Fundamentos de SISOP-2 UNIP INTERATIVA

Unidade II

FUNDAMENTOS DE SISTEMAS OPERACIONAISOPERACIONAIS

Prof. Roberto Macias

Relembrando...

Sistema Operacional um conjunto de programas que se situa entre os softwares aplicativos e o hardware.

Um SO gerencia recursos deste hardware (CPU, memria, perifricos etc.).

Um SO fornece uma interface para o usurio interagir com o sistema.

Um SO prov e executa servios para programas aplicativos.programas aplicativos.

Relembrando...

Plano da Unidade II

Fundamentos de Sistemas OperacionaisTipos de Sistemas Operacionais: Em batch. De Rede. Distribudos Distribudos. Multiusurio e multitarefa. Desktop / PCs. Servidor. Embarcados.Embarcados. Tempo real. Grande porte. Multiprocessadores. Portteis.

Plano da Unidade II

Fundamentos de Sistemas OperacionaisViso geral sobre hardware de computadores: Processadores. Processadores multithread e Processadores multithread e

multincleo. Memria. Disco. Fitas. Dispositivos de E/S. Barramento.

Tipos de Sistemas Operacionais

Podemos classificar os sistemas operacionais com base referencial em diversos parmetros e perspectivas, velocidade, suporte a recursos especficos, acesso rede etc.

A seguir, so apresentados alguns tipos de sistemas operacionais tpicos (sendo que muitos esto enquadrados em mais de uma das categorias).


Em batch (em lote): os sistemas operacionais mais antigos, principalmente os desenvolvidos para a segunda gerao de computadores, trabalhavam por lote, ou seja, todos os programas a serem executados eramprogramas a serem executados eram colocados numa fila.

O processador recebia um programa aps o outro, para ser processado em sequncia, o que permitia um alto grau de utilizao do sistema Atualmente ode utilizao do sistema. Atualmente, o termo em lote usado para designar um conjunto de comandos que deve ser executado em sequncia.


Sistemas Operacionais de Redes: Os sistemas operacionais de rede devem suportar operaes em rede, ou seja, a capacidade de oferecer s aplicaes locais recursos que estejam localizados em outros computadores da rede LANem outros computadores da rede LAN (Local Area Network) ou WAN (Wide AreaNetwork), como servios de autenticao remota, acesso arquivos, acesso a banco de dados, impressoras etc.

Deve tambm disponibilizar seus Deve tambm disponibilizar seus recursos locais aos demais computadores, de forma controlada.


Os atuais sistemas operacionais esto alinhados com as caractersticas de um sistema operacional de rede.

Eles ampliam o conceito bsico dos sistemas operacionais, complementando suas funes bsicas, tornando transparente o uso de recursos compartilhados da rede.

Temos 2 principais tipos de arquiteturas para sistemas operacionais de redes: Peer-to-peer (ponto-a-ponto); Cliente / Servidor (servidor dedicado ou

no dedicado).


Tm-se alguns tipos diferentes de servidores de rede: Servidor de arquivos distribui/

compartilha arquivos em uma rede. Servidor de banco de dados consultaServidor de banco de dados consulta

e/ou cadastro de dados. Servidor de impresso gerencia

impressoras / impresses em uma rede. Servidor de comunicao servios

web e mail etcweb, e-mail etc. Servidor de gerenciamento firewalls,

proxies, diretrio de usurios.


Sistemas Operacionais Distribudos: Nos sistemas operacionais distribudos, os recursos utilizados por cada usurio em cada mquina esto disponveis de forma transparente.

Ao acessar uma aplicao, o usurio interage com sua interface, entretanto no sabe onde esto sendo executados seus processos, onde esto sendo armazenados seus arquivos etc.

Estas decises so de responsabilidade do sistema, que pode se utilizar de diversas mquinas na rede para cada uma das tarefas.


Sistemas operacionais multiusurio e multitarefas: Para entendermos um sistema

operacional, muito importante definir o que processo ou tarefa.

Processo = programa que est em execuo.

Este programa em execuo requer recursos, principalmente da CPU, e concorre com outros processos em suaconcorre com outros processos em sua execuo.

Portanto, cabe ao SO gerenciar os recursos disponveis a todos os processos (multitarefas).


