Aula 1 -Tema 1 Conceitos básicos e tipos de Sistemas Operacionais Sistemas Operacionais Luis Cezar...
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Aula 1 -Tema 1Conceitos básicos e tipos de Sistemas Operacionais
Sistemas Operacionais
Luis Cezar Ribeiro
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Conceitos Básicos
Um sistema operacional, executa duas funções básicas:
Facilidade de acesso aos recursos do sistema.
Compartilhamento de recursos de forma organizada e protegida.
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Visão simplificada do usuário
De maneira geral o computador como conhecemos hoje é percebido pela maioria das pessoas sem distinção entre o hardware e o sistema operacional
Sistema Operacional
Hardware
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Visão mais completa
Na verdade precisamos entender que existe um conjunto muito mais coplexo para garantir a utilização adequada de um sistema computacional.
Aplicativos
Utilitários
Sistema Operacional
Linguagem de Máquina
Hadware
Dispositivos Físicos
Microprogramação
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Histórico
A evolução dos sistemas operacionais está, em grande parte, relacionada ao desenvolvimento de equipamentos cada vez mais velozes, compactos e de custos baixos, e à necessidade de aproveitamento e controle desses recursos.
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Primeira Fase (1945-1955)
Logo após o final da segunda guerra mundial, os Estados Unidos completaram o projeto do primeiro computador Digital.Controlado a partir de painéis, era composto por milhares de válvulas, e tinha como principal aplicação a realização de cálculos de balística.Curiosidade:Ainda hoje os computadores de grande porte são chamados Main Frames (quadros principais).
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Segunda Fase (1956-1965)
A criação do transistor e das memórias magnéticas contribui para o enorme avanço dos computadores da época. Surgem também as primeiras linguagens de programação, como Assembly e Fortran, os programas deixaram de ser feitos diretamente no hardware.Os primeiros sistemas operacionais surgiram, justamente, pare tentar automatizar as tarefas manuais.
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Terceira Fase (1966-1980)
Através dos circuitos integrados (CIs) e, posteriormente, dos microprocessadores, foi possível viabilizar e difundir o uso de sistemas computacionais por empresas, devido a diminuição de seus custos de aquisição. Além disso a capacidade de processamento aumentou consideravelmente tornando os computadores viáveis eficientes.
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Conceitos de Hardware e Software
Um computador é um conjunto de componentes interligados (hardware):•Unidade central de processamento (UCP). •Memória principal.•Dispositivos de entrada e saída.
Unidade Lógicae Aritmética
(ULA)
Unidadede Controle
(UC)
RegistradoresDispositivos deEntrada e Saída
Memória Principal (MP)
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Conceitos de Hardware e SoftwareComponentes da UCP :
O clock e um dispositivo, localizado na UCP, que gera pulsos elétricos síncronos em um determinado intervalo de tempo. A freqüência do clock de um processador e medida em Hertz (Hz), que significa o número de pulsos elétricos gerados em um segundo de tempo. Os registradores são dispositivos de alta velocidade, para armazenamento temporário de dados.
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Conceitos de Hardware e Software
A memória principal, também conhecida como memória primária (RAM). Ela e composta por unidades de acesso chamadas células, sendo cada célula composta por um determinado número de bits (binary digit). Os computadores utilizam o byte (8 bits) como tamanho de célula.A memória, e formada por um conjunto de células, onde cada célula possui um determinado número de bits.
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Conceitos de Hardware e Software
A memória cache (ou auxiliar) é uma memória volátil de alta velocidade. O tempo de acesso a um dado nela contido e muito menor que se o mesmo estivesse na memória principal.
Se o processador encontrar o dado na cache, não há necessidade do acesso a memória principal.
Apesar de ser uma memória de acesso rápido, seu uso é limitado em função do alto custo.
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Conceitos de Hardware e Software
Memória secundária é um meio permanente (não volátil) de armazenamento de programas e dados. Enquanto a memória principal precisa estar sempre energizada para manter suas informações, a memória secundária não precisa de alimentação.
