto somente como um gabinete composto de
circuitos eletrônicos, cabos e fontes de alimentação (hardware), não
tem nenhuma utilidade. É através de programas (software) que o
computador consegue armazenar dados em discos, imprimir relatórios,
gerar gráficos, realizar cálculos, entre outras funções. O hardware é o
responsável pela execução das instruções de um programa, com a
finalidade de se realizar alguma tarefa.
Uma operação efetuada pelo software pode ser implementada em
hardware, enquanto uma instrução executada pelo hardware pode ser
simulada via software. Esta decisão fica a cargo do projetista do
computador em função de aspectos como custo, confiabilidade e
desempenho. Tanto o hardware como o software são logicamente
equivalentes, interagindo de uma forma única para o usuário.
Partindo desse princípio, podemos considerar o computador
como uma máquina de níveis ou camadas, onde inicialmente
existem dois níveis: o nível 0 (hardware) e o nível 1 (sistema
operacional). Desta forma, o usuário pode enxergar a máquina
como sendo apenas o sistema operacional, ou seja, como se o
hardware não existisse. Esta visão modular e abstrata é chamada
máquina virtual.
Na realidade, um computador não possui apenas dois níveis, e
sim tantos níveis quanto forem necessários para adequar o
usuário às suas diversas aplicações. Quando o usuário está
trabalhando em um desse níveis, não necessita da existência das
outras camadas, acima ou abaixo de sua máquina virtual.
Atualmente, a maioria dos computadores possui a estrutura
mostrada na Figura, podendo conter mais ou menos camadas. A
linguagem utilizada em cada um desses níveis é diferente, variando
da mais elementar (baixo nível) à mais sofisticada (alto nível).
Figura - Visão modular do computador pelo usuário. Figura - Máquina de níveis.
1.3 MÁQUINA DE CAMADAS/NÍVEIS
Sistema Operacional Hardware Aplicativos Utilitários Sistema Operacional Linguagem de Máquina Hadware Dispositivos Físicos MicroprogramaçãoHardware, Software e Comunicação
Hardware
Sistema
Operacional
Software de
Suporte
Software Aplicativo
Pra quê software básico?
O que acontece quando ligamos o computador?
E quando “clicamos” num ícone?
Como funcionam dois programas ao mesmo tempo?
E se estiverem cooperando mas em máquinas
diferentes interligadas em rede?
Como ocorre o mapeamento de discos?
E se dois programas quiserem usar o mesmo
Conceitos Básicos
Introdução aos Sistemas Operacionais
O que é um sistema operacional?
Um gerenciador de recursos.
- Permite uma utilização simples, eficaz e
segura dos recursos do sistema computacional
- Oferece uma interface para o usuário
Que recursos são esses?
Conceitos Básicos
Tarefas do S.O.
Permite o armazenamento e recuperaçao de informações;
Isola detalhes de hardware;
Controla o fluxo de dados entre componentes;
Permite que um programa seja executado sem interferência de outros;
Permite cooperação entre programas;
Interage com o(s) usuário(s);
Escalona e controla recursos;
Responde a erros do sistema;
Evolução dos Sistemas Operacionais -> Hardware
Programa e Job X Processo e Subprocesso X Tarefa e Thread.
Tipos de Sistemas Operacionais:
Monoprogramáveis / Monotarefa
Multiprogramáveis / Multitarefa
Multiplos Processadores
SISTEMAS MONOPROGRAMÁVEIS/MONOTAREFAS
Execução de um único programa (JOB).
Relacionados ao surgimento dos mainframes -> PCs, estaçoes de trabalho
Todos recursos do sistema ligados a apenas uma tarefa
SISTEMAS MULTIPROGRAMÁVEIS/MULTITAREFA
Mais complexos e eficientes que os monoprogramáveis.
Vários programas dividem os mesmos recursos.
Sistema Operacional gerencia o acesso concorrente aos recursos e dispositivos.
Aumento de produtividade
Mais de um usuário pode interagir com o sistema.
Sistemas Monousuários X Multiusuários
SISTEMAS MULTIPROGRAMÁVEIS/MULTITAREFA
Sistemas Batch
Execução Sequencial.
Os JOBS não exigem interação com o usuário, como
compilação, sorts, backups.
Sistemas de Tempo Compartilhado (Sistema On-line)
Interação usuário – Vídeo, Teclado, Mouse, etc..
Usuário comunica direto com o Sistema Operacional.
