sistemas operacionais aula 02 introducao

Prof. Márcio Castro [email protected]

INE5611 – Sistemas Operacionais

Introdução

Na aula de hoje

•  Histórico dos Sistemas Operacionais •  Conceitos básicos de Sistemas Operacionais

INE5611 -‐ Prof. Márcio Castro 2

INTRODUÇÃO

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Introdução

•  O que se espera de um sistema de computação? – Execução de programas de usuários – PermiMr a solução de problemas – Problema de cada usuário será resolvido por um programa específico

•  Programas – Possuem muito em comum: acesso ao disco, memória, E/S, ...

– Problema: programas podem apresentar necessidades conflitantes se uMlizados simultaneamente por um ou mais usuários (disputa de recursos)


Introdução

•  Sistema Operacional (S.O.) –  Camada de soHware colocada entre o hardware e os programas que executam tarefas para os usuários –  Controla e coordena o uso do hardware entre vários programas aplicaMvos e usuários


Programas

Sistema Operacional (S.O.)

Hardware

Introdução

•  Programas aplicaLvos – Programas os quais o usuário interage para resolver seus problemas – Exemplos: firefox, word, adobe photoshop, ...

•  Programas de sistema – Programas de base do S.O. que fornecem serviços ou abstrações para os programas aplicaMvos – Exemplos: gerenciador de tarefas (Windows), ps (Linux)


Introdução •  Interação entre usuários, programas aplicaMvos e S.O


Usuário 1

Usuário 2

Usuário 3

Usuário n

Compilador Editor de texto

Navegador Jogo


Hardware

...

AplicaMvos

UMlitários


Introdução

•  ObjeLvos de um Sistema Operacional – Eficiência: maximizar o uso do hardware (distribuição dos recursos) – Conveniência: esconder os detalhes de baixo nível (abstração)

•  Interface entre os usuários e o computador


Usuário final

Hardware

Programador

ProjeMsta S.O.

Introdução

•  Serviços oferecidos pelo S.O. –  Carregamento/descarregamento de programas na memória –  Gerência e sistema de arquivos (criar, ler, escrever, ...) –  UMlização e gerência de periféricos (alocação, leitura, escrita) –  Gestão de usuários –  Proteção entre usuários –  Contabilidade: estadsMcas e desempenho –  Detecção de erros: hardware e programas


HISTÓRICO DOS SISTEMAS OPERACIONAIS

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Histórico dos S.Os.

•  Primórdios –  S.O. inexistente –  Usuário é o programador e operador da máquina –  Alocação do computador feito por planilha

•  Problemas –  Péssima uMlização dos recursos –  Usuário era obrigado a ter um conhecimento aprofundado da máquina



•  Sistemas em lote (batch) –  Introdução de operadores de máquina profissionais (usuário não era mais operador da máquina)

•  Conceito de job –  Programa a ser compilado e executado, juntamente com seus dados de entrada (na época eram cartões perfurados)

–  Jobs eram organizados em lote (batch) de acordo com as suas necessidades (ex. jobs que uMlizavam o mesmo compilador, mesmos dados de entrada, ...)

•  Alternância entre jobs – Ainda era manual


Histórico dos S.Os. •  Monitor residente – Evolução do sistema em lote à sequenciamento automáLco de jobs

– Programa que reside permanentemente na memória – Controle da máquina é transferido de um job a outro – Considerado o primeiro S.O. (rudimentar)

•  Funcionamento: – No início, o monitor residente inicia sua execução na máquina

– Quando um job é submeLdo, este toma o controle da máquina (cartões de controle)

– No fim, o controle retorna ao monitor residente


Histórico dos S.Os. •  Sistemas mulLprogramados (mulLtarefa) –  Problema do monitor residente: permite a execução de apenas um job por vez

–  MulLprogramação •  Vários programas na memória ao mesmo tempo •  Enquanto um programa aguarda por um recurso (ex. operação de E/S) outro programa é executado • Melhor uLlização dos recursos

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P1 P2 P3 P1

Tempo

CPU

Requisição E/S Término E/S

Com mulLprogramação

P1 P2 P3 P1

Tempo

CPU

Requisição E/S Término E/S

Sem mulLprogramação Desperdício de CPU


•  Duas inovações possibilitaram o surgimento da mulMprogramação em S.Os. •  Interrupções –  Permitem a sinalização de eventos no S.O.

