Introdução a Sistemas Operacionais

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Adão de Melo Neto

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

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

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

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

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).

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

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

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).

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.

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.

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

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

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)

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

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

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

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

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

Sistemas Operacionais de Rede

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Permitem que uma estação compartilhe seus recursos como impressora, diretório com as demais estações da rede.

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

Concorrência

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Concorrência

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)

TÉCNICAS QUE PERMITEM A

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TÉCNICAS QUE PERMITEM A CONCORRÊNCIA

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

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

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

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

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.