Cada usuário possue fatias de tempo dos recursos,
aparentando estarem dedicados
Sistema de Tempo Real
Tempos de respostas devem estar dentro de limites rígidos.
Recursos dedicado ao Programa de maior prioridade,
SISTEMAS COM MÚLTIPLOS PROCESSADORES
Uma ou mais CPUs interligadas, trabalhando em conjunto.
Fator Chave = Comunicação entre CPUs e grau de compartilhamento dos
recursos.
Sistemas Fortemente Acoplados X Fracamente Acoplados
SISTEMAS FORTEMENTE ACOPLADOS
Vários processadores compartilhando única memória e apenas um Sistema
Operacional
Vários programas podem ser executados ao mesmo tempo Um programa pode ser dividido em subprogramas.
Ampliação da capacidade, adquirindo apenas novos processadores, menos custos.
SISTEMAS ASSIMÉTRICOS
Um processador primário responsável pelos
demais e pelo Sistema Operacional
Outros processadores são secundários e executam
programas de usuários
Se o processador primário falhar, o sistema para.
O Sistema pode ser reconfigurado para outro
processador assumir
Utilização ineficiente do Hardware devido a
assimetria dos processadores, que não realizam as
mesmas funções.
SISTEMAS SIMÉTRICOS
Todos processadores têm as mesmas
funções.
Podem executar o Sistema Operacional
Independentemente.
Sistema Operacional e Hardware
responsáveis pela distribuição dos recursos.
Se o sistema falha, o sistema continua
rodando.
Mais poderosos que o s assimétricos, melhor
balanceamento do processamento e das
operações de I/O.
SISTEMAS MULTIPROCESSAMENTO
Uma tarefa pode ser dividida e executada, ao mesmo
tempo, por mais de um processador.
Processamento Vetorial
Permite manipulação de vetores inteiros
Possui também um processador escalar
Identifica o tipo de instrução e envia ao processador
adequado
Processamento Paralelo
Aplicação pode ser executada por mais de um processador
A aplicação precisa ser dividida em partes independentes
SISTEMAS FRACAMENTE ACOPLADOS
Possui dois ou mais sistemas de computação interligados
Cada nó possui seu sistema operacional gerenciando os recursos
SISTEMAS OPERACIONAIS DE REDES X SISTEMAS DISTRIBUIDOS
SISTEMAS OPERACIONAIS DE REDES
Cada nó possui
seu próprio Sistema Operacional, podendo eles serem diferentes
conexão à outros nós
recursos de hardware compartilhados
total independência dos outros
Caso algum nó caia, o sistema pode continuar rodando apesar de alguns
recursos indisponíveis
SISTEMAS FRACAMENTE ACOPLADOS
Cada nó possui
Seu próprio Sistema Operacional que devem ser todos iguais. Recursos de hardware
Possui um relacionamento mais forte entre seus componentes
Para o usuário é como se não existisse uma rede de computadores, mas
apenas um único sistema centralizado.
Vantagem da possibilidade do balanceamento da carga (processador mais
ocioso é escolhido).
Num Cluster, qualquer usuário conectado ao mesmo poderá Ter acesso
aos dispositivos compartilhados, independente de que sistema ele está
rodando a aplicação.
Permite que a aplicação seja dividida em diferentes partes, podendo cada
uma ser processada em um sistema independente (aplicação distribuída).
Possui a vantagem da redundância, se ocorrer algum problema com algum
Reflexão
Você sabe o que é Hardware?
O que e Software?
CONCEITOS DE HARDWARE
PROCESSADOR
Também denominado unidade central de processamento (UCP), gerencia todo o sistema computacional controlando as operações realizadas por cada unidade funcional.
Cada processador é composto por uma unidade de controle, unidade lógica e aritmética, e registradores.
A unidade de controle (UC) é responsável por gerenciar as atividades de todos os
componentes do computador, como a gravação de dados em disco ou a busca de instruções na memória.
CONCEITOS DE HARDWARE
A unidade lógica e aritmética (ULA), como o nome indica, é responsável por operações
lógicas (testes e comparações) e aritméticas (somas e subtrações).
A sincronização de todas as funções do processador e realizada através de um sinal de clock. Este sinal é um pulso gerado siclicamente (inicio, meio e fim) que altera variáveis de estado do processador. O sinal de clock é gerado a partir de um cristal de quartzo que, devidamente polarizado, oscila em uma determinada frequência estável e bem determinado.
