III – Estrutura do Sistema Operacional 1.Introdução 2.Funções do Núcleo 3.Modo de Acesso 4.Rotinas do S.O. e System Call 5.Chamada a Rotinas do S.O. 6.Linguagem

III – Estrutura do Sistema Operacional


Sistemas OperacionaisIII – 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



1. Introdução

S.O.Conjunto de rotinas que oferece serviços aos usuários e às suas aplicações

NúcleoKernel

Ferramentas que acompanham o S.O.:

UtilitáriosLinguagens de comando



1. Introdução

Aplicações UtilitáriosLinguagem

de Comando

Rotinas do Sistema Operacional

Hardware

USUÁRIOS

Kernel



2. Funções do Núcleo

Seu funcionamento é diferente de uma aplicação convencional.

• As rotinas são executadas sem ordem predefinidas, com base em eventos dissociados do tempo (eventos assíncronos);

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



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.



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

Para um sistema multiprogramável há problemas relativos à segurança como:Considerando a utilização de mais de um usuário utilizando os mesmos recursos:

Exigências: O S.O. garante a confiabilidade dos recursos concorrentes de todos os programas e dados bem como da sua integridade fazendo:

Memória ProcessadorDispositivos de E/S




• Compartilhamento da CPU.

• Reserva de memória para dados e códigos armazenados, implementando mecanismos de proteção.

• Para o caso em que diferentes programas compartilhem a mesma área de memória, o S.O. deve oferecer mecanismos para que a comunicação seja realizada de forma sincronizada e controlada, evitando inconsistência das informações.




• O armazenamento simultâneo em disco também é .

• Para a solução de diversos problema originados pelo ambiente multiprogramável, o S. O. deve implementar mecanismos de proteção que controlem o acesso concorrente aos diversos recurso do sistema.



3. Modo de AcessoO sistema operacional deve permanecer protegido, pois, uma vez corrompido, os processos ficarão inadequados.

Em geral os processadores possuem dois modos de acesso: Modo Usuário Modo Kernel



3. Modo de Acesso

Modo Usuário: é o modo não privilegiado com acesso a um número reduzido de instruções

Modo Kernel: Acessa o conjunto total de instruções do processador.

O modo de acesso é determinado no registrador de Status do processador que indica o modo de acesso corrente. Através deste registrador o hardware verifica se as instruções podem ou não ser executada.



4. Rotinas do S.O. (RSO) e System CallAs RSO compõem o núcleo do S.O. oferecendo serviços aos usuários e suas aplicações.

Possuem instruções privilegiadas

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

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



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 programa chamador.

Este mecanismo de proteção por software é previamente definido pelo administrador do sistema.

Havendo privilegio, o processo ocorre conforme figura abaixo.




Salva Contexto dos Registradores

Altera o modo do processador para

Kernel

Altera o modo do processador para

Usuário

Restaura Contexto dos Registradores

Syste

m ca

ll

Aplicação

Rotina do S.O.

Modo kernel

Mod

o U

suár

io




Instruções privilegiadas executadas no modo usuário são bloqueadas por hardware para solicitação de acesso à disco, o mecanismo de system call verifica se a aplicação possui privilegio.

Em caso positivo, o modo usuário do processador é alterado para kernel, executa-se a rotina de acesso e posteriormente retorna-se o modo para kernel.

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



5. Chamada a Rotinas do S.O.As chamada a RSO seguem o seguinte esquema.

Rotinas do S.ONúcleo do S.O. Hardware

Aplic

ação

System Call

System Call Típico do Unix

System Services OpenVMS

API (Aplication Program Interface) Ms Windows



5. Chamada a Rotinas do S.O.

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

Função: SystemTimeToDateTime converte a hora para o formato DataHoraT do Delphi e em seguida 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 sistema em uma janela previamente criada.




As rotinas do sistema podem ser divididas por grupos de funções.

Funções do System CallFunções System Call

Gerencia de processos e threads

• Criação e eliminação de processos e threads

• Alteração das características de processos e threads

• Sincronização e comunicação entre processos e threads

• Obtenção de informações entre processos e threads

Gerencia de Memória

• Alocação e desalocação de memória




Funções do System CallFunções System Call

Gerencia de Sistemas de arquivos

• Criação e eliminação de arquivos e diretórios

• Alteração das características de arquivos e diretórios

• 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




Cada S.O. possui o seu próprio conjunto de rotinas, com nomes, parâmetros e formas de ativação específicos.

