Slide 2 - Estrutura de um Sistema Operacional

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Estrutura de um 
Sistema Operacional
Eduardo Feitosa
efeitosa@icomp.ufam.edu.br
Agenda
● Serviços
● Funcionalidades
○ Gerência de processos, memória, E/S, arquivos, proteção
● Elementos do sistema operacional
Serviços
Serviços de um SO
● Um S.O. deve fornecer aos programas e seus usuários uma
série de serviços necessários a sua execução.
● Quando necessário, o programa invoca estes serviços do
S.O.
● Isto traz conveniência aos desenvolveres dos programas.
Serviços de um SO
● Execução de programas
○ Capacidade de carregar um programa na memória e colocá-lo em
execução na CPU.
○ Tratar adequadamente o fim da execução (anormal ou não).
● Operações de E/S
○ Programas de usuário não podem manipular os dispositivos de
E/S diretamente.
○ O S.O. deve prover os meios para intermediar as ações entre
estes programas e os dispositivos.
● Manipulação de Arquivos
○ Serviços básicos de leitura, escrita, criação e remoção.
Serviços de um SO
● Comunicação
○ Troca de informação entre processos executando no mesmo
computador ou em computadores distintos em uma mesma
rede.
● Detecção de erros
○ Garantir a correta execução dos programas, detectando (e até
mesmo tratando) erros no sistema, no hardware ou nos
programas de usuário.
Serviços Adicionais
● Alocação de recursos para usuários e processos
simultaneamente.
● Manutenção de estaIsJcas da uJlização dos recursos para
garanJr o bom funcionamento ou para esJmar custos de
operação.
● GaranJr a proteção no acesso aos recursos do sistema.
Funcionalidades
Visão geral das funcionalidades de um SO
Núcleo
Gerência de 
processo
Gerência de 
memória
Interface 
gráfica
Outras 
gerências
Suporte
a rede
Gerência 
de proteção
Gerência 
de arquivos
Gerência 
de E/S
Gerência de Processos
● Um processo é um programa em execução
○ Programa = arquivo estático (imagem)
○ Processo = programa executando = programa + estados
● Processo é a unidade básica de execução em um S.O.
○ Cada processo tem um número, seu process identifier (pid).
● Um processo demanda: (i) Tempo de CPU; (ii) Espaço em
memória; (iii) Arquivos; (iv) Dispositivos de E/S
Gerência de Processos
● Distribuir a capacidade de processamento das aplicações
○ Proporcionar jusPça = evitar que uma aplicação monopolize um
recurso, respeitando as prioridades dos usuários.
● Fornecer a ilusão de que existe um processador
independente para cada tarefa
○ Facilita o trabalho dos programadores de aplicações e permite a
construção de sistemas mais interaPvos
● Tarefas da gerência de processos
○ Criação e destruição de processos
○ Suspensão e conPnuação dos processos.
○ Disponibilização de mecanismos para sincronização de processos
e comunicação entre processos
Gerência de Memória
● A memória pode ser vista como um longo vetor de palavras
(sequências de bytes), onde cada palavra tem seu próprio
endereço.
● A memória é então um repositório para acesso rápido de
dados compartilhados entre os dispositivos de E/S e a CPU.
● Objetivo:
○ Fornecer a cada aplicação uma área de memória própria,
independente e isolada das demais aplicações e inclusive
do núcleo do sistema.
Gerência de Memória
● ObjeJvo:
○ O isolamento das áreas de memória das aplicações melhora a
estabilidade e segurança do sistema como um todo, pois impede
aplicações com erros (ou aplicações maliciosas) de interferir no
funcionamento das demais aplicações.
● Acabou a memória RAM, e agora?
○ O SO pode aumentá-la de forma transparente às aplicações,
usando o espaço disponível em um meio de armazenamento
secundário (como um disco rígido).
○ Essa é a noção de memória virtual, que desvincula os endereços
de memória vistos por cada aplicação dos endereços acessados
pelo processador na memória RAM.
