Resumo de S.O.
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Resumo de S.O. Resumo de S.O. Presentation Transcript

  • Sistemas Operacionais Profa. Regina Borges de Araujo Livro Texto• Sistemas Operacionais Modernos. Tanenbaum, A., Pearson – Prentice Hall, 2003 Outras Referências• Operating Systems – Deitel, H., Deitel, P. & Choffnes, D., 3rd edition, Pearson, Prentice Hall, 2003• Sistemas Operacionais – Conceitos e Aplicações. Silberschatz, Galvin & Gagne,Editora Campus, 2001 Informações sobre o curso http://www.dc.ufscar.br/~regina/apresentaso.html 1
  • Capítulo 1 Introdução1.1 O que é um sistema operacional1.2 História dos sistemas operacionais1.3 O zoológico de sistemas operacionais1.4 Revisão sobre hardware de computadores1.5 Conceitos sobre sistemas operacionais1.6 Chamadas ao sistema1.7 Estrutura de sistemas operacionais 2
  • Introdução• Um sistema computacional consiste em – hardware – programas do sistema – programas de aplicação 3
  • O que é um Sistema Operacional• É uma máquina estendida – Oculta os detalhes complicados que têm quer ser executados – Apresenta ao usuário uma máquina virtual, mais fácil de usar• É um gerenciador de recurso – Cada programa tem um tempo com o recurso – Cada programa tem um espaço no recurso 4
  • História dos Sistemas Operacionais (1)• Primeira geração 1945 - 1955 – Válvulas, painéis de programação• Segunda geração 1955 - 1965 – transistores, sistemas em lote• Terceira geração 1965 – 1980 – CIs e multiprogramação• Quarta geração 1980 – presente – Computadores pessoais• Quinta geração – a partir do ano 2000 – Computação ubíqua 5
  • História dos Sistemas Operacionais (2) Segunda geração 1955 - 1965Antigo sistema em lote (a) traz os cartões para o 1401 (b) lê os cartões para a fita (c) e (d) coloca a fita no 7094 que executa o processamento (e) e (f) coloca a fita no 1401 que imprime a saída 6
  • História dos Sistemas Operacionais (3)Estrutura de um job FMS típico – 2a. geração 7
  • História dos Sistemas Operacionais (4) Terceira geração 1965 – 1980 • Sistema de multiprogramação – Três jobs na memória • Spooling • Compartilhamento de tempo 8
  • História dos Sistemas Operacionais (5) Quarta geração 1980 – presente• Intel 8080 - CP/M – domínio de 5 anos - popularização dos PCs• IBM projeta o IBM/PC, DOS/BASIC, MS-DOS• IBM PC/AT/80286 em 1983 (morte do CP/M)• Doug Engelbart inventa GUI (adotada pela Xerox e incorporada em suas máquinas) – LISA (Apple) incorpora GUI – fracasso (alto custo) – Apple MacIntosh – enorme sucesso – MS-GUI: W3.0/3.1/3.11/W95,W98, WMe – W/NT – UNIXGUI: XWindows (MIT), Motif (roda sobre X) 9
  • História dos Sistemas Operacionais (6) Quarta geração 1980 – presente• Sistemas Operacionais de Rede• Sistemas Distribuídos• Internet/WWW – Servidores WWW • Linux, FreeBSD • Solaris – MS/Windows x Linux• Internet 2 – Novas Aplicações (MM, Realidade Virtual) 10
  • História dos Sistemas Operacionais (7) Quinta geração – a partir de 2000 Computação Ubíqua “É a visão de um mundo no qual o custo do poder computacional e das comunicações digitais tornam-se tão baratos a ponto de poderem ser embutidos em todos os objetos que nos cercam no dia-a-dia” Frank Stajano, 2003 – Cambridge University 11
  • História dos Sistemas Operacionais (8) Quinta geração – Computação Ubíqua 12
  • O Zoológico de Sistemas Operacionais (1)• Sistemas Operacionais de Computadores de Grande Porte – Capacidade de E/S, processamento de vários jobs de uma vez – Serviços típicos: lote, processamento de transação e tempo compartilhado• Sistemas Operacionais de Servidores – Servem múltiplos usuários de uma vez (compartilhamento de recursos de software e hardware) via rede.• Sistemas Operacionais de Multiprocessadores – Múltiplas CPUs num único sistema (computadores paralelos, multicomputadores ou multiprocessadores)• Sistemas Operacionais de Computadores Pessoais 13
  • O Zoológico de Sistemas Operacionais (2)• Tempo Real – Tempo é o parâmetro chave – Tempo real crítico x não crítico• Embarcados – Pequenos computadores e TVs, celulares, fornos de microondas – Restrições de tamanho, memória e potência (PalmOS, W/CE – Consumer Electronics)• Cartão Inteligente – Restrições extremas de tamanho de memória e poder de processamento – JVM em ROM – S.O. primitivo gerencia desde uma única função até tratamento de múltiplas applets 14