O acesso a memória secundária é lento, se comparado com a principal, porém seu custo é baixo e sua capacidade de armazenamento bem superior a da memória principal.
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Conceitos de Hardware e Software
A Figura mostra a relação entre os diversos tipos de dispositivos de armazenamento apresentados, comparando custo, velocidade e capacidade de armazenamento.
Registradores
Memória Cache
Memória Principal
Memória Secundária
Maior Custo eMaior Velocidadede Acesso
Maior Capacidadede armazenamento
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Processos
Um conceito chave da teoria dos sistemas operacionais é o conceito de processo. Um processo é basicamente um programa em execução, sendo constituído do código executável, dos dados referentes ao código.
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Chamadas de Sistema
Os programas de usuário solicitam serviços do sistema operacional através da execução de chamadas de sistema. A cada chamada corresponde um procedimento de uma biblioteca de procedimentos que o programa do usuário pode chamar.
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Arquivos
Arquivos são mecanismos de abstração que fornecem uma forma de armazenar recuperar informações em memória secundária.
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Tipos de Sistemas Operacionais
Tipos de sistemas operacionais e sua evolução estão intimamente relacionados com a evolução do hardware e das aplicações por ele suportadas.Inicialmente, os termos programa ou job eram os mais utilizados, depois surgiu o conceito de processo e subprocesso e, mais recentemente, os conceitos de tarefa e de thread.
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Classificação dos Sistemas Operacionais
Os sistemas operacionais podem ser classificados como:
Tipos de SistemasOperacionais
SistemasMonoprogamáveis/
Monotarefa
SistemasMultiprogramáveis/
Multitarefa
Sistemas comMúltiplos
Processadores
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Sistemas Monoprogramáveis / Monotarefa
Os sistemas monoprogramáveis, como vieram a ser conhecidos, se caracterizam por permitir que o processador, a memória e os periféricos permaneçam exclusivamente dedicados à execução de um único programa.
UCP
Memória
Dispositivosde E/S
Programa/Tarefa
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Sistemas Multiprogramáveis / Multitarefa
Se nos sistemas monoprogramáveis existe apenas um programa utilizando o hardware, nos multiprogramáveis vários programas dividem esses mesmos recursos.Além disso podemos classificar os sistemas multiprogramáveis como monousuário e multiusuário.O conceito de sistemas multiprogramável apresenta a ideia do sistema sendo utilizado por vários usuários (multiusuário).
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Os sistemas multiprogramáveis / multitarefa podem ser classificados pela forma com que suas aplicações são gerenciadas, podendo ser divididos em sistemas batch, de tempo compartilhado ou de tempo real. Sistemas
Multiprogramáveis/Multirefa
Sistemas
Batch
Sistemas de
Tempo compartilhado
Sistemas de
Tempo Real
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Sistemas Batch
Os sistemas batch (lote) foram os primeiros sistemas multiprogramáveis a serem implementados e caracterizam-se por terem seus programas (job´s), quando submetidos, armazenados em disco ou fita, onde esperam para ser executados sequencialmente.Alguns exemplos de aplicações originalmente processadas em batch são compilações, linkedições, sorts, backups e todas aquelas onde não é necessária à interação com o usuário.
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Sistemas de Tempo CompartilhadoO usuário pode interagir diretamente com o sistema em cada fase do desenvolvimento de suas aplicações e, se preciso, modificá-las imediatamente. Devido a esse tipo de interação, os sistemas de tempo compartilhado também ficaram conhecidos como sistemas on-line.Para cada usuário, o sistema operacional aloca uma fatia de tempo (time - slice) do processador.
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Sistemas MultiprogramáveisSistemas operacionais podem ser vistos como um conjunto de rotinas que executam concorrentemente de uma forma ordenada.Os sistemas multiprogramáveis surgiram de um problema existente nos sistemas monoprogramáveis, que é a baixa utilização de recursos do sistema, como processador, memória e periféricos.