Gerência de E/S
● Também chamada de gerência de dispositivos
● Em um sistema de computação existem vários dispositivos
diferentes (Pen drive, disquetes, discos IDE e SCSI,...)
● A ideia é permitir, através de drivers, o uso de forma comum
● Funcionalidades:
○ Controle e gerência de buffer e cache.
○ Interface genérica para comunicação com drivers.
○ Alocação de drivers para dispositivos de hardware específicos.
Gerência de Arquivos
● Um arquivo (file) é uma coleção de informações
relacionadas de acordo os objeJvos do seu criador.
● A gerência de arquivos é construída sobre a gerência de E/S
e visa criar arquivos e diretórios, definindo sua interface de
acesso e as regras para seu uso.
● O S.O. é responsável por:
○ Criar e remover arquivos (e diretórios).
○ Dar suporte a operações primiPvas para manipulação de dados e
diretórios.
○ Mapear arquivos em memória secundária.
○ Manter coerência entre as imagens na memória primária e
secundária.
Gerência de Arquivos
● É importante observar que os conceitos abstratos de arquivo
e diretório são tão importantes e difundidos que muitos
sistemas operacionais os usam para permitir o acesso a
recursos que nada tem a ver com armazenamento.
○ Conexões de rede (socket UNIX) e informações do kernel
(diretório /proc do UNIX)
○ Sistema operacional experimental Plan9 [Pike et al., 1993]
Gerência de Proteção
● Proteção: Mecanismos de controle de acesso aos recursos
de sistema e de usuário por parte dos programas.
● Funções:
○ Fazer disPnção entre o uso autorizado e não autorizado.
○ Especificação de medidas de controle.
○ GaranPa da execução destas medidas.
Gerência de Proteção
● Para proteger os recursos do sistema contra acessos
indevidos, é necessário:
○ definir usuários e grupos de usuários;
○ identificar os usuários que se conectam ao sistema, através de
procedimentos de autenticação;
○ definir e aplicar regras de controle de acesso aos recursos,
relacionando todos os usuários, recursos e formas de acesso e
aplicando essas regras através de procedimentos de autorização;
○ registrar o uso dos recursos pelos usuários, para fins de auditoria
e contabilização
Outras Funcionalidades
● Interface gráfica
● Suporte de rede
● MulJmídia
● Energia
Elementos
Elementos de um SO
● Um S.O. não é um bloco único e fechado de so]ware
executando sobre o hardware.
● É composto por diversos componentes, cada um com
objeJvos e funcionalidades complementares.
Elementos de um SO
● Os elementos são:
○ Núcleo (Kernel), Drivers, Código de inicialização e Programas
utilitários
Elementos de um SO
● Núcleo
○ Coração de um S.O.
○ Responsável pela gerência de recursos do hardware usados pelas
aplicações.
○ Também implementa as principais abstrações utilizadas
Elementos de um SO
● Drivers
○ Módulos de código específicos para acessar dispositivos físicos.
○ Exemplos: drivers de disco rígidos IDE, SCSI, portas USB,
impressoras, placa de vídeo.
○ Tipicamente construído pelo fabricante do hardware.
○ Deve ser compilado para ser acoplado ao S.O.
Elementos de um SO
● Códigos de inicialização
○ Tem a função de executar uma série de tarefas complexas para
iniciar (aPvar) o hardware.
○ Reconhecer os disposi,vos instalados, testá-los e configurá-los.
○ Outra tarefa é carregar o núcleo do S.O. em memória e iniciar sua
operação
Elementos de um SO
● Programas utilitários
○ Facilitam o uso do sistema computacional, provendo
funcionalidades complementares ao núcleo.
○ Formatação de discos e mídias, configuração de dispositivos,
manipulação de arquivos, interpretar comandos, terminal,
interface gráfica, gerência de janelas....
Elementos de um SO
Introdução aos Sistemas 
Operacionais
Eduardo Feitosa
efeitosa@icomp.ufam.edu.br