Sistemas Operacionais

(1)

Sistemas Operacionais

Evolução

Edson Moreno

edson.moreno@pucrs.br

(2)

Sumário



Introdução



Componentes de um sistema computacional



Conceituação



Características desejáveis



Organização típica



Tipos de sistemas operacionais



Histórico

(3)

Introdução



Hardware

 Provê recursos para execução de instruções, manipulação de

dados



Aplicação

 Solução computacional de um problema  Define a utilização dos recursos do sistema



Problema

 O hardware sozinho não oferece um ambiente de utilização

(4)

Introdução



Primeiros computadores

 Programação complexa

 Exigia grande conhecimento do hardware e de linguagem de máquina



Solução

 Sistemas Operacionais

 Encapsulamento

 Interação se tornou mais fácil, confiável e eficiente  Prove uma interface entra aplicação e hardware

(5)

Sumário



Introdução



Componentes de um sistema computacional



Conceituação



Características desejáveis



Organização típica



Tipos de sistemas operacionais



Histórico

(6)

Componentes



Usuários

 Utilizadores do sistema computacional

 Pessoas, máquinas, outros computadores.



Aplicações

 Define o modo que o recursos do sistema serão utilizados para

resolver os problemas computacionais dos usuários

(7)

Componentes



Hardware

 Recursos básicos de computação

 Três subsistemas básicos:

 Unidade Central de Processamento;  Memória principal;

 Dispositivos de entrada e saída.



Sistema Operacional

 Possibilita o uso eficiente e controlado dos recursos de

hardware entre diferentes aplicações de diferentes usuários

 Implementa políticas e estruturas de software de modo a

assegurar um melhor desempenho do sistema de computação

Memória principal E/S Sistema de comunicação UCP Computador

(8)

(9)

Componentes

Sistema Operacional Programa de interface com o usuário Modo usuário Modo núcleo Software Hardware Navegador web Leitor de e-mail Reprodutor de música

(10)

Sumário



Introdução



Componentes de um sistema computacional



Conceituação



Características desejáveis



Organização típica



Tipos de sistemas operacionais



Histórico

(11)

Definição



O que é um sistema operacional?



Quais suas funções?

(12)

Definição

 O que é um sistema operacional?

 Programa especial que atua de forma intermediaria entre um usuário e os

componentes de um computador.

 Alocador de recursos

 Gerencia e aloca recursos

 Controlador de programas

 Controla a execução de programas do usuário  Controla operações de I/O em dispositivos.

 Kernel/Núcleo

(13)

Definição



Quais suas funções?

 Possibilitar o uso eficiente e controlado dos diversos

componentes de hardware do computador

 Implementar políticas e estruturas de software de modo a

assegurar um melhor desempenho do sistema de computação como um todo.

(14)

Definição



Definições gerais de Sistemas Operacionais

 Conjunto de programas que trabalham de modo cooperativo

com o objetivo de prover uma máquina mais flexível e adequada ao programador do que aquela apresentada pelo hardware

 A program that controls the execution of application programs

 An interface between applications and hardware

 Programa que age como um intermediário entre o usuário de

(15)

Sumário



Introdução



Componentes de um sistema computacional



Conceituação



Características desejáveis



Organização típica



Tipos de sistemas operacionais



Histórico

(16)

Características desejadas



Concorrência

 Existência de várias atividades ocorrendo paralelamente.

 Ex: execução simultânea de “jobs”, E/S paralela ao processamento.



Compartilhamento

 Uso coordenado e compartilhado de recursos de HW e SW.

 Motivação: custo de equipamentos, reutilização de programas,redução de

redundâncias, etc.



Armazenamento de dados

(17)

Características desejadas



Não determinismo

 Atendimento de eventos que podem ocorrer de forma não

prevista.



Eficiência

 Baixo tempo de resposta, pouca ociosidade da UCP e alta taxa

de processamento.



