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Links: Respostas do Teste/Lista 5 (Cap 5) | Respostas do Teste/Lista 6 (Cap 6) – Página 4 | Lista de Revisão P2 – Página 7 Teste 4 – Cap 4 1. Como o MS-DOS implementa o acesso aleatório aos arquivos? Abrir o arquivo usando a chamada open, e para acessar uma posição específica dentro do arquivo utiliza-se a chamada seek para mover o ponteiro para a localização desejada, e então é possível usar as funções read e write para leitura e escrita, respectivamente. 2. A chamada de sistema open no UNIX é essencial? Quais seriam as consequências de não tê-la? Não é essencial, entretanto, sem ela, toda vez que desejasse realizar uma operação de leitura ou gravação/escrita, seria necessário especificar o nome do arquivo, tornando o código mais complexo, além disso, teria que procurá-lo na árvore de diretórios a cada vez que quisesse acessá-lo, o que poderia impactar na flexibilidade e eficiência. As tarefas de abertura de arquivos, como a verificação de permissões, teriam de ser feitas manualmente. 3. Sistemas que dão suporte a arquivos sequenciais sempre têm uma operação para rebobinar os arquivos. Os sistemas que suportam acesso aleatório precisam disso também? Por que? Não. Pois como não são sequenciais, é possível ler o arquivo reajustando o ponteiro e acessando o byte 0, que é a posição inicial do arquivo e não é afetada por operações de leitura ou gravação anteriores. 4. Alguns sistemas operacionais fornecem uma chamada de sistema rename para atribuir um novo nome a um arquivo. Há alguma diferença entre usar esta chamada e apenas copiá-lo para um novo arquivo com o novo nome e depois remover o antigo? A operação rename renomeia o arquivo, mas mantém as características (como tempo da última modificação ou o de criação), o que não ocorre copiar o arquivo com um novo nome e excluindo o antigo, o que altera as características. 5. Um certo sistema de arquivos usa blocos de disco de 2 KB. O tamanho médio do arquivo é de 1 KB. Se todos os arquivos forem exatamente de 1 KB, qual a fração de espaço em disco que será desperdiçada? Você acha que o desperdício para um sistema de arquivos real será mais alto ou mais baixo que este? Explique. Se todos os arquivos tivessem 1 KB, cada bloco de 2 KB conteria um arquivo e 1 KB de espaço desperdiçado. Tentar colocar dois arquivos em um bloco não é permitido porque a unidade usada para rastrear os dados é o bloco, não o semibloco (o restante da parte não utilizada do bloco). Isso leva a 50% de espaço desperdiçado. Na prática, todo sistema de arquivos possui arquivos grandes e também muitos arquivos pequenos, e esses arquivos utilizam o disco com muito mais eficiência. 6. Quantas operações em disco são necessárias para buscar o i-node do arquivo /usr/ast/cursos/os/handout.t? Suponha que o i-node para o diretório-raiz esteja na memória, mas nenhum outro componente ao longo do caminho se encontre na memória. Suponha também que todos os diretórios caibam em um único bloco de disco. Para localizar um arquivo é realizada uma operação de leitura em disco a cada arquivo no caminho tanto para abrir o diretório quanto para o i-node: diretório para / i-node para /usr diretório para /usr i-node para /usr/ast diretório para /usr/ast i-node para /usr/ast/courses diretório para /usr/ast/courses i-node para /usr/ast/courses/os diretório para /usr/ast/courses/os i-node para /usr/ast/courses/os/handout.t No total, são necessárias 10 leituras de disco. 