CONCEITOS DE HARDWARE
PROCESSADOR
Os registradores são dispositivos com a função principal de armazenar dados
temporariamente. O conjunto de registradores funciona como uma memória de alta velocidade interna do processador, porém com uma capacidade de armazenamento reduzida e custo maior que o da memória principal.
Alguns registradores podem ser manipulados diretamente por instruções (registradores de uso geral), enquanto outros são responsáveis por armazenar informações de
controle do processador e do sistema operacional (registradores de uso específico). Entre os registradores de uso específico, merecem destaque:
> o contador de instruções (CI) ou program counter (PC) contém o endereço da próxima instrução que o processador deve buscar e executar;
> o apontador da pilha (AP) ou stack pointer (SP) contém o endereço de memória do topo da pilha, ,que é a estrutura de dados onde o sistema mantém informações sobre programas que estão sendo executados e tiveram que ser interrompidas;
> o registrador de status ou program status word (PSW) é responsável por armazenar informações sobre a execução de instruções, como a ocorrência de overflow.
CONCEITOS DE HARDWARE
MEMÓRIA PRINCIPAL
A memória principal, primária ou real é o local onde são armazenados instruções e dados, composta por unidades de acesso chamadas células, sendo cada célula composta por um determinado número de bits (Unidade básica de memória, sendo 0 ou 1).
O acesso ao conteúdo de uma célula é realizado através da especificação de um número chamado endereço, que é uma referência única que podemos fazer a uma célula de
memória.
A especificação do endereço é realizada através de um registrador denominado registrador de endereço de memória (memory address register – MAR).
CONCEITOS DE HARDWARE
MEMÓRIA PRINCIPAL
Outro registrador usado em operações com a memória é o registrador de dados da memória (memory buffer register – MBR). Este registrador é utilizado para guardar o conteúdo de uma ou mais células de memória, após uma operação de leitura, ou para guardar o dado que será transferido para a memória em uma operação de gravação. A memória principal pode ser classificada em função de sua volatilidade.
RAM – (Random Access Memory) – são voláteis ROM – (Read-Only Memory) – não voláteis
CONCEITOS DE HARDWARE
MEMÓRIA CACHE
É uma memória volátil de ala velocidade, porém com pequena capacidade de armazenamento. O tempo de acesso a um dado nela contido é muito menor que se o mesmo estivesse na memória principal. O propósito da memória cache e diminuir a disparidade de velocidade de acesso entre o processador e a memória principal.
Um processador pode ser projetado com diversos níveis de cache, conforme especificação do fabricante. Como exemplos, o processador da Motorola Power PC G4 possui cache de nível 2, enquanto o processador Intel Xeon MP possui cache de nível 3.
MEMÓRIA SECUNDÁRIA
A memória secundária é um meio permanente, isto é, não é volátil de armazenamento de programas e dados. Enquanto a memória principal precisa estar sempre energizada para manter suas
informações, a memória secundária não precisa de alimentação.
Caracterizam-se por ter capacidade de armazenamento superior ao da memória principal e o custo relativamente baixo, porém o tempo de acesso à memória secundária é bem superior ao da memória principal.
CONCEITOS DE HARDWARE
BARRAMENTO
O barramento ou bus é um meio de comunicação compartilhado que permite a comunicação entre as unidades funcionais de um sistema computacional. Através de condutores, informações como dados, endereços e sinais de controle trafegam entre processadores, memórias e dispositivos de E/S.
CONCEITOS DE HARDWARE
BARRAMENTO
Os barramentos são classificados em três tipos:
> Barramento processador-memória: são de curta extensão e alta velocidade para que seja otimizada a transferência de informação entre o processador e a memória.
> Barramento de E/S: Possuem maior extensão, são mais lentos e permitem a conexão de diferentes dispositivos.
CONCEITOS DE HARDWARE
PIPELINING
Pipelining é uma técnica que permite ao processador executar múltiplas instruções
paralelamente em estágios diferentes. O conceito de pipeline se assemelha muito a uma linha de montagem, onde uma tarefa é dividida em uma sequência de subtarefas,
executadas dentro de uma linha de produção.
O processador, através de suas várias unidades funcionais de pipeline, funciona de forma a permitir que, enquanto uma instrução se encontra em fase de execução, uma outra instrução possa estar na fase de busca simultaneamente.
O pipelining pode ser empregado em sistemas com um ou mais processadores, em diversos níveis, e tem sido a técnica de paralelismo mais utilizada para aumentar o desempenho dos sistemas computacionais.
