Sistemas Operacionais
Profa. Regina Borges de Araujo
Livro Texto
• Sistemas Operacionais Modernos. Tanenbaum, A., Pearson – Prentice Hall, 2003
Outras Referências
• Operating Systems – Deitel, H., Deitel, P. & Choffnes, D., 3rd edition, Pearson, Prentice Hall, 2003
• Sistemas Operacionais – Conceitos e Aplicações. Silberschatz, Galvin & Gagne,Editora Campus, 2001
Informações sobre o curso
Introdução
Capítulo 1
1.1 O que é um sistema operacional
1.2 História dos sistemas operacionais
1.3 O zoológico de sistemas operacionais
1.4 Revisão sobre hardware de computadores
1.5 Conceitos sobre sistemas operacionais
1.6 Chamadas ao sistema
Introdução
• Um sistema computacional consiste em
–
hardware
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
História dos Sistemas Operacionais (1)
• 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
• Quinta geração – a partir do ano 2000
História dos Sistemas Operacionais (2)
Antigo sistema em lote
(a) traz os cartões para o 1401 (b) lê os cartões para a fita
(c) e (d) coloca a fita no 7094 que executa o processamento (e) e (f) coloca a fita no 1401 que imprime a saída
História dos Sistemas Operacionais (4)
• Sistema de multiprogramação
– Três jobs na memória• Spooling
• Compartilhamento de tempo
Terceira geração 1965 – 1980
• Intel 8080 - CP/M
– domínio de 5 anos - popularização dos PCs
• IBM projeta o IBM/PC, DOS/BASIC, MS-DOS
• IBM PC/AT/80286 em 1983 (morte do CP/M)
• Doug Engelbart inventa GUI (adotada pela Xerox
e incorporada em suas máquinas)
– LISA (Apple) incorpora GUI – fracasso (alto custo)
– Apple MacIntosh – enorme sucesso
– MS-GUI: W3.0/3.1/3.11/W95,W98, WMe – W/NT
– UNIXGUI: XWindows (MIT), Motif (roda sobre X)
História dos Sistemas Operacionais (5)
• Sistemas Operacionais de Rede
• Sistemas Distribuídos
• Internet/WWW
–
Servidores WWW
• Linux, FreeBSD • Solaris–
MS/Windows x Linux
• Internet 2
–
Novas Aplicações (MM, Realidade Virtual)
História dos Sistemas Operacionais (6)
Computação Ubíqua
“É a visão de um mundo no qual o custo do
poder computacional e das comunicações
digitais tornam-se tão baratos a ponto de
poderem ser embutidos em todos os objetos
que nos cercam no dia-a-dia”
Frank Stajano, 2003 – Cambridge University
História dos Sistemas Operacionais (7)
História dos Sistemas Operacionais (8)
• Sistemas Operacionais de Computadores de Grande
Porte
– Capacidade de E/S, processamento de vários jobs de uma vez – Serviços típicos: lote, processamento de transação e tempo
compartilhado
• Sistemas Operacionais de Servidores
– Servem múltiplos usuários de uma vez (compartilhamento de recursos de software e hardware) via rede.
• Sistemas Operacionais de Multiprocessadores
– Múltiplas CPUs num único sistema (computadores paralelos, multicomputadores ou multiprocessadores)
• Sistemas Operacionais de Computadores Pessoais
O Zoológico de Sistemas
Operacionais (1)
• Tempo Real
– Tempo é o parâmetro chave
– Tempo real crítico x não crítico
• Embarcados
– Pequenos computadores e TVs, celulares, fornos de microondas
– Restrições de tamanho, memória e potência (PalmOS, W/CE –
Consumer Electronics)
• Cartão Inteligente
– Restrições extremas de tamanho de memória e poder de processamento
– JVM em ROM
– S.O. primitivo gerencia desde uma única função até tratamento de múltiplas applets
O Zoológico de Sistemas
Operacionais (2)
Revisão sobre hardware de
computadores (1)
Componentes de um computador pessoal simples
Processadores
• Busca, decodifica e executa instruções
• Cada UCP tem um conjunto específico de instruções a executar
• Tempo de acesso x tempo de execução => leva à necessidade de ter Registradores (PC, ponteiro de pilha, PSW)
• S.O. sabe sobre todos os registradores (chaveamento de contexto)
• UCPs mais complexas (pipeline, superescalar) => exigem S.Os e compiladores mais complexos
• S.O.: modo núcleo (acesso total ao hardware) e modo usuário (subconjunto de chamadas ao sistema para acesso ao
hardware)
• Programa do usuário obtém serviços do S.O. => Chamadas ao Sistema => TRAP (muda de modo usuário para modo núcleo)
Revisão sobre hardware de
computadores (2)
Revisão sobre hardware de
computadores (3)
(a) Um pipeline de três estágios
(b) Uma CPU superescalar
Revisão sobre hardware de
computadores (4)
• Típica hierarquia de memória
Memória
• Ideal: extremamente rápida, grande e barata => nenhuma tecnologia satisfaz => hierarquia de camadas
• Registradores > cache > Memória principal > discos magnéticos > fitas magnéticas
• Discos – rotação a 5400, 7200, 10800 rpm – Trilha (dividida em setores)
– Setores (512 bytes)
– Cilindro
– Tempos de disco
• de um cilindro ao próximo: 1ms
• de um cilindro para um cilindro aleatório: 5 a 10 ms
• espera posicionar setor: 5 a 10 ms
• R/W: 5 a 160MB/s
• Fitas – baixo custo
• ROM/EEPROM/FlashRAM (muito mais lento para escrever do que
Revisão sobre hardware de
computadores (5)
Revisão sobre hardware de
computadores(6)
Revisão sobre hardware de
computadores (7)
Revisão sobre hardware de
computadores (8)
(a) Passos para iniciar um dispositivo de E/S e obter
uma interrupção
Dispositivos de Entrada/Saída
• Alta interação com o S.O.