A aplicação de um S.O. não são portadas diretamente para outro S.O. sem correção do programa fonte.




Houve uma tentativa de padronização pelos institutos ISO (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 várias versões do Unix.

O PROXI estabeleceu uma biblioteca padrão.

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



6. Linguagem de Comandos

É a linguagem que permite a comunicação do usuário de forma simples como o S.O., permitindo, portanto, a execução de tarefas simples como:

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

sistema




Cada S.O. possui sua própria linguagem de Comandos:

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

Exemplos para comandos do MS WindowsComando Descriçãodir Lista conteúdo do diretóriocd Altera diretório defaulttype Exibe conteúdo do arquivodel Elimina arquivosmkdir Cria um diretóriover Mostra versão do windows




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, o interpretador de comandos é flexível.




Usuário

Linguagem de Comandos Interface Gráfica

Sistema Operacional

HardwareBach ou shell scripts

Possibilitam a automatização de tarefas.



7. Ativação/Desativação do SistemaO S.O. reside no HD (ou DVD ou CD ou

pendrive. É carregado no momento que se liga o

computador pelo procedimento denominado ativação do sistema (boot).

O programa boot loader é carregado endereço fixo da ROM Chama

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



7. Ativação/Desativação do Sistema

Verifica dispositivo de armazenamento onde há um S.O. residente – não havendo, é apresentada uma mensagem de erro e a ativação é interrompida.

Sendo encontrado, um conjunto de instruções é carregado para a memória e localizado em um bloco específico (boot sector)




Além da carga, executa-se arquivos de inicialização onde são especificados procedimentos de customização e configuração de hardware e software específicos para o ambiente.

S.O.

S.O.

Memória Principal




A maioria dos S.O.’s possuem procedimento de desativação (shutdown) que garante a integridade do mesmo.



8. Arquiteturas do NúcleoProjeto:

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

• Confiabilidade• Portabilidade• Fácil manutenção• Flexibilidade• desempenho

Podem ser conflitantes



8. Arquiteturas do Núcleo

Projeto:Depende da arquitetura do hardware e do

tipo de sistema que se deseja construir.

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




Os primeiros S.O. possuiam 1 milhão de instruções em Assembly;

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

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

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




A desvantagem é que há perda de desempenho.

Consequentemente os devices drivers, escalonador e rotinas de tratamento de interrupção são desenvolvidos em assembly.

Tendência atual Orientação ao objeto

Benefícios:




Benefícios:

• Melhoria de organização das funções e recursos do sistema;

• Redução do tempo de desenvolvimento;

• Maior facilidade na manutenção e extensão do sistema;

• Facilidade na implementação do modelo de computação distribuída.




Arquitetura MonolíticaConstituída de vários módulos compilados

separadamente e posteriormente linkados formando um grande e único programa onde os módulos podem interagir livremente

Seu desenvolvimento e manutenção são bastante difíceis.

Exemplo: MS-DOS, primeiros Unix




Arquitetura Monolítica




Arquitetura de CamadasÉ dividida em níveis sobrepostos.

Cada camada possui um conjunto de funções que podem ser utilizadas apenas pelas camadas superiores.

Exemplo: THE (Thechnische Hogeschool Eindhoven)

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

concêntricas.




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.





Atualmente a maioria dos S.O.’s possuem apenas duas camadas: usuário (não privilegiada) e kernel (privilegiada).

Exemplo: maioria das versões do Unix e MS Windows




Máquina Virtual

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

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

Desvantagem: Complexidade




Máquina Virtual




Arquitetura Microkernel

Função Principal





Constituída por um núcleo menor e mais simples.

Os serviços são disponibilizados através de processos onde cada um é responsável por oferecer um conjunto de funções:

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





É um modelo cliente servidor.

Cliente solicita

Servidor responde

Nesta arquitetura os servidores não possuem acesso direto a certos componentes do sistema. Apenas o núcleo executa no modo kernel.



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