CONCEITOS DE HARDWARE
ARQUITETURA RISC e CISC
A linguagem de máquina de um computador é a linguagem que é realmente entendida pelo processador. Cada processador possui um conjunto de instruções de máquina,
definido por seu fabricante, que fazem referências a detalhes, como registradores, modos de endereçamento e tipos de dados, que caracterizam um processador e suas
funcionalidades.
Um programa em linguagem de máquina pode ser diretamente executado por um processador, não requerendo qualquer tipo de tradução ou relocação. Quando escrito em linguagem de máquina de um determinado processador, um programa não pode ser executado em outra máquina de arquitetura diferente.
CONCEITOS DE HARDWARE
ARQUITETURA RISC e CISC
Um processador com arquitetura RISC (Reduced Instruction Set Computer)
se caracteriza por possuir poucas instruções de máquina, em geral bastante simples, que são executadas diretamente pelo hardware. (Fácil implementação do pipeline por ter muitos registradores).
Os computadores com arquitetura CISC (Complex Instruction Set Computers) já possuem instruções complexas que são interpretadas por
CONCEITOS DE HARDWARE
ANÁLISE DE DESEMPENHO
Para avaliar o desempenho de processadores, diversas variáveis devem ser consideradas, entre as quais o intervalo de tempo entre os pulsos de um sinal de clock, conhecido como ciclo de clock.
A frequência de clock é o inverso do ciclo de clock e indica o número de pulsos elétricos gerados em um segundo.
O desempenho de um processador poder avaliado pela comparação dos tempos que processadores distintos levam para executar um mesmo programa, denominado tempo de UCP, que leva em consideração apenas o tempo para executar as instruções pelo processador, não incluindo a espera em operações de E/S.
CONCEITOS DE SOFTWARE
TRADUTOR
Nos primeiros sistemas computacionais, o ato de programar era bastante complicado, já que o programador deveria possuir conhecimento da arquitetura da máquina e programar em painéis através de fios. Esses programas eram desenvolvidos em linguagem de máquina e carregados diretamente na memória principal para execução.
Com o surgimento das primeiras linguagens de montagem ou assembly e das linguagens de alto nível, o programador deixou de se preocupar com muitos aspectos pertinentes aos hardware, como em qual região da memória o programa deveria ser carregado ou quais endereços de memória seriam reservados para as variáveis.
Apesar das inúmeras vantagens proporcionadas pelas linguagens de montagem e de alto nível, os programas escritos nessas linguagens não estão prontos para ser diretamente executados pelo processador (programas-fonte). Para isso eles precisão passar por uma etapa de conversão, onde toda representação simbólica das instruções é traduzida para código de máquina. Esta conversão é realizada por um utilitário chamado tradutor.
CONCEITOS DE SOFTWARE
INTERPRETADOR
É considerado um tradutor que não gera módulo-objeto, a partir de um programa-fonte escrito em linguagem de alto nível, o interpretador, durante a execução do programa, traduz cada instrução e a executa imediatamente.
A maior desvantagem na utilização de interpretadores é o tempo gasto na tradução das instruções de um programa toda vez que este for executado, já que não existe a geração de um código executável.
LINKER
O linker ou editor de ligação é o utilitário responsável por gerar, a partir de um ou mais módulos-objeto, um único programa executável. Suas funções básicas são resolver todas as referências simbólicas existentes entre os módulos e reservar memória para a
CONCEITOS DE SOFTWARE
LOADER
O loader ou carregador é o utilitário responsável por carregar na memória principal um programa para ser executado. O procedimento de carga varia com o código gerado pelo liker e, em função deste, o loader é classificado como sendo do tipo absoluto ou
relocável.
Absoluto: O loader necessita conhecer o endereço de memória inicial e o tamanho do módulo para realizar o carregamento, então, transfere o programa da memória
secundária para a memória principal e inicia sua execução.
Relocável: O programa pode ser carregado em qualquer posição de memória, e o loader é responsável pela relocação no momento do carregamento.
CONCEITOS DE SOFTWARE
DEPURADOR
O depurador (debugger) é o utilitário que permite ao usuário acompanhar toda a execução de um programa a fim de detectar erros na sua lógica. Este utilitário oferece ao usuário recursos como:
> acompanhar a execução do programa instrução por instrução; > possibilitar a alteração e a visualização do conteúdo de variáveis; > implementar pontos de parada dentro do programa (breakpointer); > etc.
