Sistemas Operacionais

Arquitetura dos

Sistemas

Operacionais

Andrique Amorimwww.andrix.com.br

professor@andrix.com.br

Sistemas Operacionais

Previously on OS...

Sistemas Operacionais

Arquitetura: O QUE ?

Estrutura bsica sobre a qual projetado o sistema operacional

Como as ABSTRAES so realmente implementadas

Como o sistema computacional deve ser solicitado e atender aos aplicativos,

Como interagem as partes do SO entre si

Sistemas Operacionais

E essa tal ABSTRAO?

Sistemas Operacionais

Abstrao

Sistemas Operacionais

Elementos de um SO

Kernel Shell

System-calls

Sistemas Operacionais

Elementos de um SO

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema

System-calls

So chamadas (solicitaes) aprocedimentos (ou servios) do SO, feitaspor um usurio (ou aplicativo).

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema

System-calls

Chamadas so usadas paragerenciar processos, arquivos,diretrios e outros.

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema

NCLEO

CHAMADAS

HARDWARE

APLICATIVOS

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema

Em geral, quando se faz um programa,existem certas instrues que o programaem execuo (processo), pode executar.

EXEMPLO: operar com posies dememria pertencentes ao seu espaode endereamento.

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema: EXEMPLO

Um processo pode perfeitamente somar ocontedo de duas posies de memria earmazenar numa terceira sem precisar do SistemaOperacional.

Entretanto, caso esse processo precisa armazenarisso em um arquivo, mandar via rede ousimplesmente mostrar na tela, ele vai precisar doSistema operacional para isso.

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema

COMO FUNCIONA?

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema

1 - Quando a chamada de sistema invocada, o programa que a invocou interrompido, e a informao necessriapara continuar a sua execuo salva.

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema

2 - O processador inicia a execuo docdigo.

3 - Quando a chamada termina, ocontrole retorna para o programa e oestado previamente salvo restaurado

4 - programa continua a sua execuo.

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema

Em alguns casos, o retorno de fatopara o programa no imediato.

Entrada/sada

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema

Os sistemas operacionais atuais temcentenas de chamadas de sistema.

LINUX tem quase 300 chamadas de sistema diferentes

FREEBSD APROXIMADAMENTE 330 chamadas

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema

Linux System Call TableAlguns exemplos de chamadas

&eax Name Source

1 sys_exit kernel/exit.c

3 sys_read fs/read_write.c

6 sys_close fs/close.c

21 sys_mount fs/super.c

37 sys_kill kernel/signal.c

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema

COMO USAR?

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema

preciso conhecer a API (conjunto deprocedimentos) do sistema operacional quedefine quais chamadas esto disponveis equais so os parmetros que devem serpassados.

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema: UNIX

Para ler ou escrever um arquivo, deve-se

primeiro usar uma chamada open.Ela especifica o nome do arquivo e omodo de abertura.

Para criar um novo arquivo usadoO_CREAT.

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema: UNIX

Para cada arquivo, o Unix registra o mododo arquivo, o tamanho e o momento daltima modificao.

A chamada stat mostra essasinformaes.

Sistemas Operacionais

Chamadas do Sistema

Existem certas chamadas de sistema queno podem ser colocadas diretamente disposio das aplicaes.

A sua utilizao indevida ocasionariasrios problemas integridade dosistema.

Sistemas Operacionais

E as arquiteturas?

Sistemas Operacionais

Arquiteturas: TIPOS

Sistemas Operacionais

Monoltico

a arquitetura mais antiga e mais comum.

Cada componente do SO contido no ncleo

(kernel) e pode comunicar-se com qualqueroutro componente diretamente.

Sistemas Operacionais

MonolticoDois tipos de chamadas:

1 - o modo Kernel, onde permitida aexecuo de todas as instrues bsicas damquina e;

2 - o modo usurio, para os programas deusurio, onde certas instrues, como aquelasque controlam entrada/sada no podem serexecutadas.

Sistemas Operacionais

Monoltico

Sistemas Operacionais

Monoltico

Todos os componentes do ncleo operamem modo ncleo e se inter-relacionamconforme suas necessidades, semrestries de acesso entre si.

Cdigo no nvel ncleotem acesso pleno atodos os recursos ereas de memria.

Sistemas Operacionais

Monoltico

1.Essa intercomunicao direta permiterapidez na resposta de sistemaoperacional monolticos.

