Aula 02 - Introdução - Tarde

Sistemas Operacionais

- Introduo -PROF. DANIEL GONDIM ERNESTO DE MLO

UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARABA

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Agenda

Objetivos


Conceitos de Organizao de Computadores

Dvidas

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Prof. Daniel Gondim - Universidade Estadual da Paraba

Objetivos da Aula

Fazer um tour pelos principais conceitos relacionados aos


Fazer uma reviso rpida sobre conceitos de Organizao

de Computadores


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O que um Sistema

Operacional?

Um programa que atua como intermedirio entre o usurio de um computador e o hardware

Objetivos de um sistema operacional:

Executar programas do usurio de forma a ajud-lo a resolver seus problemas de forma mais simples

Facilitar o uso de um sistema computacional

Utilizar o hardware disponvel de forma eficiente


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Estrutura de Um Sistema

Computacional

Os sistemas computacionais podem ser divididos em

quatro componentes

Usurios

Aplicativos

Sistema Operacional

Hardware


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Definio de Sistema

Operacional

No h uma definio universalmente aceita

Tudo que o vendedor entrega quando voc compra um sistema operacional uma boa aproximao

Varia amplamente

O programa que est em execuo o tempo todo no computador o ncleo

Todo o resto so programas de sistema (vm junto com o SO) ou

aplicativos.


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Definio de Sistema

Operacional

SO um a alocador de recursos

Gerencia todos os recursos da mquina

Decide entre requisies conflitantes de forma a fazer uso eficiente e justo dos recursos

SO um programa de controle

Controla a execuo dos programas para prevenir erros e uso indevido do computador


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Organizao de um Sistema

Computacional

Um ou mais CPUs e controladores de dispositivos conectados

atravs de um barramento nico que prov acesso a uma

memria compartilhada

Execuo concorrente das CPUs e dispositivos competindo por ciclos de acesso

memria


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Operao de Um Sistema

Computacional

Dispositivos de E/S e CPU podem executar concorrentemente

Cada controlador de dispositivo possui um buffer local

Operaes de E/S so realizadas do dispositivo para o buffer local do seu controlador

O controlador de dispositivo informa CPU quando termina de realizar uma operao de E/S atravs de uma interrupo

A CPU move dados entre a memria principal e os buffers locais dos controladores (nem sempre!)


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Funcionamento das

Interrupes

A ocorrncia de uma interrupo transfere o controle para

uma rotina de tratamento de interrupo

preciso salvar o endereo da instruo interrompida

A ocorrncia de novas interrupes fica desabilitada enquanto uma

interrupo est sendo processada

Um trap uma interrupo gerada por software

Um sistema operacional baseado em interrupes!


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Tratamento de Interrupes

O sistema operacional preserva o estado da CPU armazenando seus registradores e o contador de programa

Determina que tipo de interrupo ocorreu:

Polling

Sistema vetorial

Segmentos separados de cdigo determinam que aes devem ser tomadas para cada tipo de interrupo


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Timeline de uma Interrupo


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Estrutura de E/S

E/S sncrona: o controle retorna para o programa do usurio somente aps a concluso da operao

No mximo uma operao de E/S em execuo por vez

No h paralelismo de E/S

E/S assncrona: o controle retorna para o programa do usurio antes da concluso da operao

Interrupes so utilizadas para informar o programa do usurio sobre concluso das operaes de E/S

O programa do usurio pode utilizar uma chamada de sistema para esperar explicitamente pela concluso de uma operao de E/S


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Estrutura para acesso direto

memria

Utilizado por dispositivos de E/S rpidos, capazes de

transmitir dados a velocidades prximas a da memria

principal

O controlador de dispositivo transfere blocos de dados

diretamente do buffer local para a memria principal sem

interveno da CPU


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Estrutura de

Armazenamento

Memria principal: nica unidade de memria de alta capacidade acessada diretamente pela CPU

Armazenamento secundrio: extenso no voltil e de alta

capacidade de armazenamento da memria principal

Discos magnticos: pratos rgidos de metal ou vidro cobertos por

um material magntico gravvel

A superfcie do disco dividida logicamente em trilhas, que so

subdivididas em setores

O controlador de disco determina a interao lgica entre o

dispositivo e o computador


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Hierarquia de

Armazenamento

Sistemas de armazenamento so organizados de forma hierrquica

Velocidade

Custo

Volatilidade

Cache: cpia armazenada em uma memria mais rpida; a memria principal pode ser vista com um cache para dispositivos de armazenamento secundrio


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Hierarquia de Dispositivos de

Armazenamento


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Cache

Princpio muito importante, realizado em vrios nveis diferentes em um computador (hardware, sistemas operacional, software)

Os dados em uso so copiados de um armazenamento mais lento para um mais rpido

O dispositivo mais rpido (cache) consultado primeiro para determinar se os dados esto disponveis

