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Introdução a Sistemas Operacionais
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Adão de Melo Neto
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Definição de SOSistema OperacionalSistema Operacional
É um conjunto de rotinas (programa) executado
pelo processador que controlao funcionamento do computador como
gerente dos
Permite o compartilhamento derecursos de forma
organizada
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diversos recursos (processadores, memórias e
dispositivos de entrada e saída).
Facilita o acesso aosrecursos do sistema
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Sistema OperacionalFacilita o acesso aosFacilita o acesso aosrecursos do sistemarecursos do sistema
Disponibiliza uma Interface entre os usuários e Recursos do sistema
(usuário não precisa conhecer detalhes do hardware).
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detalhes do hardware).Permite eficiência e menor chance de erro
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Sistema Operacional
CompartilhamentoCompartilhamento dede recursosrecursos dede formaformaorganizadaorganizada
Possibilita o acesso concorrente(“ao mesmo tempo”) a recursos compartilhados(memórias, discos, impressoras, por exemplo)de forma organizada e protegida
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de forma organizada e protegida
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Sistema Operacional
� Computador– Hardware:
• circuitos eletrônicos, cabos e fontes de alimentação
– Software: • Através dele o computador consegue armazenar
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• Através dele o computador consegue armazenar dados em discos, imprimir relatórios, gerar gráficos, etc
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Sistema Operacional
� Primeiros computadores– Programação em painéis, através de fios.
Exigia grande conhecimento do hardware e de sua linguagem de máquina
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Sistema Operacional
� Surgimento do SO– Interação entre usuário/computador mais
simples, confiável e eficiente– Parte física do computador transparente ao
usuário
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usuário– Usuário enxerga a máquina como sendo
apenas o sistema operacional• Nível 0: hardware• Nível 1: sistema operacional
SistemaSistema OperacionalOperacionalÉ um conjunto de rotinas (programa) executado pelo processador que controlao funcionamento do computador como gerente dos diversosrecursos (processadores, memórias e dispositivos de entrada e saída).
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Sistema Operacional
AplicativosAplicativosSoftwares desenvolvido pelos
usuários
UtilitáriosUtilitáriosSoftwares complementares dos sistemas operacionais
(compiladores, linkers, etc ..
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Tipos de Sistemas Operacionais
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Operacionais
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Tipos de Sistemas Operacionais
– O surgimento dos diversos tipos de SO estáIntimamente relacionado com a evolução dohardware e das aplicações por ele suportadas
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Processador, memória e periféricos dedicados aexecução de umúnico programa (na memória).
Processador ocioso enquanto programaaguarda algumevento
(exemplo: digitaçãodeum dado)
Simples de implementação.Não existe preocupação comcompartilhamento de recursos
Sistemas Monoprogramáveis/Monotarefa
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(exemplo: digitaçãodeum dado)
Memória subutilizada(não preenchida completamente,Apenas umprograma)
Periféricos dedicados a umúnicousuário
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Vários programas dividemos recursos(processador, memória e periféricos)Na memória podemexistir vários programas
Sistemas Multiprogramáveis/Multitarefa
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Sistema Monoprogramável X Multiprogramável
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- Um programana memória principalpor vez.- UCP totalmente dedicada ao programa- Desperdíciona utilização da UCP (ex: quando programa faz uma leitura no disco)- Subutilização da memória principal (apenas um programa).
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Sistema Monoprogramável X Multiprogramável
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- Vários programasna memória principalCONCORRENDOCONCORRENDO pela utilização da UCP.- CPU totalmente dedicada aos vários programas- Menos desperdíciona utilização da UCP=>Existem vários programas se revezando para utilização daUCP=>Quando um programa solicita uma operação de E/S, outros poderão utilizar a UCP
- Melhor uso da memória principal.
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Sistemas Multiprogramáveis/Multitarefa
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- Programas submetidos são armazenados em fitas/discos onde são executado sequencialmente
-A UCP pode processar seqüencialmente cada job, diminuindo o tempo de execução dos jobs e o tempo de transição entre eles
- Programas (Jobs)normalmente não exige iteração com usuário- Programas envolvendo cálculos numéricos, compilações, etc.
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Sistemas Multiprogramáveis/multitarefa
- Processador Compartilhado:
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- Processador Compartilhado: => Vários programas sendo executados pela divisão do tempo do processadorem intervalos Time-Slace(fatia de tempo). => Programa não concluído no Time-Slaceé substituído por outro.
- Memória e periféricos são também compartilhados- Impressão de que todo sistema dedicado ao programa.- Permite a interação com o usuário- Implementação complexa
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Sistemas Multiprogramáveis/multitarefa
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- Processador Compartilhado: => Vários programas sendo executados pela divisão do tempo do processador em intervalos Time-Slace(fatia de tempo). => Programa não concluído no Time-Slaceé substituído por outro.