•  Discos magnéLcos –  Acesso randômico a diferentes programas no disco à melhor desempenho em acessos de leitura e escrita


Histórico dos S.Os. •  Sistemas de tempo comparLlhado (Lmesharing) –  É um Mpo de sistema mulMprogramado –  Usuários interagem com o programa em execução –  Ilusão de possuir a máquina dedicada à execução do seu programa • Divisão do tempo de uso do processador entre os usuários •  Tempo de resposta é importante

–  São os S.Os. que usamos hoje em dia! INE5611 -‐ Prof. Márcio Castro 16

CONCEITOS BÁSICOS DE S.O.

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Conceitos básicos de S.Os.

•  Estrutura de um S.O. –  Um S.O. não é um bloco único e fechado de so9ware executando sobre o hardware –  É composto por diversos componentes com objeMvos e funcionalidades específicas

•  Componentes básicos –  Código de inicialização –  Núcleo –  Drivers –  Programas uMlitários


Conceitos básicos de S.Os. •  Estrutura de um S.O. –  Um S.O. não é um bloco único e fechado de so9ware executando sobre o hardware –  É composto por diversos componentes com objeMvos e funcionalidades específicas

•  Componentes básicos 1.  Código de inicialização 2.  Núcleo 3.  Drivers 4.  Programas uMlitários



1.   Código de inicialização –  A inicialização do hardware requer uma série de tarefas complexas, como reconhecer os disposiMvos instalados, testá-‐los e configurá-‐los adequadamente para seu uso posterior –  Outra tarefa importante é carregar o núcleo do sistema operacional em memória e iniciar sua execução



2.   Núcleo –  É o coração do sistema operacional, responsável pela gerência dos recursos do hardware usados pelas aplicações –  Ele também implementa as principais abstrações uMlizadas pelos programas aplicaMvos



3.   Drivers –  Módulos de código específicos para acessar os disposiMvos osicos –  Existe um driver para cada Lpo de disposiLvo, como discos rígidos IDE, SCSI, portas USB, placas de vídeo, etc. –  Muitas vezes o driver é construído pelo próprio fabricante do hardware e fornecido em forma compilada para ser acoplado ao restante do S.O.



4.   Programas uLlitários –  São programas que facilitam o uso do sistema, fornecendo funcionalidades complementares ao núcleo –  Exemplos de uLlitários •  Formatação de discos e mídias • Configuração de disposiMvos • Manipulação de arquivos •  Interpretador de comandos (terminal) •  Interface gráfica e gerência de janelas




c� Carlos Maziero : Conceitos de hardware

Figura 3: Estrutura de um sistema operacional

5 Conceitos de hardwareO sistema operacional interage diretamente com o hardware para fornecer serviços

às aplicações. Para a compreensão dos conceitos implementados pelos sistemas operaci-onais, é necessário ter uma visão clara dos recursos fornecidos pelo hardware e a formade acessá-los. Esta seção apresenta uma revisão dos principais aspectos do hardware deum computador pessoal convencional.

Um sistema de computação típico é constituído de um ou mais processadores,responsáveis pela execução das instruções das aplicações, uma área de memória quearmazena as aplicações em execução (seus códigos e dados) e dispositivos periféricosque permitem o armazenamento de dados e a comunicação com o mundo exterior, comodiscos rígidos, terminais e teclados. A maioria dos computadores mono-processadosatuais segue uma arquitetura básica definida nos anos 40 por János (John) Von Neumann,conhecida por “arquitetura Von Neumann”. A principal característica desse modeloé a ideia de “programa armazenado”, ou seja, o programa a ser executado reside namemória junto com os dados. Os principais elementos constituintes do computadorestão interligados por um ou mais barramentos (para a transferência de dados, endereçose sinais de controle). A Figura 4 ilustra a arquitetura de um computador típico.

O núcleo do sistema de computação é o processador. Ele é responsável por continu-amente ler instruções e dados da memória ou de periféricos, processá-los e enviar osresultados de volta à memória ou a outros periféricos. Um processador convencionalé normalmente constituído de uma unidade lógica e aritmética (ULA), que realiza oscálculos e operações lógicas, um conjunto de registradores para armazenar dados detrabalho e alguns registradores para funções especiais (contador de programa, ponteirode pilha, flags de status, etc.).

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Conceitos básicos de S.Os. •  Sistemas monotarefa vs. mulLtarefa –  Sistema monotarefa: capaz de executar somente um programa (tarefa) de cada vez. •  Ex. MS-‐DOS

–  Sistema mulLtarefa: capaz de executar vários programas (tarefas) simultaneamente. •  Ex. Windows 98

•  Dois Lpos de sistemas mulLtarefa –  Não preempLvos: programas se executam do início ao fim sem serem interrompidos –  PreempLvos: permite que programas em execução sejam interrompidos para que outros programas possam ser executados


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