Se esto, os dados so utilizados diretamente do cache (rpido)

Se no, os dados so copiados para o cache e utilizados a partir dele

O cache tem menor capacidade do que o dispositivo mais lento associado

Gerenciamento de cache um importante problema de projeto

Polticas para tamanho do cache e substituio de dados


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Arquitetura de um Sistema

Computacional

A maioria dos sistemas utiliza um nico processador de propsito geral (de PDAs a mainframes)

A maioria dos sistemas possuem tambm processadores de propsito especfico

Multiprocessadores tm aumentando em uso e em importncia

Tambm conhecidos como sistemas paralelos, sistemas de alto acoplamento

Vantagens incluem:

Maior vazo (throughput)

Maior confiabilidade

Dois tipos

Multi-processamento Assimtrico

Multi-processamento Simtrico


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Arquitetura de Multi-

processamento Simtrico


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Dual-Core


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Clusters

Como multiprocessadores, porm formado por mltiplos sistemas trabalhando juntos

Geralmente compartilham armazenamento atravs de uma rede

Fornece um servio com alta disponibilidade, que sobrevive a falhas

Clusters so comumente utilizados para computao de alto desempenho (HPC)

As aplicaes precisam ser projetadas para explorar o paralelismo!


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Operao do Sistema

Operacional Comunicao baseada em eventos

Interrupes geradas pelo hardware

Traps gerados por software

Requisio de um servio do sistema operacional

Diviso por zero, loops infinitos, processos modificando/acessando memria de outros processos ou do sistema operacional, etc

Operao em dual-mode permite que o SO se proteja e proteja outros componentes do sistema

Modo usurio e modo kernel

Bit de modo fornecido pelo hardware

Permite distinguir quando o sistema est executando cdigo do usurio ou cdigo do ncleo

Algumas instrues so designadas como privilegiadas, executadas apenas em modo kernel

Uma chamada de sistema altera para modo kernel, retorno da chamada altera de volta para modo usurio


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Transio do modo usurio

para o modo kernel


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Gerenciamento de

Processos Um processo um programa em execuo

uma unidade de trabalho no sistema

Um programa uma entidade passiva e um processo uma entidade ativa

Precisam de recursos para desempenhar sua tarefa

CPU, memria, E/S, arquivos, dados de inicializao

Finalizao de um processo requer liberao de recursos reutilizveis

Mono-threaded versus multi-threaded

Mono-thread = um nico contador de programa

Multi-thread = um contador de programa por thread

Tipicamente um sistema possue vrios processos, algum usurio e algum sistema operacional executando concorrentemente em uma ou mais CPUs


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Funes do Gerenciamento

de Processos

Criao e remoo de processos do usurio e do sistema

Suspender e reiniciar a execuo de processos

Prover mecanismos para permitir a sincronizao entre processos

Prover mecanismos para permitir a comunicao entre processos

Prover mecanismos para lidar com deadlocks


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Gerenciamento de Memria

Todos os dados na memria antes e depois de sua utilizao

Todas as instrues na memria para serem executadas

O gerenciamento de memria determina o que est na memria

Tarefas

Manter um registro sobre que partes da memria esto sendo

atualmente utilizados e por quem esto sendo utilizadas

Decidir que processo (ou partes de processos) e dados mover para

dentro e para fora da memria

Alocar e liberar espao de memria de acordo com a necessidadeProf. Daniel Gondim - Universidade Estadual da Paraba

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Gerenciamento de

Armazenamento

Gerenciamento do sistema de arquivos

Arquivos geralmente organizados em diretrios

Controle de acesso na maioria dos sistemas determina quem pode acessar o que

Atividades do SO incluem

Criar e remover arquivos e diretrios

Primitivas para manipular arquivos e diretrios

Mapear arquivos no armazenamento secundrio

Fazer backup de arquivos em mdias de armazenamento no voltil


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Gerenciamento do

Armazenamento de Massa


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Subsistema de E/S

Uma das funes do SO esconder peculiaridades do

hardware de seus usurios

O subsistema de E/S responsvel por

Gerenciamento da memria de E/S, incluindo buffers e cache

Interface comum para drivers de dispositivo


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Proteo e Segurana

Proteo: qualquer mecanismo para controlar o acesso de processos ou usurios aos recursos definidos pelo SO

Segurana: defesa do sistema contra ataques internos ou externos

Incluindo negao de servio, vermes, vrus, roubo de identidade

Os sistemas geralmente distinguem os usurios para determinar quem pode fazer o que

A identificao dos usurios inclui nome e um nmero associado

Essa identificao ento associada com todos os arquivos e processos desse usurio para determinar o controle de acesso

Identificao de grupos permite a definio de conjuntos de usurios e sua associao com processos e arquivos

Mecanismos para mudana de privilgio permitem que usurios possam ganhar mais privilgios de acesso


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Dvidas


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