Um sistema operacional multiusurio deve suportar a autenticao e a autorizao de cada usurio quando necessrio o uso de algum recurso contido no sistema (arquivos, processos, conexes de rede) e garantir regras paraconexes de rede) e garantir regras para o controle de acesso, objetivando impedir o uso desses recursos por usurios no autorizados.

Segurana!


Sistemas operacionais para Desktops / PCs Computadores Pessoais:

Um sistema operacional desktop projetado para atender ao usurio domstico e/ou corporativo que necessite realizar atividades triviais, como editar textos, elaborar planilhas e grficos, navegar na internet etc.

Suas principais caractersticas so a interface grfica, o suporte interatividade e operao em rede. Exemplos de sistemas desktop so o Windows XP, Mac OS X e Linux.

Interatividade

Qual das opes abaixo uma caracterstica fundamental de um Sistema Operacional de Rede?a) Sistemas em batch.b) Distribuio dos processos ou tarefasb) Distribuio dos processos ou tarefas

em vrios servidores.c) Ser monousurio.d) A otimizao do uso de CPU.e) O compartilhamento de recursos.


Sistemas operacionais de Servidores: O sistema operacional classificado como

servidor possibilita a gesto eficiente de grandes quantidades de recursos fsicos como: disco, memria e processadores, gerindo as prioridades e limites sobre o uso dos recursos.

Tipicamente, um sistema operacional servidor tambm tem suporte a rede e multiusurios.

Alguns exemplos de sistemas servidores so: HP-UX, Solaris, AIX, FreeBSD, Linux e Windows Server 2008.


Sistemas operacionais embarcados: Um sistema operacional embarcado ou

embutido (embedded) construdo para operar sobre um hardware com poucos recursos de processamento e armazenamento. Exemplos tpicos so aparelhos de TV, reprodutores de MP3, aparelhos de DVD etc.

Um ponto positivo deste tipo de sistema que dificilmente ser possvel instalar algum software que no seja extremamente compatvel. Exemplos de sistemas embarcados: QNX e VxWorks.


Sistemas operacionais de tempo real: Tipo de sistema operacional destinado

execuo de mltiplas tarefas onde o tempo de resposta a um evento (externo ou interno) pr-definido.

Um exemplo so os sistemas que monitoram batimentos cardacos de um paciente, que deve alarmar caso haja alguma alterao.

So classificados basicamente em:So classificados basicamente em: Sistemas de tempo real crticos. Sistemas de tempo real no crticos.


Sistemas operacionais de tempo real: Crtico: um sistema de tempo real crtico

aquele em que o prazo de execuo de uma tarefa (deadline) no pode ser violado. Exemplo: sistema de freios ABS.

No crtico: tambm leva em considerao o tempo em suas tarefas, mas uma falha no provoca maiores danos. Exemplo: sistema de controle de um aparelho de DVD.


Sistemas operacionais de computadores de grande porte (mainframes): Sistemas de grande porte so

tipicamentes utilizados por grandes corporaes e, como caractersticas predominantes desses sistemas podemos considerar a elevada capacidade de E/S (Entrada e Sada), capacidade de processamento de sistemas em lote (batch), processamento de transaes e tempo compartilhadode transaes e tempo compartilhado. Exemplos destes so o OS/390 e S/400.


Sistemas operacionais multiprocessadores: O sistema operacional desta categoria

pode tratar mltiplas CPUssimultaneamente. Equipamento com multiprocessadores ou multincleos tm como objetivo principal melhorar a capacidade computacional dos equipamentos, trazendo melhor desempenho para o ambiente.


Sistemas operacionais multiprocessadores: Com o advento dos processadores

multincleo, at sistemas operacionais voltados para computadores pessoais comearam a lidar com multiprocessadores.

Alguns exemplos de sistemas operacionais multiprocessados so: Windows, Linux, Solaris, AIX e outros.


Sistemas operacionais portteis: Voltados para computadores como os

PDA (Personal Digital Assistant) e telefones celulares (smartphones).

Um ponto de destaque para os sistemasUm ponto de destaque para os sistemas portteis que os PDAs e celulares no possuem disco rgido e sim memrias do tipo flash, o que faz uma grande diferena em termos de velocidade.

Os principais sistemas operacionais paraOs principais sistemas operacionais para dispositivos portteis so: Symbian OS, Windows Mobile/Phone, Palm OS, Android etc.