- Memória e periféricos são também compartilhados- Impressão de que todo sistema dedicado ao programa.- Permite a interação com o usuário- Implementação complexa
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Sistemas Multiprogramáveis/multitarefa
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- Semelhantes em implementação ao sistema de tempo compartilhado- Diferença: tempo de resposta exigido no processamento.- Idéia de “Time-Slice” não existe:O programa detém o processador (UCP) o tempo que for necessário, ou até que apareça outro programa mais prioritário (este controle é feito pela aplicação e não pelo Sistema operacional)
- Monitoramente de refinarias, controle de tráfego aéreo, de usinas (aplicações onde o tempo de resposta é fundamental)
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Sistemas com múltiplos processadores
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- Duas ou mais UCPs (processadores) trabalhando em conjunto-Vantagem: => vários programas sendo executados ao mesmo tempo (em
cada processador).=> Um programa dividido em partes para execução simultânea
em mais de um processador
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Sistemas Fortemente Acoplados
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- Desvantagem: => problema de concorrência (disputa) é introduzido (vários processadores tentando acessar a mesma área de memória)
- SFA = Sistemas multiprocessadores- Várias CPUs compartilhando única memória e dispositivos E/S sendo
gerenciadosgerenciados porpor umum únicoúnico sistemasistema operacionaloperacional
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Sistemas Fortemente Acoplados AssimétricosAssimétricos
Organização Assimétrica =
Organização Mestre/Escravo
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- Vantagem: organização simples de implementar- Desvantagem 1: => Não utiliza o hardware com eficiência.
Somente o processador mestrepode executar serviços do sistema operacional (por exemplo operações E/S)O Processador escravodeve fazer requisição ao processador mestre(ineficiência caso escravo execute muitas operações E/S)
-Desvantagem 2:=> Pode ocorrer falha do processador mestre
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Sistemas Fortemente Acoplados Simétricos Simétricos (é o que existe !)(é o que existe !)
- Vantagem:
Simetria dos dois processadoresTodos podem realizar as mesmas funções
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- Vantagem: => Um programa pode ser executado por qualquer processador ou por
vários processadores ao mesmo tempo (paralelismo)=> Quando um processador falha o sistema continua a funcionar
- Desvantagem: => Acessos simultâneos às mesmas áreas de memória: solução a cargo do
hardware e do sistema operacional.=> Implementação bastante complexa
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Sistemas Fracamente Acoplados
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Dois ou mais sistemas de computaçãointerligados em que cada um possuicada um possuio seu próprio sistema operacionalo seu próprio sistema operacional
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Sistemas Operacionais de Rede
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Permitem que uma estação compartilhe seus recursos como impressora, diretório com as demais estações da rede.
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Sistemas Distribuídos
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O sistema (operacional)distribuídoesconde os detalhesdas estações individuais e passa a tratá-los como um
conjunto único, como se fosse um sistema fortemente acoplado simétrico
Permite que uma aplicação seja dividida em partes sendo cada uma executada em estações diferentes
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Concorrência
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Concorrência
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CONCORRÊNCIA
Vários programas sendo executados ao mesmo tempo disputando pelo uso dos recursos do
sistema (UCP, memória e dispositivos de E/S)
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Só existe em sistemas multiprogramáveis (com vários programas sendo executados ao mesmo
tempo)
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TÉCNICAS QUE PERMITEM A
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TÉCNICAS QUE PERMITEM A CONCORRÊNCIA
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Evento que ocorre durantea execução de um
programa eque exige a intervenção
Interrupção
Interrupção
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que exige a intervençãodo Sistema Operacional
-Gerada pelo SO ou algumdispositivo-Independe da execução do programa (gerada por evento assíncrono/imprevisto)-Exemplo: periférico avisa a CPU que está pronto a transmitir um dado => CPU
deve interromper o programa e atender o dispositivo.-Diversos tipos de interrupção ==> rotinas de tratamento para cada interrupção-Permite a implementação de concorrência emcomputadores
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Evento que ocorre durantea execução de um
programa eque exige a intervenção
Exceção
Exceção
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que exige a intervençãodo Sistema Operacional
-Gerada pela execução de uma instrução de umprograma-Gerada por evento síncrono/previsível-Exemplo: divisão de umnúmero por zero
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Buffering
Técnica que consiste na utilização de uma área de memória paratransferência de dados entre os dispositivos de entrada e saída
e a memória principal
Mais LENTA
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e a memória principal
-Objetiva minimizar o problema da diferença de velocidade de processamentoentre a CPU e o dispositivo E/S.- Objetiva manter a CPU e dispositivo E/S ocupados a maior parte do tempo.- Exemplo: leitura e processamento de dados de umCDROM
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Spooling
Técnica introduzida na década de 50 que objetiva aumentar a produtividade
e eficiência dos sistemas operacionais
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e eficiência dos sistemas operacionais
Exemplo:Quando um comando de impressão é executado por umprograma, asinformações que serão impressas são gravadas emum arquivo em disco(arquivo de spool), para ser impresso posteriormente pelo sistema
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Reentrância
É a capacidade de um código de programa (códigoreentrante) poder ser compartilhado por diversosusuários, exigindo que apenas uma cópia esteja
na memória principal
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na memória principal(editores de texto, linkers, compiladores)
-É comum em sistemas multiusuário em que vários usuários executam o mesmo utilitário ao mesmo tempo.