IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

1. Introdução2. Funções do Núcleo3. Modo de Acesso4. Rotinas do S.O. e System Call5. Chamada a Rotinas do S.O.6. Linguagem de Comandos7. Ativação/Desativação do Sistema8. Arquiteturas do Núcleo

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

1. Introdução

S.O.Conjunto de rotinas que ofereceserviços aos usuários e às suasaplicações

NúcleoKernel

Ferramentas que acompanham o S.O.:

UtilitáriosLinguagens de comando

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

1. Introdução

Aplicações UtilitáriosLinguagem

de Comando

Rotinas do Sistema Operacional

Hardware

Kernel

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

2. Funções do Núcleo

Seu funcionamento é diferente de umaaplicação convencional.

• As rotinas são executadas sem ordempredefinidas, com base em eventosdissociados do tempo (eventos assíncronos);

• Muitos desses eventos estão relacionados aohardware e a tarefas internas do próprio S.O.;

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

2. Funções do Núcleo

Principais Funções do Núcleo

• Tratamento de interrupções e exceções;

• Criação e eliminação de processos e threads;

• Gerência de memória;

• Gerência de sistema de arquivos;

• Gerência de dispositivos de E/S;

• Suporte a redes locais e distribuídas;

• Contabilização do uso do sistema;

• Auditoria e segurança do sistema.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

2. Funções do Núcleo .................Principais Funções do Núcleo

Para um sistema multiprogramável háproblemas relativos à segurança como:

Considerando a utilização de mais de umusuário utilizando os mesmos recursos:

Exigências: O S.O. garante a confiabilidade dosrecursos concorrentes de todos os programas edados bem como da sua integridade fazendo:

Memória Processador

Dispositivos de E/S

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

2. Funções do Núcleo .................Principais Funções do Núcleo

• Compartilhamento da CPU.

• Reserva de memória para dados e códigosarmazenados, implementando mecanismosde proteção.

• Para o caso em que diferentes programascompartilhem a mesma área de memória, oS.O. deve oferecer mecanismos para que acomunicação seja realizada de formasincronizada e controlada, evitandoinconsistência das informações.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

2. Funções do Núcleo .................Principais Funções do Núcleo

• No armazenamento simultâneo emdisco também é garantido a integridadedo S.O.

• Para a solução de diversos problemaoriginados pelo ambiente multipro-gramável, o S. O. deve implementarmecanismos de proteção que controlemo acesso concorrente aos diversosrecurso do sistema.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

3. Modo de Acesso

O sistema operacional deve permanecerprotegido, pois, uma vez corrompido, osprocessos ficarão inadequados.

Em geral os processadores possuem doismodos de acesso:

Modo Usuário

Modo Kernel

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

3. Modo de Acesso

Modo Usuário: é o modo não privilegiadocom acesso a um número reduzido deinstruções.

Modo Kernel: Acessa o conjunto total deinstruções do processador.

O modo de acesso é determinado noregistrador de Status do processador queindica o modo de acesso corrente.

Através deste registrador o hardware verifica seas instruções podem ou não ser executada.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

4. Rotinas do S.O. (RSO) e System Call

As RSO compõem o núcleo do S.O. oferecendoserviços aos usuários e suas aplicações.

Possuem instruções privilegiadas

Para que estas rotinas sejam executadas, oprocessador deve estar no modo kernel,exigindo mecanismos de proteção (System Call).

Toda vez que uma aplicação chama uma rotinado S.O., o mecanismo de System Call é ativado.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

4. Rotinas do S.O. (RSO) e System Call

O S.O. verifica se a aplicação possui privilégios.Em caso negativo o desvio é impedido,sinalizando a impossibilidade ao programachamador.

Este mecanismo de proteção por software épreviamente definido pelo administrador dosistema.

Havendo privilégio, o processo ocorre conformefigura abaixo.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

4. Rotinas do S.O. (RSO) e System Call

Salva Contexto dos Registradores

Altera o modo do processador para

Kernel

Altera o modo do processador para

Usuário

Restaura Contexto dos Registradores

Aplicação

Rotina do S.O.

Modo kernel

Mo

do

Usu

ário

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

Salva Contexto dos Registradores na pilha de controle

Altera o modo do processador para Kernel

Identifica a origem do evento

Restaura Contexto dos Registradores

Aplicação

Rotina do S.O.

Obtém o endereço da rotina de tratamento e carrega os registradores

Mo

do

ker

nel

Mo

do

Usu

ário

Altera o modo do processador para Usuário

4. Rotinas do S.O. (RSO) e System Call

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

4. Rotinas do S.O. (RSO) e System Call

Instruções privilegiadas executadas no modousuário são bloqueadas por hardware parasolicitação de acesso à disco, o mecanismo desystem call verifica se a aplicação possuiprivilegio.