Viso Geral Hardware de Computadores

Sabemos que a principal funo de um sistema operacional o controle dos dispositivos de hardware, visando fornecer ao usurio uma camada de abstrao no controle destes recursos, tornado todo este processotornado todo este processo transparente.

Para um perfeito entendimento dos sistemas operacionais necessrio o estudo das caractersticas sobre a camada do hardware e seus dispositivoscamada do hardware e seus dispositivos (processadores, memria, disco etc.).


O hardware e o sistema operacional devem ser extremamente congruentes para que seja possvel obter o melhor resultado desta combinao. H pelo menos dois pontos de vista para analisarmos essa dupla: um seria aanalisarmos essa dupla: um seria a estratgia adotada pela Intel ao criar o processador 8080 e posteriormente solicitar para Gary Kildall que criasse um software para rodar neste hardware.

Ou seja o hardware puxando a criao Ou seja, o hardware puxando a criao e evoluo do software, que deve ser apto para a utilizao de todo o seu poder de processamento.


A outra forma seria a vontade de qualquer desenvolvedor imaginar que qualquer funcionalidade desejada seria prontamente atendida pelo software, porm sabemos que isso no possvel e para seu melhor aproveitamento faze, para seu melhor aproveitamento, faz-se necessria uma homogeneidade entre os desenvolvedores de hardware e software.

Ou seja, o software puxando a evoluo do hardwareevoluo do hardware.


Conceitualmente, computadores simples podem ser abstrados para um modelo esquemtico representado na figura abaixo, onde temos o barramento que seria como uma estrada, possibilitando a comunicao entre os elementos acomunicao entre os elementos, a memria e os dispositivos de E/S.

Viso Geral Hardware de Computadores Processadores

A CPU (Central Processing Unit) traz das memrias instrues, decodifica, interpreta estas instrues e as executa.

A partir da, busca as instrues subsequentes e processa o ciclo novamente at ter instrues a serem executadas novamente.

Cada arquitetura de CPU tem um conjunto especfico de instrues que pode executar. Portanto, uma CPU RISC no executa programas desenvolvidos para plataformas CISC, o oposto tambm verdadeiro.


Processadores RISC (ReducedInstruction Set Computer Conjunto Reduzido de Instrues):

O conceito de processador RISC baseia-se na premissa de que ser menos eficiente executar uma instruo complexa do que executar um conjunto de instrues simples equivalente.

Assim, os processadores RISC tm por objetivo simplificar o conjunto de instrues em diversas dimenses de forma a maximizar esta premissa.

Exemplos de RISC: Sparc, DEC Alpha, MIPS e PowerPC.


Processadores RISC:


Processadores CISC: Os processadores CISC tambm tm a

vantagem de reduzir o tamanho do cdigo executvel por j possurem muito do cdigo comum em vrios programas, em forma de uma nica instruo.

Exemplos de CISC: 80386 e 80486.


Processadores RISC x CISC:


Processadores modernos arquitetura hbrida: Processadores da famlia x86, como o

Pentium II, Pentium III, IV, a linha da AMD, quanto processadores supostamente puramente RISC, como o G4, utilizado nos Macintoshs misturam caractersticas das duas arquiteturas, por simples questo de performance.

Interatividade

Qual componente de uma arquitetura de hardware funciona como uma via de interconexo para outros dispositivos?a) Processador.b) Memria.b) Memria.c) Barramento.d) Perifricos.e) CPU.


Registradores: Todas as CPUs possuem registradores

internos para armazenamento de variveis importantes e de resultados temporrios. Em adio aos registradores de propsito geral, usados para conter variveis e resultados temporrios, a maioria dos computadores possuem vrios registradores especiais disponveis de forma aparente para os programadoresforma aparente para os programadores.


Registradores: Toda vez que o sistema operacional

compartilha o tempo de CPU e, por algum motivo, ele interrompe a execuo de um programa, inicia ou reinicia outro, ento o sistema operacional necessita salvar todos os registradores para que possam ser restaurados quando o programa for executado novamente.


Pipelines: CPUs modernas possuem recursos para

executar mais de uma instruo em tempo concorrente, processo este chamado de pipeline.

Elas podem executar uma busca, executar decodificao e, simultaneamente, a execuo de instruo.


Alm do pipeline, temos o superescalar, caracterstica de um processador possuir mltiplas unidades de execuo, portanto, duas ou mais instrues so buscadas, decodificadas e armazenadas temporariamente em um buffer at quetemporariamente em um buffer, at que possam ser executadas.