  • Revisão sobre hardware de computadores (1) BusComponentes de um computador pessoal simples 15
  • Revisão sobre hardware de computadores (2)Processadores• Busca, decodifica e executa instruções• Cada UCP tem um conjunto específico de instruções a executar• Tempo de acesso x tempo de execução => leva à necessidade de ter Registradores (PC, ponteiro de pilha, PSW)• S.O. sabe sobre todos os registradores (chaveamento de contexto)• UCPs mais complexas (pipeline, superescalar) => exigem S.Os e compiladores mais complexos• S.O.: modo núcleo (acesso total ao hardware) e modo usuário (subconjunto de chamadas ao sistema para acesso ao hardware)• Programa do usuário obtém serviços do S.O. => Chamadas ao Sistema => TRAP (muda de modo usuário para modo núcleo) 16
  • Revisão sobre hardware de computadores (3)(a) Um pipeline de três estágios(b) Uma CPU superescalar 17
  • Revisão sobre hardware de computadores (4)• Típica hierarquia de memória – números mostrados são apenas aproximações 18
  • Revisão sobre hardware de computadores (5)Memória• Ideal: extremamente rápida, grande e barata => nenhuma tecnologia satisfaz => hierarquia de camadas• Registradores > cache > Memória principal > discos magnéticos > fitas magnéticas• Discos – rotação a 5400, 7200, 10800 rpm – Trilha (dividida em setores) – Setores (512 bytes) – Cilindro – Tempos de disco • de um cilindro ao próximo: 1ms • de um cilindro para um cilindro aleatório: 5 a 10 ms • espera posicionar setor: 5 a 10 ms • R/W: 5 a 160MB/s• Fitas – baixo custo• ROM/EEPROM/FlashRAM (muito mais lento para escrever do que RAM)/CMOS• Memória e multiprogramação (MMU e o S.O. – problemas de proteção e relocação) 19
  • Revisão sobre hardware de computadores(6)Estrutura de uma unidade de disco 20
  • Revisão sobre hardware de computadores (7)(a) um par base-limite (b) dois pares base-limite 21
  • Revisão sobre hardware de computadores (8)(a) Passos para iniciar um dispositivo de E/S e obter uma interrupção(b) Como a CPU é interrompida 22
  • Revisão sobre hardware de computadores (9)Dispositivos de Entrada/Saída• Alta interação com o S.O.• Dispositivo de E/S = dispositivo + Controlador• Dispositivos => interface simples/padronizada IDE/SCSI – controlador IDE acessa qualquer disco IDE• S.O. fala com controlador através dos Drivers de dispositivo• Driver => interage diretamente com o controlador• Driver tem que ser colocado no S.O. e rodar no modo núcleo (religa o núcleo; cria entrada no S.O. e reboot; driver é adicionado “on the fly” – hot plug in USB)• Formas de realizar E/S: – Espera Ociosa: Programa do usuário=> Chamada ao sistema => chamada de procedimento para driver => inicia E/S (espera ociosa até completar) => driver coloca dados (se houver) na memória – Interrupção: idem acima sem espera – controlador gera interrupção – DMA: acesso direto à memória sem a intervenção da CPU 23
  • Revisão sobre hardware de computadores (10)Barramentos• Um barramento só é insuficiente para tratar todo o tráfego => adição de barramentos adicionais (para dispositivos de E/S mais rápidos e maior vazão entre UCP-memória)• Sistema Pentium tem 8 barramentos (cada um com uma função e taxa de transferência diferentes)• S.O. tem que saber sobre todos os barramentos para configuração e gerenciamento => PLUG AND PLAY (MS e Intel)• Antes do plug and Play - cada placa de dispositivo de E/S tinha nível de interrupção fixo e endereços fixos para registradores de E/S 24
  • Revisão sobre hardware de computadores(11) Estrutura de um sistema Pentium 25
  • Revisão sobre hardware de computadores(12)Barramentos• O que fazer quando as interrupções conflitavam? – DIP switches ou Jumpers em cada placa de E/S CAOS• Plug and Play => mecanismo centralizado – sistema coleta automaticamente info sobre todos os dispositivos de E/S – Atribui níveis de interrupção e endereços de E/S – Divulga para cada placa quais são os seus números 26
  • Revisão sobre hardware de computadores(13) Barramento Ciclo Taxa de Transferência ISA 8.33MHz (2 bytes de uma vez) (Industry Standard 16.67MB/s Architecture) PCI 66MHz (8 bytes de uma vez)(Peripheral Component 528MB/s Interconnect) IDE USB 1.5MB/s SCSI 160MB/s 27
