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Introdução à Computação Aula 05 - Sistemas Operacionais (arquitetura do SO, processos e memória)

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Introdução à Computação Aula 05 - Sistemas Operacionais (arquitetura do SO, processos e memória)

  1. 1. # Introdução à Computação # Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS (Arquitetura do SO, Processos e Memória) Prof. Leinylson Fontinele Pereira
  2. 2. Na aula anterior...  SISTEMAS OPERACIONAIS # Arquitetura do SO # Processos # Memória 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  3. 3. O que vamos aprender?  SISTEMAS OPERACIONAIS # Arquitetura do SO # Processos e Memória 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  4. 4. Visão Geral 11:44 4 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  5. 5. Visão do Sistema Operacional 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) programadores e analistas memória discos UCP Usuários Hardware Sistema OperacionalSistema Operacional fitas impressoras monitores programas, sistemas e aplicativos usuários
  6. 6. Máquina de Níveis 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) H ar dw a re Sistem a O p er acion al u suá rios Utilitários Circuitos Eletrônicos Microprogramação Linguagem de Máquina Sistema Operacional Aplicativos
  7. 7. Histórico 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Processamento Processamento Processamento (a) (b) (c) fita de entrada fita de entrada cartões perfurados fita de saída relatórios fita de saída job 2 job n relatório 1 relatório 2 relatório n job 1
  8. 8. Tipos de Sistemas Operacionais 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Tipos de Sistemas Operacionais Sistemas Monoprogramáveis/ Monotarefa Sistemas com Múltiplos Processadores Sistemas Multiprogramáveis/ Multitarefa
  9. 9. Sistemas Monoprogramáveis 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Principal Dispositivos de E/ S UCP programa/ tarefa
  10. 10. Sistemas Monoprogramáveis 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  11. 11. Sistemas Multiprogramáveis 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Principal Dispositivos de E/ S UCP programa/ tarefa programa/ tarefa programa/ tarefa programa/ tarefa programa/ tarefa
  12. 12. Sistemas Multiprogramáveis 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  13. 13. Sistemas Multiprogramáveis 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Sistemas Multiprogramáveis/ tarefaMulti Sistemas Batch Sistemas de Tempo Real Sistemas de Tempo Compartilhado
  14. 14. Sistemas Multiprogramáveis 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  15. 15. Sistemas Fortemente Acoplados 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) UCP UCP Memória Principal Dispositivos de E/ S Dispositivos de E/ S
  16. 16. Sistemas Fracamente Acoplados 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) UCP UCP Memória Principal Memória Principal Dispositivos de E/ S link de comunicação Dispositivos de E/ S
  17. 17. Processos 11:44 17 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  18. 18. Definição de Processo 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)  Na Informática, é um programa de computador em execução. Em Sistemas Operacionais, processo é um módulo executável único, que corre concorrentemente com outros módulos executáveis.  Por exemplo, em um ambiente multitarefa que suporta processos, um processador de texto, um navegador e um sistema de banco de dados são processos separados que podem rodar concomitantemente.
  19. 19. Estados de Processos 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  20. 20. Estados de Processos 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)  Não-Submetido É o processo que ainda não está submetido a CPU, está nas mãos do usuário." Até onde interessa ao sistemas ele não existe, porque o usuário ainda não o submeteu. Ele é simplesmente apresentado como sendo o primeiro passo na vida de um processo. O Sistema Operacional, naturalmente, não reconhece esse estado.[1] ". Pode por exemplo, ser um arquivo executável que está armazenado no HD.  Suspenso É o processo que já foi submetido, porém permanece suspenso até que o horário ou evento programado ao usuário venha acontecer. Processo suspenso é aquele que esta no aguarde de uma entrada de dados.  Pronto O processo já foi submetido e está pronto para receber a CPU, porém ainda aguarda o escalonador de processos para ter controle da CPU. Processos que estão esperando E/S não se aplicam a esse estado.  Executando A execução propriamente dita. O código está sendo processado. Se ocorrer durante a execução uma requisição de E/S o processo é colocado no estado de espera e outro processo da fila de prontos poderá então concorrer a CPU.  Espera É o processo que foi colocado na fila de espera de E/S devido ao processador de E/S ser mais lento que a CPU principal. O processo tornaria a CPU mais escrava dele se não houvesse esse estado, pois como ele não está concorrendo à CPU ao executar um E/S, pode-se então colocá-lo no estado de espera para que os demais processos do estado pronto possam concorrer a CPU.  Completo Neste estado temos a finalização do processo.