Confiabilidade

(18)

Características desejadas



Mantenabilidade

 Facilidade de correção ou incorporação de novas características



Pequena dimensão

(19)

Sumário



Introdução



Componentes de um sistema computacional



Conceituação



Características desejáveis



Organização típica



Tipos de sistemas operacionais



Histórico

(20)

Organização típica

 Núcleo

 Responsável pela gerência do processador, tratamento de interrupções, comunicação e sincronização entre processos.

 Gerenciador de Memória

 Responsável pelo controle e alocação de memória aos processos ativos.

 Gerenciador de E/S

 Responsável pelo controle e execução de operações de E/S e otimização do uso dos periféricos.

(21)

Organização típica



Sistema de Arquivos

 Responsável pelo acesso e integridade dos dados residentes na

memória secundária.



Processador de Comandos / Interface com o Usuário

(22)

Sumário



Introdução



Componentes de um sistema computacional



Conceituação



Características desejáveis



Organização típica



Tipos de sistemas operacionais



Histórico

(23)

Tipos de sistemas operacionais



Vários tipos de SOs que surgiram

 Gerações de Sistemas operacionais



Tipos mais comuns

 SO de Computadores de Grande Porte  SO de Servidores  SO de multiprocessadores  SO de Computadores Pessoais  SO de Tempo Real  SO de Embarcados  SO de Cartões Inteligentes

(24)

Tipos de sistemas operacionais



SO de Computadores de Grande Porte

 O hardware caracteriza-se por grande capacidade de E/S

 Servidores WEB / business 2 business

 As operações caracterizam-se por execução simultânea de

muitas tarefas requerendo muita E/S

 Tarefas

 Transações

(25)

Tipos de sistemas operacionais



SO de Servidores



São “computadores pessoais de grande porte”

 Permitem o compartilhamento de hardware e software

 Prestam serviço a muitos usuários

 Impressão  Arquivo  Mensagens  Web

(26)

Tipos de sistemas operacionais



SO de multiprocessadores

 Gerenciam múltiplas CPUs

 Podem ser multiprocessadores ou multicomputadores  A preocupação principal está em:

(27)

Tipos de sistemas operacionais



SO de Tempo Real

 O atendimento ao tempo de resposta é a principal preocupação

 O tempo de resposta pode ser crítico ou não crítico



SO de Embarcados

 Apresentam restrições quanto ao espaço de memória ocupado e

consumo de potência

(28)

Sumário



Introdução



Componentes de um sistema computacional



Conceituação



Características desejáveis



Organização típica



Tipos de sistemas operacionais



Histórico

„‟‟

(29)

Histórico



Fase 0

 Computadores são uma ciência experimental e exótica:

 Não precisa de sistema operacional

 Programação através de "plugs“

 Usuário presente todo o tempo toda atividade é sequencial

 Conjuntos de cartões manualmente carregados para executar os programas  Primeiras bibliotecas, utilizadas por todos

 O usuário é programador e operador da máquina ao mesmo tempo



Problema: muita espera!

 Usuário tem que esperar pela máquina ...  Máquina tem que esperar pelo usuário ...

(30)

Histórico



Fase 1

 Altos preços

 Computadores são caros; pessoas não

 S.O. surge com o objetivo básico de automatizar a preparação, carga e

execução de programas.

 S.O.Torna utilização do computador mais eficiente, desacoplando as

atividades das pessoas das atividades do computador

 Mais tarde: otimização do uso dos recursos de hardware pelos programas  S.O. funciona como um monitor batch, continuamente carregando um job,

executando e continuando com o próximo job. Se o programa falhasse, o SO salvava uma cópia do conteúdo de memória para o programador

(31)

Histórico



Fase 1

 Altos preços

 Problemas:

 Só um usuário de cada vez na máquina  Usuário tem que esperar pela máquina  Bem difícil para depurar

(32)

Histórico



Fase 1

 Altos preços

 Técnicas de hardware: adiciona proteção à memória e relocação

multiprogramação: muitos usuários podem compartilhar o sistema

 Jobs pequenos podem completar rapidamente

 SO passa a ter que gerenciar interação entre jobs concorrentes

 SO passa a ser um assunto de estudo em ciência da computação !!!