7. Cite uma vantagem das ligações estritas (hard links) sobre as ligações simbólicas e uma vantagem destas sobre aquelas. Vantagem da Hard link sobre a ligação simbólica: Se você criar um hard link para um arquivo e, em seguida, excluir o arquivo original, o conteúdo ainda estará disponível por meio do hard link, pois estes estão associados ao mesmo i-node e bloco de dados do arquivo original, promovendo uma igualdade entre os arquivos, o que não ocorre na ligação simbólica, o que também evita sobrecarga extra na resolução de um link. Vantagem da Ligação simbólica sobre a hard link: As ligações simbólicas apresentam maior flexibilidade e interoperabilidade dos que os hard links, pois podem ser usadas para criar atalhos e referências para facilitar a organização do sistema de arquivos, sem necessidade da assossiação direta ao i-node, ou apontar arquivos ou diretórios em diferentes sistemas de arquivos ou até mesmo em locais remotos por meio de URLs. (OBS: Se colocar apenas a parte da vantagem da flexibilidade e interoperabilidade nas vantagens da ligação simbólica já está bom) 8. Duas estudantes de SI estão discutindo sobre i-nodes. A estudante A argumenta que as memórias têm se tornado tão abundantes e baratas que, quando um arquivo é aberto, é mais simples e mais rápido apenas buscar uma nova cópia do i-node na tabela de i-nodes em vez de buscá-lo na tabela inteira e verificar se já está lá. A estudante B discorda argumentando que isso causaria problemas. Qual delas está certa e porque? O estudante B está certa. Ter duas cópias do i-node na tabela de i-nodes ao mesmo tempo, especialmente quando ambos estão sendo atualizados, pode levar a problemas sérios no sistema de arquivos, pois se ambos os processos que podem abrir um arquivo simultaneamente, atualizarem o arquivo ao mesmo tempo, podem ocorrer problemas de concorrência, e se um processo sobrescrever as alterações do i-node feitas por outro processo, os dados do arquivo e os blocos de disco associados podem ficar inconsistentes. Quando os i-nodes são gravados de volta no disco, a última cópia gravada substituirá as alterações feitas pelo outro. Isso pode resultar em perda de dados, inconsistências no sistema de arquivos e corrupção de arquivos. Portanto, em vez de buscar uma nova cópia do i-node toda vez que um arquivo é aberto, os sistemas operacionais geralmente adotam abordagens de cache, aonde quando um arquivo é aberto, o SO carrega o i-node na memória e o mantém em um cache, então todos os processos compilados tem a mesma cópia do i-node, e qualquer alteração feita por um processo será visível para outros processos que também estãoacessando o mesmo arquivo. (OBS – A parte em Itálico e sublinhado é opcional, e coloque caso queira deixar a resposta ainda mais completa, mas só o resto já está bom) 9. A alocação contígua de arquivos leva a uma fragmentação do disco. Essa fragmentação é externa ou interna? Faça uma analogia com o que foi discutido no capítulo 3 (gerenciamento de memória). Leva a fragmentação externa do disco, pois lacunas de blocos livres são deixadas quando arquivos são excluídos, ou seja, entre as unidades de alocação, e não dentro dos arquivos, como a que ocorre em segmentação pura. 10. a) Quais são os itens que compõem um sistema de arquivos? Superbloco, diretório-raíz, i-nodes, todos os outros arquivos e diretórios, bem como o gerenciamento do espaço livre (mapas de bits e lista de ponteiros). b) Qual a função principal de um sistema de diretórios? Mapear o nome ASCII do arquivo na informação necessária para localizar seus dados. c) Quais são as duas formas de armazenar os atributos dos arquivos (data, dono, etc) em um diretório? Diretório com atributos na entrada de diretório: Atributos de um arquivo, como o proprietário, a data de criação e informações de proteção, são armazenados diretamente na entrada de diretório associada ao arquivo, com cada entrada de diretório contém um espaço para atributos fixos, pode levar à fragmentação do diretório quando os arquivos são excluídos, deixando lacunas de tamanhos variáveis. Diretório com atributos no i-node: Armazena os atributos dos arquivos nos próprios i- nodes, e a entrada de diretório contém apenas o nome do arquivo e um número de i- node, sendo mais eficiente em termos de espaço no diretório, pois os atributos não precisam ser armazenados repetidamente em cada entrada. d) O quesão I-nodes? Método de alocação aonde cada arquivo é associado a uma estrutura de dados chamada i-node (index-node ou nó-índice), que lista os atributos e os endereços de disco dos blocos do arquivo. O i-node contém informações sobre o arquivo, como seu nome, permissões, data de modificação e, mais importante, os endereços dos blocos no disco onde os dados do arquivo estão armazenados, permitindo encontrar todos os blocos de disco que compõem o arquivo. 