SYMBIAN OS
SO PAULO2014Sumrio1.Introduo32.Desenvolvimento42.1.Processos e
Threads42.2.Deadlocks52.3.Kernel62.4.Entrada e Sada
(I/O)82.5.Sistemas de Arquivos112.6.Gerenciamento de
Memria123.Concluso134.Referncias Bibliogrficas14
1. Introduo
O Sistema Operacional Symbian, muito popular em aparelhos mveis
Nokia, apresenta uma arquitetura multitarefa robusta de 32 bits.
Suas linguagens de programao so C e Java.A histria do Symbian comea
em 1984 com uma empresa inglesa de nome Psion, que produzia o Psion
Series 5, um computador de mo com processamento modesto, mas que
portava um excelente sistema operacional prprio que fazia bom uso
da memria e proporcionava um incrvel desempenho, o EPOC 32. Movido
a duas pilhas AA que duravam at 30 horas, o dispositivo possua uma
bateria de Backup para preservar os dados durante a troca e cartes
Compact Flash de at 128 MB para expandir a memria.O EPOC 32 possui
aplicativos instalados como processadores de texto, planilhas;
gerenciadores de contatos, agenda, calculadora e claro, leitor de
e-mails e navegador (caso possusse um modem serial).Os lanamentos
seguintes da marca Psion no obtiveram o sucesso esperado, fazendo
com que a empresa parasse de produzir aparelhos em 2000.
Entretanto, o EPOC sobreviveu, originando assim o Symbian OS. Em
2008, a Nokia (que possua 48% das aes) comprou o sistema, incluindo
os seus direitos.Os cinco pontos chaves do Symbian OS so: pequenos
dispositivos mveis, o mercado de massa, conexo wireless ocasional,
variedade de produtos e plataforma aberta para desenvolvimento de
terceiros. A famlia Symbian se divide em duas plataformas
principais: S60 (encontrada em celulares LG e Samsung) e UIQ
(Sony-Ericsson e Motorola). Existem ainda outras verses, como S40,
que anterior ao S60, acompanhando geralmente celulares com
hardwares menos robustos; MOAP (Mobile Oriented Applications
Platform), exclusivo para os japoneses, contando com uma interface
fechada que no permite o desenvolvimento de softwares de terceiros;
dentre outros. As quatro plataformas citadas so, na realidade,
interfaces que rodam a partir do Symbian, que o sistema
operacional. S40, S60 e UIQ so interfaces parcialmente
compatveis.Atualmente a Nokia foi comprada pela Microsoft em uma
tentativa de conter os concorrentes, o que implicar no fim da
plataforma Symbian dentro dos prximos anos.
2. Desenvolvimento2.1. Processos e ThreadsPara o Symbian os
processos so conjuntos de threads agrupados em uma nica estrutura
de controle de blocos de processos, com um nico espao de memria. A
princpio temos uma thread principal marcada como o ponto de partida
do processo, vale ressaltar tambm que as threads compartilham
parmetros de escalonamento, ou seja, se ocorrer alguma mudana em
relao ao mtodo de escalonamento, todos os parmetros, referentes as
threads, vo mudar. As threads compartilham, tambm, objetos de espao
de memria, ou seja, dispositivos e outros descritores de objetos.
Ento, por fim, quando um processo finalizado, o ncleo elimina todas
as threads no processo. Abaixo temos um circulo de vida de uma
thread para melhor compreenso.
Imagem 1 Circulo de vida de uma thread, incluindo seu
estado.
2.1.2 Objetos ativosOs objetos ativos so threads especializadas
que so implementadas visando aliviar a carga que elas impem sobre o
ambiente operacional. A princpio difcil ver a utilidade de algo
assim, mas eles so muito interessantes, vamos considerar o
escalonamento. Enquanto eles esperam por eventos, todos esses
objetos ativos ficam em um nico processo e podem atuar como uma
thread para o sistema. Qual o resultado disso? Uma quantidade menor
de verificaes de threads e um desempenho mais rpido, o que crucial
em sistemas para smartphones.2.1.3 ComunicaoEm um ambiente com
vrias threads, a comunicao entre processos , no mnimo, fundamental.
Um soquete, um pipeline de comunicao abstrata entre dois pontos, o
modelo mais bsico usado pelo Symbian. Ele usa semforos amplamente,
o que proporciona a sincronizao de processos e threads.
