Estrutura do Sistema Operacional. Estrutura do Sistema Operacional. Estrutura do Sistema Operacional. Introdução

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Estrutura do Sistema Operacional Estrutura do Sistema Operacional

Universidade Estácio de Sá Prof. Welsing Moreira Pereira

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O reconhecimento da ignorância é o princípio da sabedoria.

Sócrates (470 a.C. – 399 a.C.) Filósofo

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• Introdução

– O sistema operacional é formado por um conjunto de rotinas que oferecem serviços aos usuários e às aplicações.

– Esse conjunto de rotinas é denominada núcleodo sistema – Esse conjunto de rotinas é denominada núcleodo sistema

operacional, ou kernel.

– Um usuário pode se comunicar com o kernel por intermédio das chamadas rotinas do sistema realizadas por aplicações (usuários), por meio de utilitários (sistema) ou linguagem de comandos.

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• Funções do Núcleo

– Tratamento de interrupções e exceções;

– Criação e eliminação de processos e threads;

– Sincronização e comunicação entre processos e threads;

– Escalonamento e controle dos processos e threads;

Estrutura do Sistema Operacional

– Escalonamento e controle dos processos e threads;

• Funções do Núcleo

– Gerência de memória;

– Gerência do sistema de arquivos;

– Gerência de dispositivos de E/S;

– Suporte a redes locais e distribuídas;

– Contabilização do uso do sistema;

– Auditoria e segurança do sistema.

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• Modos de Acesso

– Mecanismo presente no hardware dos processadores.

• Modo usuário:

– Uma aplicação só pode executar instruções conhecidas como não- privilegiadas, tendo acesso a um número reduzido de instruções.

• Modo kernel:

– Acesso ao conjunto total de instruções do processador.

– O modo de acesso é determinado por um conjunto de bits, localizado no registrador de status do processador.

– Por intermédio desse registrador, o hardware verifica se a instrução poderá ou não ser executada.

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• Modos de Acesso

– Instruções privilegiadas não devem ser usadas de maneira indiscriminada pelas aplicações:

• Exemplo:

– Suponha que a aplicação atualize um arquivo em disco.

– O programa, por si só, não deve especificar diretamente as instruções que acessam seus dados no disco.

– Como o disco é um recurso compartilhado, sua utilização deverá ser gerenciada unicamente pelo sistema operacional.

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• Modos de Acesso

– As instruções privilegiadas só podem ser executadas quando o modo de acesso do processador encontra-se em kernel, caso contrário o hardware irá impedir a execução da instrução.

– As instruções não-privilegiadas são aquelas que não oferecem riscos ao sistema e podem ser executadas em modo usuário.

• Modos de Acesso

– Proteção ao núcleo

• Caso uma aplicação tenha acesso a áreas de memória onde está carregado o sistema

operacional, um programador mal-intencionado ou

operacional, um programador mal-intencionado ou um erro de programação poderia gravar nesta área, violando o sistema causando-o sérios danos.

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• Rotinas do Sistema Operacional e System Calls

– As rotinas do sistema operacional compõem o núcleo do sistema.

– Todas as funções do núcleo são implementadas por rotinas do sistema que necessariamente possuem em seu código sistema que necessariamente possuem em seu código instruções privilegiadas.

– Para que estas rotinas possam ser executadas o processador deve estar obrigatoriamente em modo kernel, o que exige a implementação de mecanismos de proteção para garantir a confiabilidade do sistema.

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– O controle de execução de rotinas do sistema operacional é realizado pelo mecanismo conhecido como system calls.

– Inicialmente, o SO verifica se a aplicação possui privilégios necessários para executar a rotina desejada.

necessários para executar a rotina desejada.

– Em caso negativo, o SO impedirá o desvio para a rotina do sistema, sinalizando ao programa chamador que a operação não é possível.

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– Considerando que a aplicação possua o devido privilégio para chamar a rotina do sistema desejada, o SO:

• primeiramente , salva o conteúdo corrente dos registradores;

• troca o modo de acesso para kernel;

• realiza o desvio para a rotina alterando o registrador PC

• realiza o desvio para a rotina alterando o registrador PC com o endereço da rotina chamada;

• Ao fim da execução da rotina de sistema, o modo de acesso é alterado para usuário;

• O contexto dos registradores são restaurados;

• A aplicação continua sua execução a partir da instrução que chamou a rotina de sistema.

– Este é ummecanismo de proteção por software.

Modo usuárioModo usuário Modo kernel

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– Caso uma aplicação tente executar diretamente uma instrução privilegiada sem ser por intermédio de uma chamada à rotina do sistema, um mecanismo de proteção por hardware

(implementado no hardware do processador) garantirá a segurança do sistema, impedindo a operação, sinalizando uma segurança do sistema, impedindo a operação, sinalizando uma exceção.

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– Os mecanismos de system call e de proteção por hardware garantem a segurança e a integridade do sistema.

– Eles impedem que aplicações executem instruções privilegiadas sem a autorização e supervisão do sistema operacional.

sem a autorização e supervisão do sistema operacional.

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• Chamadas as rotinas do SO

– Sempre que uma aplicação desejar algum serviço do sistema, deve ser realizada uma chamada a uma de suas rotinas através de uma system call.

System Call

Aplicação Biblioteca Hardware

Núcleo do Sistema Operacional

Rotinas do Sist.

Operacional

System call

– O termo system call é tipicamente utilizado em sistemas UNIX, – System services no OpenVMS e

– Application Program Interface (API) no MS Windows.

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• Exemplo do uso de uma API.

GetSystemTime(SystemTime);

DataHoraT := SystemTimeToDateTime(SystemTime);

DataHoraS := DateTimeToStr(DataHoraT);

RichEdit1.Lines.Add(DataHoraS);

– a API GetSystemTime obtem a data e a hora do sistema MS Windows.

– a função SystemTimeToDateTime converte a data e a hora para o formato DataHoraT do Delphi

– em seguida para o formato texto DataTimeStr.

– a última linha exibe a data e a hora do sistema em uma janela previamente criada.

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– Cada SO possui seu próprio conjunto de rotinas, com nomes, parâmetros e formas de ativação específicos.

– Assim, uma aplicação desenvolvida utilizando serviços de um determinado SO não pode ser suportada diretamente para um outro sistema.

outro sistema.

– Uma tentativa de padronização pela ISO e IEEE resultou em um conjunto conhecido como POSIX (Portable Operating System Interface for Unix).

– Alguns SOs modernos oferecem algum suporte ao padrão POSIX como o MS Windows, IBM-AIX, HP-UX e o SUN-Solaris.

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• Linguagem de Comandos

– Permite que o usuário se comunique de uma forma simples como o SO, capacitando-o a executar diversas tarefas específicas do sistema, como criar, ler ou eliminar arquivos, consultar diretórios ou verificar a data e a hora armazenadas no sistema.

sistema.

Exemplos de Comandos do MS Windows

Comando Descrição

dir Lista o conteúdo de um diretório dir Lista o conteúdo de um diretório cd Altera o diretório default type Exibe o conteúdo de um arquivo

del Elimina arquivos

mkdir Cria um diretório

ver Mostra a versão do Windows

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– Cada comando, depois de digitado pelo usuário, é:

• interpretado pelo shell ou interpretador de comandos, que:

– verifica a sintaxe do comando, – faz chamadas a rotinas do sistema e

– apresenta um resultado ou uma mensagem informativa.

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– Na maioria dos Sos, as linguagens de comando evoluíram no sentido de permitir a interação mais amigável com os usuários, utilizando interfaces gráficas como janelas e ícones, a exemplo do MS Windows.

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