Em caso positivo, o modo usuário doprocessador é alterado para kernel, executa-se arotina de acesso e posteriormente retorna-se omodo para kernel.

Os mecanismos: System Call e proteção porHardware garantem a integridade do sistema.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

5. Chamada a Rotinas do S.O.

As chamada a RSO seguem o seguinte esquema.

Rotinas do S.O

Núcleo do S.O.

Hardware

Ap

licaç

ão

System Call Típico do Unix

System Services OpenVMS

API (Aplication Program Interface)Ms Windows

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

5. Chamada a Rotinas do S.O.

Exemplo: Uso da API GetSystemTime para obtera hora do MS Widows.

Função: SystemTimeToDateTime converte ahora para o formato DataHoraT do Delphi e emseguida para o formato DataTimeToStr.

GetSystemTime(SystemTime);DataHoraT:=SystemToDateTime(SystemTime);DataHoraS:=DateTimeToStr(DataHoraT);RichiEdit1.Lines.Add(DataHoraS);

A última linha exibe a data e a hora do sistemaem uma janela previamente criada.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

5. Chamada a Rotinas do S.O.

As rotinas do sistema podem ser divididas porgrupos de funções.

Funções do System CallFunções System Call

Gerencia de processos e threads

• Criação e eliminação de processos ethreads

• Alteração das características de processose threads

• Sincronização e comunicação entreprocessos e threads

• Obtenção de informações entre processose threads

Gerencia de Memória

• Alocação e desalocação de memória

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

5. Chamada a Rotinas do S.O.

Funções do System CallFunções System Call

Gerencia de Sistemas de arquivos

• Criação e eliminação de arquivos ediretórios

• Alteração das características de arquivos ediretórios

• Abrir e fechar arquivos• Leitura e gravação de arquivos• Obtenção de informações sobre arquivos e

diretórios

Gerencia de dispositivos

• Alocação e desalocação de dispositivos• Operações de entrada e saída em

dispositivos• Obtenção de informações sobre

dispositivos

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

5. Chamada a Rotinas do S.O.

Cada S.O. possui o seu próprio conjunto derotinas, com nomes, parâmetros e formasde ativação específicos.

A aplicação de um S.O. não são portadasdiretamente para outro S.O. sem correçãodo programa fonte.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

5. Chamada a Rotinas do S.O.

Houve uma tentativa de padronização pelos institutosISO (International Organization for Standardization)e IEEE (Institute of Eletrical end Eletronic Enginners)resultando em um conjunto conhecido com PROXI(Portable Operating System Interface for Unix),voltada, inicialmente, para unificação de váriasversões do Unix.

O PROXI estabeleceu uma biblioteca padrão.

A maioria dos S.O.’s modernos oferece algum suporteao padrão PROXI(Ms Windows, IBM-AIX, UP-UX,SUN=Solaris)

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

6. Linguagem de Comandos

É a linguagem que permite a comunicaçãodo usuário de forma simples como oS.O., permitindo, portanto, a execuçãode tarefas simples como:

• Criar, ler e eliminar arquivos• Consultar diretório• Verificar data e hora armazenadas no

sistema

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

6. Linguagem de Comandos

Cada S.O. possui sua própria linguagem deComandos:

• OpenVMS – DCL (Digital Command Language)• VMS da IBM – JCL (Job Control Language)• Unix – Comandos do Shell

Exemplos para comandos do MS WindowsComando Descrição

dir Lista conteúdo do diretório

cd Altera diretório default

type Exibe conteúdo do arquivo

del Elimina arquivos

mkdir Cria um diretório

ver Mostra versão do windows

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

6. Linguagem de Comandos

Algoritmo de execução do comando:

c:\>Comando

Chama as rotinas do sistema

O shell interpreta e verifica a sintaxe

Apresenta os resultados

Por não fazer parte do kernel, ointerpretador de comandos é flexível.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

6. Linguagem de Comandos

Usuário

Linguagem de Comandos

Interface Gráfica

Sistema Operacional

Hardware

Bach oushell scripts

Possibilitam a automatização de tarefas.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

7. Ativação/Desativação do Sistema

O S.O. reside no HD (ou DVD ou CD oupendrive).

É carregado no momento que se liga ocomputador pelo procedimentodenominado ativação do sistema (boot).

O programa boot loader é carregado emendereço fixo da ROM

Chama

POST(Power-On-Self-Test) – identificadordos possíveis problemas de Hardware

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

7. Ativação/Desativação do Sistema

Verifica dispositivo de armazenamentoonde há um S.O. residente – nãohavendo, é apresentada uma mensagemde erro e a ativação é interrompida.