2.2. Deadlocks
O Symbian se trata de um sistema multitarefa preemptivo. Com
isso, podemos inferir que, por ser preemptivo, o tratamento de
deadlocks realizado com o uso de escalonamento, ou seja, cada
processo possui um espao de memria reservado para ele,
impossibilitando a execuo de um novo processo no lugar de outro.
Alm disso, cada processo recebe tambm uma prioridade do sistema.
Nisto, o sistema que decide de o processo ser executado ou no. Isto
pode ser reforado pela utilizao de Active Objects, ou objetos
ativos, pelo sistema. Os objetos ativos podem ser utilizados para
gerar o processamento cooperativo, que simula a existncia de vrias
threads. Eles funcionam da seguinte maneira: um thread qualquer
possui um escalonador ativo. Este escalonador, ento, fica espera de
novos eventos. Quando ocorre um evento, invocado o objeto ativo que
precisava deste evento. Quando este evento tratado, o escalonador
volta a esperar pela ocorrncia de outros eventos a serem tratados.
O problema que, uma vez que os objetos ativos so tratados ao mesmo
tempo, cooperando uns com os outros, ainda h o risco de uma tarefa
bloquear todo o processo, ou seja, ocorre um deadlock. Assim, deve
se tomar cuidado neste aspecto.Mesmo assim, os deadlocks podem
ocorrer, mesmo que raramente, mas o sistema traz algumas formas de
minimizar a ocorrncia deles, citadas acima.
2.3. KernelO kernel do Symbian baseado no mesmo kernel do S.O.
do Psion Series 5. O EKA1 (EPOC Kernel1), como era chamado,
representa toda a base do sistema, possuindo recursos importantes
como a proteo de memria e a multiprogramao preempitva. Era um
microkernel, pois trata-se de um kernel voltado a dispositivos com
hardware mais modesto, o que o caso dos smartphones equipados com
Symbian. Este kernel foi usado at a verso 7.0 do Symbian OS.
Entretanto, ele trazia alguns problemas: a comunicao entre os
objetos era lenta, afetando o desempenho do sistema, pois esta
comunicao era feita atravs da troca de mensagens. Assim, na verso
8.0, surgiu o kernel EKA2, que pretendia corrigir as falhas
trazidas na verso anterior, trazendo 3 principais inovaes:1.
Suporte do sistema de tempo real: essa funcionalidade permite que
os processos que exigem a prioridade em tempo real tenham um tempo
limite maior.2. Mltiplos fluxos de execuo: o kernel agora faz a
gesto dos mltiplos fluxos de execuo, junto com a dos mltiplos
processos.3. Nanokernel: o nanokernel simplifica a superviso dos
fluxos de execuo e excluses mtuas. Porm, ele no aceita a alocao de
memria dinmica. Mesmo assim, ele capaz de trazer um desempenho
melhor em relao ao microkernel, pois ele traz apenas as funes
bsicas do sistema dentro dele, deixando outras funes mais
sofisticadas para um segundo nvel do ncleo do sistema.
Imagem 2 Camadas do Kernel do SymbianEste kernel tambm traz um
recurso importante, os chamados Dinamic Link Libraries, tambm
chamados de DLLs. As DLLs so bibliotecas acopladas a memria do
sistema, trazendo funes bsicas para as aplicaes. O Symbian traz
mais de 100 DLL's em um smartphone comum. Para se ter uma ideia da
importncia delas, na verso 9 do sistema, a interface grfica formada
totalmente por DLLs. Existem dois tipos de DLLs: as estticas (funes
mais simples do sistema) e as polimrficas (so como plug-in's para
os aplicativos).O kernel do Symbian OS foi construdo pensando-se em
2 aspectos importantes que um smartphone deve ter: a possibilidade
se executar vrios servios ao mesmo tempo e, simultaneamente,
disponibilizar um ambiente similar a um Desktop comum. Por conta
disso, ele possui uma estrutura mais complexo do que os sistemas
convencionais. A nvel de administrador, a estrutura do Kernel
possui os seguintes componentes: PDD (Physical Device Driver):
responsvel pela comunicao direta com o hardware do aparelho; LDD
(Logical Device Driver): trata da interface de com os nveis
superiores do software. Os drivers de dispositivos encontrados no
sistema so formados pelo LDD e tambm pelo PDD. ASSP (Application
Specific Standard Product): pode realizar a comunicao direta com o
processador do dispositivo, podendo fazer diversas funes, como o
controle do acesso direto memria, a realizao de interrupes, a gesto
de energia do aparelho, etc. RTOS (Real Time OS): basicamente,
atravs de uma ligao direta com o hardware, ele implementa as
funcionalidades que possibilitam que um aparelho possa realizar
operaes telefnicas, ou seja, implementa as funes de GSM no celular.