  21. 21. Sincronização e Comunicação entre Processos 11:44 21 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  22. 22. Sincronização e Comunicação 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Processo gravador Processo leitor dado Sincronização leitura gravação Buffer
  23. 23. Concorrência em Programas 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Processo principal Processo principal Processo 1 Processo 2 Processo n PARBEGIN Comando_1; Comando_2; . . Comando_n; PAREND
  24. 24. Concorrência em Programas 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Processo principal Processo principal Processo 1 Processo 2 Processo n PARBEGIN Comando_1; Comando_2; . . Comando_n; PAREND
  25. 25. Utilização do Semáforo Binário na Exclusão Mútua 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Fila de espera de processos Processo acessa a região crítica Processo deseja entrar na região crítica DO W N (S= 0) D O W N (S> 0) UP (S) - processo sai da região crítica Libera processo da fila de espera
  26. 26. Transmissão de Mensagem 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Processo transmissor Processo receptor SEND RECEIVE Canal de comunicação
  27. 27. Comunicação Direta 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Processo A Processo B
  28. 28. Comunicação Indireta 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Processo A Processo B Mailbox ou Port
  29. 29. Deadlock 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Recurso 2 Recurso 1 Processo A Processo B Processo A solicita o Recurso 2 Recurso 1 alocado ao Processo A Recurso 2 alocado ao Processo B Processo B solicita o Recurso 1
  30. 30. Gerência de Memória 11:44 30 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  31. 31. Alocação Contígua Simples 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) M em ó r ia Pr in cip a l Sistem a O p er a cio n a l Á rea p a r a p ro g r a m a
  32. 32. Alocação Contígua Simples 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Principal Registrador Sistema Operacional Área para programa M em ó r ia Pr in cip a l Sistem a O p er a cio n a l Pr o g r a m a d o u su á r io Á rea livr e
  33. 33. Alocação Particionada Estática 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Principal Sistema Operacional 2 Kb 5 Kb 8 Kb Partição 1Partição Tabela de partições Tamanho 1 2 Kb 2 5 Kb 3 8 Kb Partição 2 Partição 3 Programas a serem executados: AE 3 Kb D 6 Kb C 1 Kb B 4 Kb 2 Kb
  34. 34. Alocação Particionada Estática Absoluta 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Principal Sistema Operacional 2 Kb 5 Kb 8 Kb Partição 1 Partição 2 Partição 3 A B D C E 3 Kb 6 Kb 1 Kb 4 Kb 2 Kb
  35. 35. Alocação Particionada Estática Relocável 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Principal Sistema Operacional 2 Kb 5 Kb 8 Kb Programa C Programa A Programa B ED 6 Kb 3 Kb
  36. 36. Tabela de Alocação de Partições 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Principal Sistema Operacional 1 2 3 Programa C Área livre Programa B Partição Tamanho Livre 1 2 Kb Não 2 5 Kb Sim 3 8 Kb Não
  37. 37. Proteção na Alocação Particionada 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Principal Sistema Operacional Endereço inicial Endereço final
  38. 38. Fragmentação Interna 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Principal Sistema Operacional 1 Kb 3 Kb 5 Kb Programa C Programa A Programa E BD 6 Kb 4 Kb
  39. 39. Alocação Particionada Dinâmica 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória PrincipalMemória Principal Sistema OperacionalSistema Operacional 4 Kb 1 Kb 3 Kb 5 Kb 2 Kb 15 Kb Programa C Programa B Programa A Programa E BA 2 Kb E 3 Kb C 1 Kb 4 Kb
  40. 40. Fragmentação Externa 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Principal Sistema Operacional 4 Kb 3 Kb 5 Kb Programa C Programa A D 6 Kb
  41. 41. Solução para a Fragmentação Externa 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória PrincipalMemória Principal Sistema OperacionalSistema Operacional 8 Kb 4 Kb 3 Kb 5 Kb5 Kb Programa C Programa APrograma A
  42. 42. Solução para a Fragmentação Externa 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória PrincipalMemória Principal Sistema Operacional Relocação Sistema Operacional 4 Kb 3 Kb 12 Kb 5 Kb Programa C Programa C Programa A Programa A
  43. 43. Lista de Áreas Livres 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Principal Sistema Operacional 4 Kb 3 Kb 5 Kb Programa C Programa A Áreas livres Área livre 1 Área livre 2 Área livre 3 Tamanho 1 4 Kb 2 5 Kb 3 3 Kb
  44. 44. Algoritmos de Escolha: Best-Fit 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Principal Sistema Operacional 4 Kb 3 Kb 5 Kb Programa C Programa A F 1 Kb Sistema Operacional 2 Kb Programa C Programa F Programa A Área livre (a) Best-fit
  45. 45. Algoritmos de Escolha: Worst-Fit 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Principal Sistema Operacional 4 Kb 3 Kb 5 Kb Programa C Programa A F 1 Kb (b)Worst-fit Sistema Operacional 4 Kb Programa C Programa A Área livre Programa F
  46. 46. Algoritmos de Escolha: First-Fit 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Principal Sistema Operacional 4 Kb 3 Kb 5 Kb Programa C Programa A F 1 Kb Sistema Operacional 3 Kb Programa C Programa A Área livre Programa F (c) First-fit
  47. 47. Desfragmentação 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)  Processo de eliminação da fragmentação de dados de um sistema de arquivos.  A eliminação de fragmentação é feita reordenando o espaço de armazenamento, fazendo com que todo arquivo esteja armazenado de forma contígua e ordenada, e também criando espaços livres contínuos
  48. 48. Gerência de Memória Virtual 11:44 49 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  49. 49. Espaço de Endereçamento Virtual 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Endereço Físico 500 501 502 503 504 . . . 599 VET [1] VET [2] VET [3] VET [4] VET [5] . . . . . . VET [100]
  50. 50. Espaço de endereçamento virtual e real 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Espaçodeendereçamentovirtual Espaçodeendereçamentoreal Endereço virtual 0 Endereço virtual 1 Endereço virtual 2 Endereço virtual 3 Endereço virtual 4 Endereço virtual 5 . . . Endereço virtual V Endereço real 0 Endereço real 1 Endereço real 2 Endereço real 3 . . . Endereço real R
  51. 51. Mapeamento 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Virtual Memória Principal Mapeamento . . . . . .