Sendo encontrado, um conjunto deinstruções é carregado para a memória elocalizado em um bloco específico (bootsector)

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

7. Ativação/Desativação do Sistema

Além da carga, executa-se arquivos deinicialização onde são especificadosprocedimentos de customização econfiguração de hardware e softwareespecíficos para o ambiente.

S.O.

S.O.

MemóriaPrincipal

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

7. Ativação/Desativação do Sistema

A maioria dos S.O.’s possuemprocedimento de desativação(shutdown) que garante a integridade domesmo.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

8. Arquiteturas do Núcleo

Projeto:

O projeto do S.O. é bastante complexopara atender os seguintes requisitos:

• Confiabilidade• Portabilidade• Fácil manutenção• Flexibilidade• desempenho

Podem serconflitantes

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

8. Arquiteturas do Núcleo

Projeto:

Depende da arquitetura do hardware e dotipo de sistema que se deseja construir.

• Batch• Tempo de compartilhamento• Monousuário• Multiusuário• Tempo real, etc

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

8. Arquiteturas do Núcleo

Os primeiros S.O. possuiam 1 milhão deinstruções em Assembly;

Evoluíram para 20 milhões de linhas decódigo modular em PL/I e Algol

Hoje possuem 40 milhões de linhas(Windows 2000) escrito em C/C++

As linguagens de alto nível facilitam odesenvolvimento e manutenção dos S.O.e melhoram a portabilidade.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

8. Arquiteturas do Núcleo

A desvantagem é que há perda dedesempenho.

Consequentemente os devices drivers,escalonador e rotinas de tratamento deinterrupção são desenvolvidos emassembly.

Tendência atual Orientação ao objeto

Benefícios:

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

8. Arquiteturas do Núcleo

Benefícios:

• Melhoria de organização das funções erecursos do sistema;

• Redução do tempo de desenvolvimento;

• Maior facilidade na manutenção eextensão do sistema;

• Facilidade na implementação do modelode computação distribuída.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

8. Arquiteturas do Núcleo

Arquitetura Monolítica

Constituída de vários módulos compiladosseparadamente e posteriormente linkadosformando um grande e único programaonde os módulos podem interagirlivremente

Seu desenvolvimento e manutenção sãobastante difíceis.

Exemplo: MS-DOS, primeiros Unix

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

8. Arquiteturas do Núcleo

Arquitetura Monolítica

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

8. Arquiteturas do Núcleo

Arquitetura de Camadas

É dividida em níveis sobrepostos.

Cada camada possui um conjunto de funçõesque podem ser utilizadas apenas pelascamadas superiores.

Exemplo:THE (Thechnische Hogeschool Eindhoven)

construído em 1968 por Digkstra na Holanda.MULTICS e OpenVMS: possuindo camadas

concêntricas.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

8. Arquiteturas do Núcleo

Arquitetura de Camadas

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

8. Arquiteturas do Núcleo

Arquitetura de Camadas

Vantagem:• Isolar as funções do S.O.• Criar hierarquia de níveis de modo de

acesso protegendo as camadas internas.

Desvantagem:• Fraco desempenho.• Cada nova camada implica na mudança do

modo de acesso.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

8. Arquiteturas do Núcleo

Arquitetura de Camadas

Atualmente a maioria dos S.O.’s possuemapenas duas camadas: usuário (nãoprivilegiada) e kernel (privilegiada).

Exemplo: maioria das versões do Unix e MSWindows

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

8. Arquiteturas do Núcleo

Máquina Virtual

É um modelo virtual entre o hardware e oS.O, oferecendo uma cópia virtual dohardware, inclusive do modo de acesso.

Vantagens:• S.O.’s independentes no mesmo hardware• Segurança de acesso

Desvantagem: Complexidade

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

8. Arquiteturas do Núcleo

Máquina Virtual

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

8. Arquiteturas do Núcleo

Arquitetura Microkernel

Função Principal

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

8. Arquiteturas do Núcleo

Arquitetura Microkernel

Constituída por um núcleo menor e maissimples.

Os serviços são disponibilizados através deprocessos onde cada um é responsável poroferecer um conjunto de funções:

• Gerência de arquivo• Gerencia de processos• Gerência de memória• Escalonamento

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional

8. Arquiteturas do Núcleo

Arquitetura Microkernel

É um modelo cliente servidor.

Clientesolicita

Servidorresponde

Nesta arquitetura os servidores não possuemacesso direto a certos componentes dosistema. Apenas o núcleo executa no modokernel.

IV – Estrutura do Sistema Operacional

IV – Estrutura do Sistema Operacional