Processadores multithread e multincleo: uma thread uma forma de um processo dividir a si mesmo em duas ou mais tarefas que podem ser executadas concorrentemente.

O Intel Pentium 4 e outros chips de processadores tm a propriedade chamada multithreading ou Hyperthreading.

Analogia - mltiplo thread de um processo o mesmo que mltiplos alunos lendo instrues em um mesmo livro, porm no necessariamente todos lendo a mesma pgina.


Processadores multithread e multincleo: Um processador multincleo (multicore)

aquele onde temos dois ou mais ncleos de processamento (cores) no interior de um nico chip. Estes dois ou mais ncleos so responsveis por dividir as tarefas entre si, ou seja, permitem trabalhar em um ambiente multitarefa.

Viso Geral Hardware de Computadores Memrias

Memria:Na teoria, a memria deveria ser mais performtica do que a execuo de uma instruo processada por uma CPU, pois, com isso, a CPU jamais teria que esperar pela resposta da memria; entretanto, na prtica, isso no uma verdade. Para tentar resolver este problema, a abordagem contempornea construir o sistema de memria seguindo uma hierarquia de camadas conforme a figura que segue:camadas, conforme a figura que segue:

Viso geral Hardware de Computadores Memrias

Memria:


Memria: No topo da pirmide, temos os

registradores que esto contidos nas CPUs. Esses so feitos do mesmo material que as CPUs e so to rpidos quanto elas.

No segundo nvel, vem a memria cache, que controlada principalmente pelo hardware.


Atualmente, vrios dispositivos como processadores, discos rgidos, placas-me, placas controladoras e outros possuem cache.

A memria cache mais usada para armazenar informaes frequentementeutilizadas, porm a memria cache muito cara e no to abundante nos sistemas.

Cache uma pequena rea de memria rpida, integrada unidade central de processamento.


No prximo nvel da pirmide de memrias, est localizada a memria principal, tambm conhecida como memria RAM (Random Access Memory Memria de Acesso Aleatrio).

Todas as solicitaes vindas da CPU e que no esto na memria cache so encaminhadas para a memria principal (RAM).


Nas memrias RAM, o termo acesso aleatrio identifica a capacidade de acesso a qualquer posio em qualquer momento, por oposio ao acesso sequencial, imposto por alguns dispositivos de armazenamento comodispositivos de armazenamento, como fitas magnticas.

Importante ressaltar, que o contedo da uma memria RAM voltil, ou seja, em caso de desligamento, seu contedo perdido (armazenamento temporrio)perdido (armazenamento temporrio).


Memria ROM (Read Only Memory Memria Somente de Leitura) e CMOSso outros tipos tambm presentes nos sistemas computacionais.

A memria ROM normalmente usada pelos fabricantes para gravar cdigos controladores do hardware e so previamente programadas em fbrica, no sendo possvel sua alterao, a no ser que se usem equipamentos especficos para esta finalidadeespecficos para esta finalidade.


A memria CMOS tipicamente usada para manter data e hora atualizadas e parmetros de configurao do hardware, como sequncia de boot e outras configuraes, mesmo que o computador seja desligado A memriacomputador seja desligado. A memria CMOS necessita de uma bateria para manter seu contedo.

Interatividade

Qual o tipo de memria das listadas abaixo possui o menor tempo de acesso?a) Registradores.b) Cache.c) Memria RAMc) Memria RAM.d) Memria ROM.e) Disco rgido magntico (HD).


Discos magnticos: Os discos magnticos esto na camada

logo abaixo da memria principal, sendo conhecidos como discos rgidos ou, em ingls, hard disks e tambm, de forma abreviada, como HD.

O grande atrativo dos discos magnticos em relao memria o preo bem menor se comparado R$/GB, entretanto, o contraponto a velocidade de acesso que muito mais lenta por ser um dispositivo mecnico.


Na estrutura de um disco magntico, temos como uma das principais partes o grupo de discos metlicos em que so gravadas as informaes. Tipicamente, esses discos rodam a velocidades de 5400 a 10000 rpm (rotaes por minuto) e5400 a 10000 rpm (rotaes por minuto) e tm uma mdia de transferncia de 0.5 Gbit/s. Em ambientes projetados com servidores de rede e, principalmente, servidores de banco de dados transacional, normalmente, sotransacional, normalmente, so instalados discos com velocidade de 15000 rpm, podendo-se atingir a mdia de transferncia acima de 1.6Gbit/s.