  52. 52. Tabela de mapeamento 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Processo A Espaço de endereçamento virtual de A Endereço virtual 1 . . . Tabela de mapeamento de A Espaço de endereçamento virtual de B Endereço virtual 1 . . . Tabela de mapeamento de B Processo B Memória Principal
  53. 53. Memória Virtual por Paginação 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Virtual . . . . Página virtual 0 Página virtual 1 Página virtual 2 Página virtual V Tabela de páginas ETP Memória Principal Memória Secundária . . . Página real 0 Página real 1 Página real R
  54. 54. Tradução do endereço virtual 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Página virtual Deslocamento Endereço virtual Desloc.NPV End. do frame ETP Tabela de páginas End. do frame Desloc. Frame Deslocamento Endereço físico
  55. 55. Tradução do endereço virtual 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  56. 56. Mecanismo de tradução 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Endereço virtual Tabela de páginas Bit de validade 0 Memória Principal Memória secundária Page fault Tabela de páginas Bit de validade 1 Memória Principal Memória secundária Page in
  57. 57. Políticas de Substituição de Páginas 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Memória Principal Arquivo de paginação Page out Page in
  58. 58. Proteção de Memória 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) LG Endereçoda página/segmento Bitsdeproteção
  59. 59. Proteção de Memória 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Descrição Semacesso Acessodeleitura Acessoparaleitura/gravação LG 00 10 11
  60. 60. Sistema de Arquivos 11:44 61 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  61. 61. Diretórios 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Identificação Proteção Organização Localização Atributos Diretórios Arquivos
  62. 62. Diretórios 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Usuário 1 Usuário 2 Usuário 3 Usuário n Arquivo 1 Arquivo 2 Arquivo 3 Arquivo 1 Arquivo 1 Arquivo 2 Arquivo 3 User File Directory (UFD) Arquivos
  63. 63. Diretórios 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Usuário 1 Usuário 2 Usuário 3 Usuário n Diretório Raiz Diretório 1 Diretório 2 Arquivo 1 Arquivo 1 Diretório 1 Arquivo 1 Arquivo 2 Arquivo 1 Arquivo 2 Arquivo 1 Arquivo 1 Arquivo 2
  64. 64. Diretórios 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  65. 65. Path de um arquivo 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Disco C:/ IvanIvanCarlos Paulo Teste Pessoal Soma.exe
  66. 66. Estrutura de diretórios: Unix 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) / / bin / dev / etc / lib / usr / tmp / machado/ maia livro.txt prog.for
  67. 67. Alocação Contígua 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Arquivo Bloco A. TXT 4 B. TXT 10 C. TXT 13 3 1 2 Extensão
  68. 68. Alocação Encadeada 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Início 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Arquivo Bloco A.TXT 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  69. 69. Alocação Indexada 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Bloco de índice 3 10 11 7
  70. 70. Grupos de Usuário 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) DADOS.TXT Owner Group All Leitura Escrita Execução Eliminação Leitura
  71. 71. Lista de Controle de Acesso 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória) Usuário: Maia Acesso: Leitura + Escrita Usuário: Machado Acesso: Leitura Usuário: Maia Acesso: Leitura + Escrita + Execução Usuário: Machado Acesso: Eliminação
  72. 72. Como ficou o disco após a desfragmentação? 11:44 73 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  73. 73. Prática com Processos  11:44 74 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  74. 74. Material: https://sites.google.com/site/leinylsonuespi 11:44 Aula baseada no material de:  Arquitetura de Sistemas Operacionais, Francis Berenger Machado / Luiz Paulo Maia I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  75. 75. Nesta aula aprendemos...  SISTEMAS OPERACIONAIS # Arquitetura do SO # Processos e Memória 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  76. 76. Na próxima aula veremos...  SISTEMAS OPERACIONAIS # Funções Básicas de um Sistema Operacional 11:44 I.C.C.: Aula 05 - SISTEMAS OPERACIONAIS(Arquitetura do SO, Processos e Memória)
  77. 77. Alguma Dúvida? 11:44 Até a próxima aula... leinylson@gmail.com

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