• Dispositivo de E/S = dispositivo + Controlador
• Dispositivos => interface simples/padronizada IDE/SCSI – controlador IDE acessa qualquer disco IDE
• S.O. fala com controlador através dos Drivers de dispositivo • Driver => interage diretamente com o controlador
• Driver tem que ser colocado no S.O. e rodar no modo núcleo (religa o núcleo; cria entrada no S.O. e reboot; driver é
adicionado “on the fly” – hot plug in USB) • Formas de realizar E/S:
– Espera Ociosa: Programa do usuário=> Chamada ao sistema =>
chamada de procedimento para driver => inicia E/S (espera ociosa até completar) => driver coloca dados (se houver) na memória
Revisão sobre hardware de
computadores (9)
Barramentos
• Um barramento só é insuficiente para tratar todo o tráfego => adição de barramentos adicionais (para dispositivos de E/S mais rápidos e maior vazão entre UCP-memória)
• Sistema Pentium tem 8 barramentos (cada um com uma função e taxa de transferência diferentes)
• S.O. tem que saber sobre todos os barramentos para
configuração e gerenciamento => PLUG AND PLAY (MS e Intel)
• Antes do plug and Play - cada placa de dispositivo de E/S tinha nível de interrupção fixo e endereços fixos para
registradores de E/S
Revisão sobre hardware de
computadores (10)
Revisão sobre hardware de
computadores(11)
Barramentos
• O que fazer quando as interrupções
conflitavam?
– DIP switches ou Jumpers em cada placa de E/S
CAOS
• Plug and Play => mecanismo centralizado
– sistema coleta automaticamente info sobre todos os dispositivos de E/S
– Atribui níveis de interrupção e endereços de E/S
– Divulga para cada placa quais são os seus números
Revisão sobre hardware de
computadores(12)
(8 bytes de uma vez) 528MB/s 66MHz PCI (Peripheral Component Interconnect) 1.5MB/s USB IDE
(2 bytes de uma vez) 16.67MB/s 8.33MHz ISA (Industry Standard Architecture) Taxa de Transferência Ciclo Barramento
Revisão sobre hardware de
computadores(13)
BIOS
• Localizado em memória Flash na placa mãe
– Pode ser atualizado pelo S.O.
• Inicializado no boot
– Varre os barramentos ISA e PCI (grava dispositivos plug & play e os legados – se forem diferentes do último boot, configura os novos)
– Determina o dispositivo de boot (checa contra lista na CMOS)
– Lê primeiro setor do dispositivo de boot e executa
– Determina a partição ativa (através de programa que examina a tabela de partição no final do setor de boot)
– Um loader secundário de boot é lido da partição ativa
– Loader secundário lê o Sistema Operacional da partição ativa
para a memória e o inicializa
Revisão sobre hardware de
computadores(14)
Atividades Iniciais do Sistema Operacional
• Extrai informação de configuração da BIOS
• Checa a presença de driver para cada dispositivo de E/S (se não encontra pede ao usuário para inserir disco ou CD-ROM com o software)
• Carrega todos os drivers no kernel (núcleo) do S.O. • Inicializa suas tabelas
• Cria processos em background
• Inicializa programa de login ou uma interface gráfica para cada terminal encontrado
Revisão sobre hardware de
computadores(15)
• 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 (1)
Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (2)
Deadlocks
(Jean Bacon)Exemplo de
deadlock no tráfego
Dois ou mais processos esperam indefinidamente
por algo (um evento?) que pode ser fornecido
por apenas um dos processos em espera.
Starvation: Um processo pode ser negligenciado repetidamente.
• Com a inanição existe sempre uma forma de resolver a situação • Com o deadlock, uma vez que ele ocorre, não pode ser resolvido
A detecção de deadlock pode ser bem complicada!
Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (3)
Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (4)
• Antes da montagem,
– os arquivos do disco flexível são inacessíveis
• Depois da montagem do disco flexível em b,
Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (5)
Dois processos conectados por um pipe
Exemplo:
Chamadas ao Sistema
(Interface entre o S.O. e os Programas do Usuário)
Conceitos sobre Sistemas
Operacionais (6)
Chamadas ao Sistema Programas do usuário Sistema OperacionalAlgumas Chamadas ao Sistema para
Gerenciamento de Processos
Algumas Chamadas ao Sistema para
Gerenciamento de Arquivos
Algumas Chamadas ao Sistema para
Gerenciamento de Diretório
Algumas Chamadas ao Sistema para Tarefas
Diversas
Chamadas ao Sistema (1)
Chamadas ao Sistema (2)
Chamadas ao Sistema (3)
(a) Dois diretórios antes da ligação de
/usr/jim/memo ao diretório ast
Chamadas ao Sistema (4)
(a) Sistema de arquivos antes da montagem
(b) Sistema de arquivos depois da montagem
Chamadas ao Sistema (5)
Programa do Usuário 2 Programa do Usuário 1 Chamada para kernel 1 2 3 Tabela de Despacho 4 Programas do usuário rodam em modo usuário SO roda em modo núcleo
1 Programa do usuário emite chamada do sistema 2 S.O. determina número de serviço solicitado
