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Sistemas Operativos

Luís Paulo Reis

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Sumário• O que é um Sistema Operativo (SO)? • Modelo em Camadas de um SO• Abstracções Suportadas por um SO:

– Utilizador– Processo– Ficheiro / Directório

• Serviços de um SO

Sistemas OperativosSistemas Operativos

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Arquitectura de um Computador

• Um "computador" (hardware programável) sem programas é inútil.

• Desenvolver programas directamente sobre o Hardware (HW) é uma tarefa impossível

• Sistema Operativo é uma camada de Software (SW) que realiza a interface entre o Hardware e os programas

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Exemplo: Controlador de Floppy

• Ex: O controlador de Floppy PD765 suporta 16 comandos:– Ler/escrever blocos; – Movimentar o braço com a cabeça de leitura/escrita; – Formatar os trilhos, etc.

• Para dar cada um destes comandos é preciso escrever os parâmetros necessários nos registos do controlador

• O motor da floppy não deve estar continuamente em funcionamento

• Muitas das acções decorrem assincronamente à execução do CPU: – esperar a sua terminação num ciclo;– usar interrupções.

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Modelo em Camadas de um SO

• Estratégia típica na resolução de problemas complexos (outro exemplo, são as redes de computadores)

• Vantagens deste modelo: – Decomposição: um problema

“intratável” é decomposto em problemas solúveis -- estratégia de Júlio César: dividir para conquista;

– Modularidade: é relativamente fácil acrescentar funcionalidade ou alterar a implementação, desde que se preservem as interfaces.

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SO como uma Máquina Virtual

• O SO fornece às aplicações uma máquina virtual: – Mais fácil de usar que o HW; – Independente do HW.

• Por exemplo, Linux funciona em computadores com arquitecturas diferentes. Para os programadores e utilizadores a arquitectura do computador é essencialmente indiferente. Tanto faz se o computador é um PC ou uma Workstation.

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O SO como um Gestor de Recursos

• Durante a sua execução, os programas fazem uso de recursos (CPU, memória, disco, . . . )

• A maioria dos “computadores” executa várias aplicações em simultâneo: – O SO gere os recursos dum computador, facilitando a sua

partilha entre diferentes aplicações. – As aplicações não podem aceder directamente aos recursos

(todo o acesso é mediado pelo SO): • Evita­se que as aplicações interfiram na gestão dos recursos.

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Abstracções Oferecidas por um SO

• Algumas abstracções fundamentais suportadas por um SO são: – Utilizador (em especial em sistemas interactivos);– Processo (programa em execução); – Ficheiro (repositório de informação);– Directório (ficheiro especial que contém outros

ficheiros).

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Utilizador

• Inclui entre outros os seguintes atributos: – nome (username); – identidade (userid ); – grupos (groupname e groupid ).

• Em sistemas multiutilizador, o conceito de utilizador é central para protecção de recursos (p.ex. ficheiros)

• Cada utilizador/grupo tem diferentes permissões• Utilizador especial: Administrador• O utilizador pode estar associado não só a uma

pessoa como a uma função, p.ex. correio electrónico

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Processo

• Representa um programa em execução. • Actualmente, quase todos os sistemas operativos são

multi­processo (Linux, Windows2000, WindowsMe): – Um computador pode executar vários programas ao

“mesmo tempo”.• Um processo está associado a um utilizador, o seu

dono: aquele que invoca o programa correspondente. – A identidade do utilizador dono do processo determina os

recursos a que um processo pode aceder, bem como o tipo de operações que pode realizar sobre esses recursos.

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Ficheiros / Directórios

• Representam uma fonte/poço de informação. • Suportam três operações: Leitura, Escrita e Execução• Tipicamente organizados duma forma hierárquica,

usando directórios: – Ficheiros que contém outros ficheiros.

• Cada ficheiro/directório tem um utilizador que é o seu dono: – Utilizado no controlo de acessos.

• Abstraem não só ficheiros como também dispositivos de E/S.

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Serviços de um SO

• Suportam as abstracções oferecidas pelo SO• Gerem os recursos do sistema • Por exemplo:

– Gestão de processos; – Gestão de memória; – Gestão de ficheiros e directórios; – Gestão de dispositivos de entrada/saída; – Comunicação através de rede; – Detecção e notificação de eventos; – Autenticação e controlo de acesso.