 ... SOs passaram a ser estudados porque eles não funcionavam!

 Novos problemas:

 SOs extremamente complicados

(33)

Histórico

Década de 60

(34)

Histórico



Fase 2

 Produtividade - Custo/Beneficio

 Computadores são rápidos; pessoas são lentas; ambos são caros.

 "Timesharing" interativo: permitir que vários usuários utilizem a

mesma máquina simultaneamente

 Um terminal para cada usuário

 Manter os dados "on-line": utilização de sistemas de arquivos

estruturados

 Problema:

(35)

Histórico

Década de 60



Periféricos

 Leitoras e perfuradoras de cartão  Impressoras

 Unidades de fita e disco



Multiprogramação –Time Sharing

 Produtividade  Custos (1960):

 Programador: US$4/hora

 Aluguel de tempo do computador: US$500/hora

(36)

Histórico

Década de 60



IBM

 Família de Computadores  IBM/360  OS/360



Multics (

_{Multiplexed Information and Computing Service}

)

(37)

Histórico



Fase 3

 Produtividade - Custo/Beneficio

 Computadores são baratos; pessoas são caras.  Dar um computador para cada pessoa.

 SOs de redes de computadores – LANs e WANs

 Modelo cliente/servidor

 Conceito de processamento distribuído  Computadores pessoais

 Interfaces user friendly

 Conceito de máquina virtual

(38)

Histórico

Década de 70

 Sistemas experimentais da década de 60 viraram comerciais  Interface gráfica (GUI)

 _{Xerox PARC (Palo Alto Research Center)}

 TCP/IP

 DoD (Departamento de Defesa) Americana

 Ethernet

 PARC, da Xerox

 Militares e universitários

 Problemas de segurança

(39)



Workstation pessoal

 SUN-_{Stanford University Network}, _{Xerox Alto}



IBM, Personal Computer



Apple II Macintosh

Histórico

(40)

Histórico



Fase 4

 SOs distribuídos

 _{Computação dividida em subcomputações}

 Subcomputações distribuídas para diferentes sistemas através da rede

 Controla compartilhamento de recursos e gerencia comunicação e distribuição de

tarefas

 Popularização

 _{Computadores Pessoais (PCs) difundido}

 Introdução de laptops

 Desenvolvimento de protocolos de comunicação para transferência de dados

o Segurança

o Confiabilidade

 Configuração dinâmica de redes

 Redes possibilitam aparecimento de novas aplicações importantes  Problemas:

 As pessoas ainda continuam esperando por computadores  Viruses, worms, hackers...

(41)

Histórico

Década de 90



Desempenho melhorou



Fabricação dos processadores



Advento do Windows



Orientação a objetos



Software Livre

(42)

Histórico

2000 em diante



Serviços Web



Paralelismo maciço



Máquinas virtuais e emuladores



Computação pervasiva

(43)

Referências



Silberschatz, G. “Operating System Concepts”. Capítulo 1



Tanenbaum, A. “Sistemas Operacionais: projeto e implementação”.

Capítulo 1

(44)

Sistemas Batch: _{Inexiste interação entre usuário e serviço (job).} Necessita operador e cartões de controle.

Saída capturada minutos, horas ou dias após a submissão do serviço ao sistema.

1950 1960

Serviços executados

seqüencialmente, CPU ociosa em vários

momentos. Simples

Serviços mantidos em um “pool de serviços“ são escalados para execução sempre que a CPU está livre. Multiprogramados

Sistemas de computadores pessoais:

Custo do hardware suficientemente baixo para permitir uso reservado a um único usuário. Incorporam tecnologia usada em sistemas de computadores de grande porte.

Procuram maximizar a conveniência e rapidez de atendimento aos usuários.

1970

Sistemas multitarefa:

Extensão lógica de multiprogramação.

Usuários podem interagir com cada programa, enquanto ele está sendo executado.

Compartilhamento do computador por diversos usuários.