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Sistemas Multiprogramáveis
E/S
Livre
tempo
UCP
E/S
tempo
UCP
1
11
2
Sistema Nomoprogramável (a) Sistema Multiprogramável (b)
E/S
Livre
tempo
UCP
E/S
tempo
UCP
1
11
2
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Sistemas de Tempo Real
Apesar de semelhantes aos sistemas de tempo compartilhado, a diferença é o tempo de resposta exigido no processamento das aplicações.Esses sistemas, normalmente, estão presentes em controle de processos, como no monitoramento de refinarias de petróleo, controle de tráfego aéreo, de usinas termelétricas e nucleares, ou em qualquer aplicação onde o tempo de resposta é fator fundamental.
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Interrupção e Exceção
Durante a execução de um programa, alguns eventos podem ocorrer durante seu processamento, obrigando a intervenção do sistema operacional. Esse tipo de intervenção é chamado interrupção ou exceção e pode ser resultado da execução de instruções do próprio programa, gerado pelo sistema operacional ou por algum dispositivo de hardware.
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Interrupção e Exceção
Nestas situações o fluxo de execução do programa é desviado para uma rotina especial de tratamento. O que diferencia uma interrupção de uma exceção é o tipo de evento que gera esta condição.Uma interrupção é gerada pelo sistema operacional ou por algum dispositivo e, neste caso, independe do programa que está sendo executado.
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Interrupção e Exceção
Interrupção
.
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.
.
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.
.
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.
.
.
Salva osregistradores
Identifica a origemda interrupção
Rotina deTratamentoObtém o endereço da
rotina de tratamento :::
Restauraos registradores
Programa
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Acesso direto a memória (DMA)
A técnica de DMA permite que bloco de dados seja transferido entre memória e periféricos, sem a intervenção da UCP, exceto no início e no final da transferência. A área de memória utilizada pelo controlador na técnica de DMA é chamada buffer, sendo reservada exclusivamente para este propósito.
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Acesso direto a memória (DMA)
UCP MemóriaPrincipal
Cana deE/S
. . . . .
Controlador
. . . . .
Controlador
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BufferingA técnica de buffering consiste na utilização de uma área de memória para a transferência de dados entre os periféricos e a memória principal denominada buffer. O buffering veio permitir que, quando um dado fosse transferido para o buffer após uma operação de leitura, o dispositivo de entrada pudesse iniciar uma nova leitura. Neste caso, enquanto a UCP manipula o dado localizado no buffer, o dispositivo realiza outra operação de leitura no mesmo instante.
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Buffering
BufferControlador
de E/SUCP
Memória Principal
GravaçãoGravação
LeituraLeitura
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Spooling
A técnica de spooling (simultaneous peripheral operation on-line) foi introduzida no final dos anos 1950 para aumentar a produtividade e a eficiência dos sistemas operacionais. Com o surgimento de dispositivos de acesso direto, como discos, foi possível tornar o spooling muito mais eficiente, e principalmente, permitir a eliminação do processamento estritamente sequencial, com a atribuição de prioridade aos jobs.
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Spooling
O spooling, basicamente, utiliza o disco como um grande buffer, permitindo que dados sejam lidos e gravados em disco, enquanto outros programas são processados.Um exemplo dessa técnica está presente quanto impressoras são utilizadas. No momento em que um comando de impressão é executado por um programa, as informações que serão impressas são gravadas em um arquivo em disco (arquivo de spool), para ser impresso posteriormente pelo
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Spooling
SistemaOperacionalPrograma
Impressão
Arquivo de Spool
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Reentrância
É comum, em sistemas multiprogramáveis, vários usuários executarem os mesmos utilitários do sistema operacional . Se cada usuário trouxesse o código para a memória, haveria diversas cópias de um mesmo programa na memória principal, ocorrendo desperdício de memória.Reentrância é a capacidade de um código de programa poder ser compartilhado por diversos usuários, exigindo que apenas uma cópia do programa esteja na memória.