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Serviços de Gestão de Processos

• Criação e destruição de processos• Suspensão e retoma (continuação) de processos• Mecanismos para:

– Sincronização de processos; – Comunicação entre processos.

• Alteração do dono dum processo• Um processo é essencialmente um programa em

execução, assim estes serviços são de suporte à execução de programas.

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Serviços de Gestão de Memória Principal

• Programas em execução exigem memória: – Para o Código; – Para os Dados.

• O SO tem que gerir a memória: – Alocação e libertação de memória;– Mapeamento de ficheiros na memória principal;– Outras funções usadas internamente pelo SO:

• Partilha da memória física entre diferentes processos e o próprio SO.

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Serviços de Gestão de Ficheiros e Directórios

• Criação e destruição de ficheiros/directórios• Leitura do conteúdo de ficheiros (listagem dos

ficheiros/directórios num directório)• Alteração do conteúdo de ficheiros/directórios• Alteração do nome de ficheiros/directórios• Alteração de atributos (e.g. dono, permissões) de

ficheiros/directórios • Visualização de atributos de ficheiros/directórios

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Serviços de Comunicação em Rede

• Suportam a comunicação entre processos em diferentes computadores: – Estabelecimento e terminação de canais de comunicação; – Configuração e inspecção do estado do canal de

comunicação; – Transmissão e recepção de mensagens.

• De facto, estes mesmos serviços podem ser usados na comunicação entre processos no mesmo computador (sem placa de rede)

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Serviços de Detecção/Notificação de Eventos

• Usados para comunicação: – Entre Processos; – Entre o SO e um processo.

• Tipo de eventos detectados pelo SO:– Expiração de temporização; – Erros internos na execução de processos.

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Serviços “Internos”

• Tipicamente, não são directamente acessíveis às aplicações

• Entrada/Saída (permitem aceder a dispositivos de E/S): – Portas série; – Placas gráficas; – Discos; – Placas de rede.

• Gestão de discos incluindo:– Alocação e libertação de blocos; – Escalonamento dos pedidos.

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Serviços de Autenticação e Controlo de Acesso

• Autenticação: Validar a identidade de um utilizador: – É essencial para proteger o acesso a recursos.

• Controlo de acesso: Limitar o acesso a recursos apenas às entidades autorizadas a faze­lo : – Pressupõe autenticação; – É um serviço transversal: abrange todos os outros serviços.

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Sistemas Operativos Windows

• Diversos Sistemas Operativos da Microsoft para Computadores Pessoais:– Windows 95 / 98 / ME– Windows NT Workstation/ Windows 2000– Windows XP

• Características:– estruturas diferentes– ambientes de trabalho praticamente idênticos

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Slide Nº 21

A Evolução dos SOs da MicrosoftMSMS--DOSDOS - Sistema Operativo

1981

1995

PC-DOS

MS-DOS 6.2

Hardware

Núcleo

Shell

Utilizador + Aplicações

WindowsWindows - Programa que fornece umAmbiente de Trabalho (gráficográfico)

1985

1990

Windows 1.0

Windows 3.0 Windows 3.2

Hardware

MS-DOS

Windows

Utilizador + Aplicações

Windows for Workgroups

Programa de Aplicação

Sistema Operativo

Fase 1:

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Windows 3.xx

Os íconesícones simbolizam ficheiros (dados/aplicação) e directorias

facilitando o facilitando o manuseamento de aplicaçõesmanuseamento de aplicações

Classificação: Software de Aplicação e não Sistema Operativo

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Slide Nº 23

Sistemas Operativos WindowsWindows 9519951990 Windows NT

(New Technology)

Vocacionado para trabalhar em redes ou estações de trabalho

de “grande” capacidade

É um S.O. (não um ambiente) vocacionado para trabalhar em

computadores pessoais

Hardware

Windows 95

Utilizador + Aplicações

WindowsNT

Utilizador + Aplicações

Hardware

Slide Nº 24

Windows XP

Windows 2000 (Servidor / Cliente)

Windows NT1990

Windows NT 4.01997

1999

. . .Windows 951995

Windows 981998

Windows CE

Servidor

Cliente

Windows XP2002

Windows ME