Memory Model: este modelo diz como a memria organizada e como o
S.O. poder funcionar com ela. Nanokernel: executa as partes mais
bsicas do sistema. Symbian OS Kernel: implementa os diversos Memory
Model (modelos de memria) do sistema.A nvel de usurio, a estrutura
do Kernel possui os seguintes componentes: Microkernel Servers:
componente responsvel por realizar a requisies das operaes para
rodar em modo Kernel, ou seja, em nvel de administrador. HAL: o
Hardware Abstraction Layer, como j diz o nome, camada de abstrao do
hardware. Ele oferece o suporte a diversos recursos de multimdia ao
dispositivo, como o udio, vdeo, tecnologias de acelerao de
reconhecimento de voz, entre outros.Os outros componentes
executados a nvel de usurio so bibliotecas do sistema e threads a
nvel de usurio (User Thread).
2.4. Entrada e Sada (I/O)
A estrutura de entrada/sada do Symbian bastante semelhante a de
outros sistemas operacionais comuns. Essa estrutura tem como
principais caractersticas, as seguintes: Drivers de Dispositivos:
como na maioria dos S.O., os drivers permitem o acesso do software
ao hardware. O driver executado em modo Kernel, para que seja
possvel que ele permita a utilizao de recursos protegidos pelo
sistema por um cdigo do nivel de usurio requisitante. Um driver em
Symbian dividido em 2 setores: LDD: O Logical Device Driver
trata-se de um driver de dispositivo lgico, o qual realiza a
interao com as camadas mais altas do software. Ele pode ser
utilizado para um conjunto especfico de dispositivos, ou seja, pode
ser usado o mesmo driver de dispositivo lgico para um conjunto de
aparelhos semelhantes. PDD: O Physical Device Driver trata-se de um
driver de dispositivo fsica, responsvel pela comunicao direta com o
hardware do dispositivo. Diferentemente do LDD, ele deve sempre
mudar de acordo o dispositivo, ou seja, ele no poder ser usado para
um conjunto de aparelhos semelhantes. Assim, podemos inferir que 2
dispositivos semelhantes podem ter o mesmo LDD, porm, possuiro PDDs
diferentes.O Symbian oferece uma facilidade de implementao de novas
funes ao sistema. Assim, se o sistema no apresentar LDD's e PDD's,
possvel adicion-los atrves de aplicaes de usurio, sendo que a
necessidade de implementao dos mesmos detectada pelo sistema.
Extenses de kernel: so casos diferenciados de drivers de
dispositivos. Isso se deve ao fato de que eles so carregados na
inicializao do sistema. Portanto, eles so tratados de forma
diferente do sistema em relao aos drivers convencionais do Symbian.
So especialmente direcionados a alguns dispositivos. A maioria
destas extenses adicionada ao sistema como LDDs, trazendo junto com
eles os PDDs, e podem ser executados conforme as aplicaes do usurio
solicitarem.De forma geral, as extenses so montadas no momento em
que o sistema inicializado, para s depois que o escalonador do
sistema esteja ativo, serem carregadas e iniciadas, prontas para
serem utilizadas. Elas podem trazer diversas funes bastante
importantes, como, por exemplo, o gerenciamento de monitor, o DMA,
o controle dos perifricos do dispositivo (como a entrada USB,
encontrado em muitos aparelhos Symbian), entre outros.
Geralmente, as extenses so usadas principalmente para que as
funes que trazem consigo no precisem que o kernel seja recompilado
para poderem serem montadas e executadas. Por exemplo, quando so
necessrios drivers para dispositivos especficos, que, geralmente,
no so encontrados dentro do kernel. Outro motivo, que, por conta do
Symbian ser um sistema orientado a objetos, estas funes representam
bem a abstrao, que uma caracterstica encontrada em sistemas
orientados a objetos.