  • Revisão sobre hardware de computadores(14)BIOS• Localizado em memória Flash na placa mãe – Pode ser atualizado pelo S.O.• Inicializado no boot – Varre os barramentos ISA e PCI (grava dispositivos plug & play e os legados – se forem diferentes do último boot, configura os novos) – Determina o dispositivo de boot (checa contra lista na CMOS) – Lê primeiro setor do dispositivo de boot e executa – Determina a partição ativa (através de programa que examina a tabela de partição no final do setor de boot) – Um loader secundário de boot é lido da partição ativa – Loader secundário lê o Sistema Operacional da partição ativa para a memória e o inicializa 28
  • Revisão sobre hardware de computadores(15)Atividades Iniciais do Sistema Operacional• Extrai informação de configuração da BIOS• Checa a presença de driver para cada dispositivo de E/S (se não encontra pede ao usuário para inserir disco ou CD- ROM com o software)• Carrega todos os drivers no kernel (núcleo) do S.O.• Inicializa suas tabelas• Cria processos em background• Inicializa programa de login ou uma interface gráfica para cada terminal encontrado 29
  • Conceitos sobre Sistemas Operacionais (1)• Uma árvore de processos – A criou dois processos filhos: B e C – B criou três processos filhos: D, E, e F 30
  • Conceitos sobre Sistemas Operacionais (2)(a) Um deadlock potencial. (b) um deadlock real. 31
  • Deadlocks (Jean Bacon) Dois ou mais processos esperam indefinidamente por algo (um evento?) que pode ser fornecido por apenas um dos processos em espera. Exemplo de deadlock no tráfego Setas = carrosStarvation: Um processo pode ser negligenciado repetidamente.• Com a inanição existe sempre uma forma de resolver a situação• Com o deadlock, uma vez que ele ocorre, não pode ser resolvidoA detecção de deadlock pode ser bem complicada! 32
  • Conceitos sobre Sistemas Operacionais (3)Sistema de arquivos de um departamento universitário 33
  • Conceitos sobre Sistemas Operacionais (4)• Antes da montagem, – os arquivos do disco flexível são inacessíveis• Depois da montagem do disco flexível em b, – os arquivos do disco fazem parte da hierarquia de arquivos 34
  • Conceitos sobre Sistemas Operacionais (5) Exemplo: host> cat arq1 arq2 arq3 | sort > /dev/lpDois processos conectados por um pipe 35
  • Conceitos sobre Sistemas Operacionais (6) Chamadas ao Sistema(Interface entre o S.O. e os Programas do Usuário) Programas do usuário Chamadas ao Sistema Sistema Operacional 36
  • Os Passos de uma Chamada ao Sistema Os 11 passos para fazer uma chamada ao sistema read (fd, buffer, nbytes) 37
  • Algumas Chamadas ao Sistema para Gerenciamento de Processos 38
  • Algumas Chamadas ao Sistema para Gerenciamento de Arquivos 39
  • Algumas Chamadas ao Sistema para Gerenciamento de Diretório 40
  • Algumas Chamadas ao Sistema para Tarefas Diversas 41
  • Chamadas ao Sistema (1)• O interior de um shell: 42
  • Chamadas ao Sistema (2)Os processos têm três segmentos: texto, dados e pilha 43
  • Chamadas ao Sistema (3)(a) Dois diretórios antes da ligação de /usr/jim/memo ao diretório ast(b) Os mesmos diretórios depois dessa ligação 44
  • Chamadas ao Sistema (4)(a) Sistema de arquivos antes da montagem(b) Sistema de arquivos depois da montagem 45
  • Chamadas ao Sistema (5)Algumas chamadas da interface API Win32 46
  • Estrutura de Sistemas Operacionais (1)Sistemas Monolíticos Programa do Usuário 2 Programas do usuário rodam Chamada Programa do Usuário 1 em modo para kernel usuário 4 1 SO roda em 3 modo núcleo 2 Tabela de Despacho 1 Programa do usuário emite chamada do sistema 2 S.O. determina número de serviço solicitado 3 S.O. localiza e chama procedimento de serviço 4 Controle é retornado ao programa do usuário 47
  • Estrutura de Sistemas Operacionais (1) Modelo simples de estruturação de um sistema monolítico 48
  • Estrutura de Sistemas Operacionais (2) Estrutura do sistema operacional THE 49
  • Estrutura de Sistemas Operacionais (3) Estrutura do VM/370 com o CMS 50
  • Estrutura de Sistemas Operacionais (4) O modelo cliente-servidor 51
  • Estrutura de Sistemas Operacionais (5) O modelo cliente-servidor em um sistema distribuído 52
  • Unidades Métricas Os prefixos métricos 53