2.A interao direta entrecomponentes tambm leva a sistemasmais compactos.

Sistemas Operacionais

Monoltico

3.Qualquer componente do ncleopode acessar os demais componentessem qualquer impedimento.

1.Componentes todos juntos, difcilidentificar a origem de umdeterminado problema ou erro.

Sistemas Operacionais

Monoltico

2.Caso um componente do ncleoperca o controle devido a algum erro,esse problema pode se alastrarrapidamente por todo o ncleo,levando o sistema ao colapso(travamento, reinicializao oufuncionamento errado).

Sistemas Operacionais

Monoltico

Sistemas Operacionais

Monoltico

3. Manuteno e evoluo do kernel se tornam mais complexas, porque as dependncias e pontos de interao entre os componentes podem no ser evidentes.

Sistemas Operacionais

Monoltico

4. Pequenas alteraes na estrutura dedados de um componente podem terum impacto inesperado em outroscomponentes, caso estes acessemaquela estrutura diretamente.

Sistemas Operacionais

Monoltico

timo Desempenho

No to Robusto (segurana)

Dificuldade de desenvolvimento

Dependncias entre componentes

Sistemas Operacionais

Monoltico

A arquitetura monoltica foi a primeiraforma de organizar os sistemasoperacionais; sistemas UNIX antigos e oMS-DOS seguiam esse modelo.

Sistemas Operacionais

Monoltico

Atualmente, apenas sistemasoperacionais embutidos usam essaarquitetura, devido as limitaes dohardware sobre o qual executam.

Sistemas Operacionais

Monoltico

O ncleo do Linux nasceu monoltico, masvem sendo paulatinamente estruturado emodularizado desde a verso 2.0 (emboraboa parte de seu cdigo ainda permanea nonvel de ncleo).

Sistemas Operacionais

Monoltico

Alguns exemplos de sistemas que utilizam este tipo de ncleo:

* BSD* Linux* MS-DOS e derivados, incluindo Windows 95, Windows 98 e Windows ME* Solaris

Sistemas Operacionais

Sistemas em camadas

medida que os sistemasoperacionais tornaram-se maiscomplexos e maiores, projetospuramente monolticos tornaram-seinviveis.

Sistemas Operacionais

Sistemas em camadas

A arquitetura em camada, oumodular, tornou-se uma boa opo,agrupando camadas decomponentes, ou seja, conjunto deprocedimentos, que realizam tarefassimilares.

Sistemas Operacionais

Sistemas em camadas

Arquitetura modular

HARDWARE

SOFTWARE

Sistemas Operacionais

Sistemas em camadas

1) Cada camada comunica-se somentecom as suas camadas imediatamenteinferior e superior.

2) Uma camada inferior sempre presta umservio sua camada superior, sendo quea camada superior no sabe como oservio feito, apenas o solicita.

Sistemas Operacionais

Sistemas em camadas

A implementao de uma camada pode sermodificada sem exigir modificao em outracamada, pois possuem componentesautocontidos.

Sistemas Operacionais

Sistemas em camadas

Essa abordagem de estruturao de softwarefez muito sucesso no domnio das redes decomputadores, atravs do modelo dereferencia OSI.

Sistemas Operacionais

Sistemas em camadas

O empilhamento de vrias camadas desoftware faz com que cada pedido de umaaplicao demore mais tempo para chegarat o dispositivo perifrico ou recurso a seracessado, prejudicando o desempenho dosistema.

Sistemas Operacionais

Sistemas em camadas

No to bvio dividir as funcionalidades deum ncleo em camadas horizontais deabstrao crescente, pois essasfuncionalidades so interdependentes,embora tratem muitas vezes de recursosdistintos.

Sistemas Operacionais

Sistemas em camadas

A estruturao em camadas apenas parcialmente adotada hoje em dia.

Alguns sistemas implementam uma camada inferiorde abstrao do hardware para interagir com osdispositivos (a camada HAL Hardware AbstractionLayer, implementada no Windows NT e seussucessores)

Sistemas Operacionais

Sistemas em camadas

Tambm organizam em camadas alguns sub-sistemas como a gerncia de arquivos e osuporte de rede.

Sistemas Operacionais

Sistemas em camadas

Exemplos de sistemas fortemente estruturados em camadas:

IBM OS/2MULTICS

Sistemas Operacionais

Micro-kernel

Possui apenas um ncle