DMA (Direct Memory Access): a possibilidade de se ter o acesso
direto a memria do sistema por um dispositivo. um recurso bastante
utilizado pelos drivers de dispositivos, de forma geral. No
Symbian, suportado o uso de hardware de DMA, que nada mais do que
um controlador de canais de DMA, sendo que cada canal oferece um
meio de comunicao entre o dispositivo e a memria (o que evidencia o
conceito de DMA) unidirecional, ou seja, em apenas uma direo. Ou
seja, se for preciso que ocorra uma comunicao em duas direes
(bidirecional), preciso ter 2 canais pra que isso seja possvel. Um
exemplo disso que para um controlador LCD de tela em um sistema,
Symbian realizar o DMA, so necessrios 2 canais de DMA, pois
necessria uma comunicao bidirecional. Podem tambm existir canais
DMA de uso geral no sistema.Esta comunicao ocorre da seguinte
maneira: no momento em que os dados de uma aplicao so transferidos
para a memria do sistema, uma interrupo disparada. Em seguida, o
hardware do DMA oferece este servio de DMA ao PDD, que usado no
dispositivo transmissor (responsvel por criar a interface com o
hardware). Nisso, so criadas duas camadas de software, entre o PDD
e controlador de DMA: uma extenso do kernel que faz a interface com
o hardware de DMA e a camada de DMA de software. Esta ltima camada
tambm se divide em 2 outras camadas: a camada de DMA dependente da
plataforma e a camada de DMA independente da plataforma.A camada de
DMA, por se tratar de um driver bastante importante, um dos
primeiros a serem iniciados no sistema.Infelizmente, o suporte ao
DMA no Symbian dificultoso, por que este sistema suporta diversas
configuraes de hardware diferentes, e o DMA no possui uma
configurao unificada para todos os tipos de hardware. Pensando
desse modo, o Symbian traz uma forma de burlar esta
dificuldade.Cada fabricante traz as extenses de kernel e a camada
dependente de plataforma nica para o seu dispositivo, sendo que a
interface com o hardware do DMA acoplada a camada independentemente
da plataforma. O diferencial aqui que o hardware de DMA tratado
como se fosse um dispositivo comum, que traz consigo um driver de
disposto convencional, trazendo o seu LDD e o seu PDD. Isto vai de
acordo com a forma como o Symbian abrangente no quesito de suporte
a diversos dispositivos diferentes.
Existem tambm casos especiais, que tambm so tratados pelo
Symbian: Mdia de armazenamento: o sistema Symbian oferece suporte a
dispositivos de armazenamento fixos e removveis, podendo dar
suporte a at 26 unidades distintos ao mesmo tempo, apenas
diferenciando-as por letras, de forma semelhante a sistemas
Windows. Isso deve a um tipo especial de driver, chamado driver de
mdia, que nada mais do que um PDD que usado apenas pelo servidor de
arquivos, o qual possibilita o acesso dos dispositivos das mdias de
armazenamento. Estes ltimos devem suportar uma grande gama de forma
de armazenamento. Por padro, o Symbian, para poder suportar este
tipo de mdia, inclui um LDD-padro e uma interface API para
usurios.
Bloqueio de E/S: o sistema Symbian utiliza os objetos ativos
como um meio de bloquear a entrada/sada de dados. Isso se deve ao
fato de que objetos ativos, diferentemente das threads comuns, so
coordenados por um nico escalonador e implementados dentro de
apenas um thread, sendo que as suas chamadas bloqueantes so
tratadas pelo sistema operacional. Levando isso em conta, se
ocorrer uma chamada bloqueante de E/S, este objeto ativo ir avisar
o sistema e ir se suspender. Ao trmino da chamada, o processo
suspenso acordado e continua a ser executado. Na verdade, os
objetos ativos possuem uma perspectiva diferente: eles chamam uma
funo especial que dever ser retorna imediatamente. Ou seja,
chamando uma funo para o bloqueio de E/S, o bloqueio imediato,
enquanto isso, o S.O. continuar esperando o trmino da chamada
bloqueante.
Mdia removvel: este requisito bastante difcil de se tratar em um
S.O., pois, ao ser inserido no aparelho, ele tratado com um
dispositivo comum. Ento, o Symbian levou em conta uma srie de
similaridades entres as mdias removveis em seu projeto: eles podem
ser inseridos e removidos; podem ser removidos mesmo quando
estiverem em uso; cada uma pode reportar as suas capacidades; os
cartes incompatveis com o sistema devem ser rejeitados e que cada
carto precisa de energia.Pensando nisso, o Symbian traz em seu
interior controladores de software que gerenciam cada um destes
dispositivos removveis que so suportados pelo sistema. Estes
controladores trabalham com drivers especficos para cada tipo de
carto, isso tambm a nvel de software. Quando um carto inserido no
aparelho, criado um objeto soquete que passa a se comportar como um
canal por onde os dados navegam. Quando ocorre alguma mudana de
estado, o Symbian retorna uma srie de eventos que s so iniciados
com esta mudana. Para isso, estes drivers so configurados como
objetos ativos, para pode trabalhar com esses eventos.
