material extra SO

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Estrutura de Sistemas

Operacionais

Capítulo 1: Introdução

? O que faz um sistema operacional ?

? Revisão da organização de um computador

? Revisão de alguns conceitos de Arquitetura de Computadores

? Sistemas operacionais:

? Estrutura

? Operações (funções)

? Gerência

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Objetivos do Capítulo

? Ter uma idéia geral sobre os componentes de um S.O.

? Rever alguns conceitos básicos de Organização e Arquitetura de Computadores

O que é um Sistema Operacional ?

? Um programa que age como um intermediário entre o usuário

de um computador e o hardware do computador

? Metas de um Sistema Opercional:

? Executar programas de usuários e facilitar a solução de seus problemas

? Tornar o sistema computacional apropriado para uso

? Usar o sistema computacional de maneira eficiente

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Estrutura de Sistemas

Computacionais

? Um sistema computacional pode ser dividido em quatro componentes (figura na página seguinte)

? Hardware – são os recursos físicos do computador

?CPU, memória, dispositivos de I/O

? Sistema Operacional

?Controla e coordena o uso do hardware entre os diversos usuários e programas aplicativos

? Programs de Aplicação – define de que maneiras os recursos do sistema são usados para solucionar os problemas computacionais de usuários

?Processadores de texto, compiladores, web browsers, sistemas de banco de dados, jogos etc.

? Usuários

?Pessoas, máquinas, outros computadores

Quatro Componentes de um Sistema

Computacional

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Definição de Sistema Operacional

? S.O. é um allocador de recursos

? Gerencia todos os recursos

? Decide entre requisições conflitantes para que o uso dos recursos seja eficiente e justo

? S.O. é um programa de controle

? Controla a execução de programas para prevenir erros e uso impróprio do computador

Definição de Sistema Operacional

(Cont.)

? Nenhuma definição de aceitação universal

? “O programa que roda o tempo todo no computador” é o núcleo (kernel) do S.O.

?Qualquer outro programa é um programa de sistema (vem com o S.O.) ou um programa de aplicação

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Inicialização do Computador

? o Programa Carregador (bootstrap loader ou abreviadamente boot loader) é carregado na memória quando se liga a máquina (ou em

re-inicialização)

? Tipicamente armazenado em ROM ou EEPROM (firmware, BIOS)

? Também inicializa alguns dispositivos do sistema e testa configuração

? Carrega o kernel do sistema operacional e inicia sua execução

? Boot loader pode se apresentar em dois ou três níveis

? firmware --> boot loader genérico --> boot loader para S.O. específico

? ex1: firmware --> GNU Grub (genérico) -->

? --> boot loader WinXP (específico) -->

? --> kernel WinXP

? ex2: firmware --> GNU Grub (genérico) --> kernel linux

Computador

? operação do sistema de computador

? Um ou mais CPUs, internonexão à memoria via barramento dedicado (barramento de memória)

? controladores de dispositivos são conectados via barramento comum de I/O

? controladores de I/O podem fazer DMA com memória (dispositivos de alta vazão).

? execução concorrente de CPUs e dispositivos competindo por ciclos de memória

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Operação do sistema de

computador

? Dispositivos de I/O e CPU podem trabalhar simultaneamente

? Cada controlador de I/O é encarregado de uma classe de dispositivos

? Cada controlador de dispositivo tem um buffer local e registradores

? CPU move dados:

? de/para memória

? de/para buffers locais (nos controladores), geralmente via DMA

? de/para registradores no controladores de I/O (memory mapped ou via instruções de I/O)

? I/O ocorre, efetivamente, com o buffer local do controlador

? Controlador informa CPU quando uma operação termina causando interrupção (mais comum)

interrupções

? Ao receber sinal de interrupção, CPU transfere controle para ¨rotina de atendimento de interrupção” (ISR=Interrupt Service Routine)

? ISRs fazem parte do SO (parte dos device drivers)

? ligação hardware software:

?endereço de ISRs armazenado em vetor de interrupções

?modernamente: descritores de interrupção

? Arquitetura da interrupção deve salvar endereço da instrução interrompida

? ISR: salva contexto -> executa -> recupera contexto -> retorna a instrução interrompida

? Interrupções podem ser desabilitadas durante ativação de ISR

? problema possível: overun/perda de interrupção

? uma solução: polling de dispositivos ao final da ISR

? Interrupções podem ser geradas por software (Traps)

? adequado para tratamento de erros (também outros propósitos.

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Tratamento de Interrupções

Rotina de interrupçãoo deve:

? Preservar o estado da CPU armazenando valores de registradoes e PC (program counter)

? Determinar que interrupção ocorreu. Interrupção é determinada por:

? Polling

? Sistema de interrup£P o vetorada Polling: despacho da ISR é por software Vetorada: despacho da ISR é por hardware

Cada ISR tem seu próprio segmento de código (executa ações específicas)

Linha de tempo de interrupções para

um processo fazendo operação de

saida (Output)

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Estrutura de funcionamento de

I/O

Síncrono:

? Controle só retorna ao programa quando I/O completa ? Processo espera t?rmino de I/O por:

?Intrução de wait (cpu parada até a próxima interrupção)

?Loop de espera (disputa pelo acesso à memória)

– Com ou sem Polling

? No máximo uma requisição por I/O pendente por vez Assíncrono:

? Controle retorna ao programa sem esperar I/O completar

? Requer nova chamada ao SO para detectar (e até esperar) I/O completar ? Usa ?Device-status table? com uma entrada por dispositivo, indicando

tipo, número de dispositivos e estado do mesmo

? SO usa essa tabela inclusive inserindo operações em fila, por dispositivo

Dois métodos de I/O

Síncrono (ou bloqueante) Assíncrono (ou nP o bloqueante)

OBS: note que SO poderia fazer I/O bloqueante para o processo

mas internamente assíncrono (porque ?)

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Device-Status Table

Estrutura de DMA

(Direct Memory Access)

Usado para dispositivos de I/O podem transmitir a velocidades altas (próxima da velocidade de memória)

Controlador de DMA transfere blocos de dados entre buffer (interno ao controlador) e a memória principal, sem intervenção da CPU Apenas uma interrupção é gerada por bloco de bytes transferido

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Estruturas de memória

? Memória principal - espaço de memória relativamente grande que pode ser acessado diretamente pela CPU

? Memória secundária - extensão da memória principal; de alta capacidade e não volátil

? Discos magnéticos - pratos de memória cobertos com material magnético para gravação de dados

? Superfície do disco é dividida em trilhas, que são subdivididas em setores

? Controlador de disco determina a interação entre o dispositivo e o computador

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Hierarquia de memória

Sistemas de armazenamento são organizados em uma hierarquia

? Velocidade

? Custo

? Volatilidade

O ideal seria: Um nível apenas, escrita e leitura na velocidade da CPU, não volatil. Como isso isso não é possível (pelo menos economicamente) usamos o sistema hierárquico.

Caching? manter copias de informações em níveis de armazenamento mais rápidos;

? Pode ser feito por hardware ou por software