As informaes so escritas no disco em uma srie de crculos que tm o mesmo centro. Cada cabea pode ler e gravar uma regio circular chamada trilha. Juntas, as trilhas de uma posio do brao formam um cilindrobrao formam um cilindro.

Mover o brao entre cilindros prximos leva aproximadamente 1ms e mover o brao de um determinado cilindro para outro distante leva em torno de 5 a 10ms.


Fitas magnticas: A fita magntica o ltimo tipo de

memria na pirmide, esse meio muito utilizado como mdia de cpia de segurana (backup), transportando uma cpia daquilo que est nos discos magnticos para fitas magnticas.

Com base nas normas de segurana ISO 27001, e at mesmo do Banco Central Brasileiro, obrigatrio o uso de sistemas de backup para garantir que a informao esteja disponvel em caso de o sistema principal apresentar problema.


Fitas magnticas: Grandes sistemas utilizam robs que

controlam a troca de fitas, bem como softwares especiais para backup como o Veritas Backup Exec, Data Protector, ARCserve, Tivoli Storage Management e outros.

Viso Geral Hardware de Computadores Dispositivos de E/S

Dispositivos de E/S (Entrada e Sada): Os dispositivos de E/S so geralmente

controladores e os dispositivos propriamente ditos.

O controlador formado por um ou maisO controlador formado por um ou mais chips numa placa. Estes possuem a funo de receber os comandos do sistema operacional e gerar as instrues mais adequadas para os dispositivos, fornecendo orientao exatamente de como o disco rgido armazena e acessa os dados, por exemplo.


Dispositivos de E/S (Entrada e Sada): Entre o sistema operacional e o

controlador, h outro software chamado driver de dispositivo.

funo do driver de dispositivo se funo do driver de dispositivo se comunicar com o controlador emitindo comando e recebendo respostas.

Os fabricantes de controladores devem fornecer drivers especficos para cada sistema operacional a que do suporte.sistema operacional a que do suporte.


Dispositivos de E/S (Entrada e Sada):Exemplos de dispositivos de entrada: Teclado, mouses, scanners, cmeras de

vdeo, microfones etc.Exemplos de dispositivos de sada:Exemplos de dispositivos de sada: Impressoras, monitores de vdeo,

plotters etc.

Viso Geral Hardware de Computadores Barramento

Barramento: O termo barramento definido como

elos de comunicao que consistem em um conjunto de vias.

Ao longo da evoluo da arquiteturaAo longo da evoluo da arquitetura computacional, os barramentos foram tomando forma mais heterognea e estruturada para as necessidades modernas. Os processadores e memrias foram ficando cada vez mais velozes, e o computador antigo, que inicialmente tinha somente um barramento, passou a no mais dar conta.


Barramento: Tipicamente, os sistemas modernos

possuem oito barramentos, sendo: Barramento de cache, local, memria,

PCI13, SCSI14, USB15, IDE16 e ISA17,PCI13, SCSI14, USB15, IDE16 e ISA17, cada um com diferentes funes e taxas de transferncia.


Estrutura de barramento:


Conectores do barramento PCI:


Conectores do barramento PCI x ISA:


Barramento USB: O padro USB foi desenvolvido por um

consrcio de empresas, entre as quais se destacam: Microsoft, Apple, Hewlett-Packard, NEC, Intel e Agere.

A verso USB 1.0 suporta taxa de 1,5 Mbit/s a 12 Mbit/s (verso 1.1), a verso 2.0, velocidades na taxa de 480 Mbit/s (60MB/s), e a verso 3.0, de 4,8 Gbit/s (600MB/s).


Barramento SCSI: Como barramento de alta performance,

temos o SCSI, destinado para discos de alto desempenho e demais dispositivos que demandam grande largura de banda.

O SCSI tipicamente usado para controlar discos com estrutura ordenada contendo elementos acessveis individualmente referenciados por nmeros, denominado RAID.

Outras tecnologias, como o serial-ATA (SATA), tambm podem ser usadas para este propsito.

Interatividade

Dentre as opes abaixo, qual no representa um tipo de barramento?a) PCI.b) USB.c) ISAc) ISA.d) CMOS.e) SCSI.

AT A PRXIMA!

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