2.5. Sistemas de Arquivos
O Sistema Operacional Symbian suporta dois sistemas de arquivo:
FAT32 (File Allocation Table - Tabela de Alocao de Arquivos), que
compatvel com o Windows e funciona a partir de uma tabela que
indica a localizao dos dados de cada arquivo (o 32 faz referncia ao
endereamento em 32 bits); e o LFFS (Logging Fast File System).O
Symbian OS permite ainda implementaes de Sistemas de Arquivos
atravs de uma interface no estilo plug-in, alm de suportar FAT16,
NTFS e outros formatos de carto de memria.Utiliza-se o Flash Disk
como um disco rgido para a manipulao e escrita de dados, que pode
ser realizada tanto sistema de arquivos quanto pelo utilizador do
Sistema Operacional.O Symbian possui para o Sistema de Gestor de
Pacotes (Package management system) os formatos .sis e .sisx.
Enquanto os arquivos de formato .sis fazem referncia as verses
antigas do sistema operacional (anteriores ao Symbian 8.1), os
arquivos com terminao .sisx funcionam em sistemas operacionais
Symbian de Terceira Gerao (Symbian S60 3rd Edition) que comeam a
partir da verso 9.1.Arquivos do formato .sis ainda podem funcionar
em verses mais recentes do Symbian, embora o seu funcionamento no
seja totalmente garantido.
2.6. Gerenciamento de Memria
Como sabemos, o armazenamento nos smartphones limitado, o modelo
de memria restrito e no usa um esquema de memria virtual ou de
espao de troca de gerenciamento, ou seja, tem suas limitaes. Porm,
o fato de no possuir memria virtual no quer significa a ausncia de
gerenciamento de memria, essa ausncia significa apenas que as
pginas no podem ser trocadas nas memrias enviadas para
armazenamento externo, porm, as pginas no so substitudas, mas as
que esto sendo trocadas so apenas descartadas. O gerenciamento de
memria flash consiste nas seguintes tarefas:1. Gerenciamento do
tamanho de aplicaes:O tamanho de uma aplicao tem um efeito decisivo
em como a memria usada.2. Gerenciamento do heap:O heap, espao para
alocao dinmica de memria, possui tamanho limitado nas plataformas
desse tipo, e deve ser gerenciado com rigor.3. Execuo local:Aqui a
memria mapeada no espao de endereamento virtual e os programas so
executados diretamente dela, sem que antes tenham que ser copiados
para a RAM, isso faz com que a aplicao inicie instantaneamente, e o
melhor de tudo, no ocupa a RAM, que costuma ser bem pequena em
dispositivos mveis.4. Carregar DLLs:Pode no parecer, mas a escolha
do momento que as DLLs so carregadas podem influenciar no
desempenho de um sistema. mais aceitvel carreg-las enquanto a
aplicao estiver iniciando, pois mais confortvel esperar para a
aplicao iniciar do que atrasos na execuo.5. Transferncia do
gerenciamento de memria para o hardware:Se existe uma MMU (unidade
de gerenciamento de memria, um dispositivo de hardware que traduz
endereos virtuais em fsicos) ela utilizada em sua capacidade
total.
3. Concluso
O Symbian, embora j esteja beira da morte, foi um sistema
operacional eficiente e de custo popular. Com o passar do tempo,
passou a ser substitudo por outros sistemas mveis que possuam um
maior nmero de aplicativos, embora nem mesmo o Android tenha
conseguido repetir o seu excelente projeto de baixo consumo de
energia.
4. Referncias Bibliogrficas
TANENBAUM, Andrew S. Sistemas Operacionais Modernos. 3. ed. So
Paulo: Pearson, 2010.
http://www.oficinadanet.com.br/artigo/outros_sistemas/sistema_operacional_symbian_os
http://www.allaboutsymbian.com/
http://www.hardware.com.br/dicas/celulares-nokia.html
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