11. Indique verdadeiro (V) ou falso (F) para cada uma das afirmações abaixo. (F) O MBR (registro mestre de inicialização) não influencia qual o sistema operacional será carregado (F) Na alocação contígua dos arquivos, o número de blocos independe do tamanho do arquivo (V) Uma das funções de um S.O. é gerenciar quem pode acessar determinado arquivo. F – Pois o MBR é o setor 0 do disco, usado para inicializar o computador, e marca a partição ativa, usada para inicializar o sistema operacional, na tabela de partições ao final do MBR. F – Como a alocação é sequencial, e cada arquivo é alocado em blocos consecutivos de disco, sendo armazenados de forma que cada arquivo comece em um novo bloco, o número de blocos depende do tamanho do arquivo a ser alocado. V - O sistema de arquivos é o módulo responsável, dentro do SO, pelo gerenciamento do conteúdo dos discos do sistema. Esse gerenciamento inclui tanto o controle de acesso aos mesmos (seguranca), como o controle da localização e manuseio dos conteúdos de cada arquivo. 12. Uma das formas de implementação de arquivos é a alocação por lista encadeada, onde a primeira palavra de cada bloco é usada como ponteiro para o próximo bloco e o restante do bloco para dados. a. Cite uma vantagem e uma desvantagem deste tipo de implementação. Nenhum espaço é perdido na fragmentação (exceção do último) e basta armazenar a entrada do primeiro bloco. O acesso aleatório é lento, uma vez que para chegar a um determinado bloco, o sistema operacional precisa seguir a cadeia de ponteiros a partir do início, lendo cada bloco sequencialmente, até chegar ao bloco desejado. b. Cite uma vantagem da tabela de alocação de arquivos (FAT) sobre uma lista encadeada. Como a tabela FAT está totalmente na memória, o acesso aleatório é mais rápido, permitindo um acesso rápido aos blocos de disco. Teste 5 – Cap 5 1 - Explique como funciona uma inicialização, desde o momento em que a máquina é ligada até o instante do SO ser carregado. A BIOS lê e executa o MBR. O MBR possui no seu final uma tabela de partições, e ele marca uma delas como “ativa”, que será a partição usada para inicializar o sistema operacional executando seu primeiro bloco, após a bios ler o MBR. Ele encontra a partição ativa, executando seu 1º bloco, e o SO contido nele é carregado. 2 - Qual a função do MBR? O MBR (registro mestre de inicialização) influencia qual sistema operacional será carregado? Por que? É o "Setor 0" do disco, usado para inicializar o computador. Ele contém uma tabela de partição, que lista as informações sobre as partições no disco, como onde cada uma começa e termina. Uma das partições na tabela é marcada como "ativa", o que significa que é a partição usada para inicializar o sistema operacional. 3 - Um RAID nível 3 é capaz de corrigir erros de bit único usando somente um disco de paridade. O RAID nível 2 também só pode corrigir um erro e gasta mais discos para fazê-lo. Afinal, qual o propósito do RAID nível 2? O RAID nível 2 pode não apenas se recuperar de unidades travadas, mas também de erros transitórios não detectados. Se uma unidade fornecer um único bit incorreto, o RAID nível 2 corrigirá isso, mas o RAID nível 3 não. O propósito do RAID nível 2 é lidar não apenas com falhas de unidades (como o RAID nível 3), mas também com erros transitórios não detectados (erro que ocorre temporariamente e pode não ser detectado imediatamente). Se uma unidade no conjunto RAID nível 2 fornecer um único bit incorreto, o RAID nível 2 é capaz de corrigir esse erro. Já o 3, se ocorrerem erros em mais de um bit dentro do mesmo bloco ou se houver erros em diferentes blocos simultaneamente, o RAID nível 3 pode não ser capaz de corrigir esses erros, uma vez que a paridade é usada para proteger apenas contra falhas em bits individuais referentes a paridade dentro de blocos específicos. 4 - As requisições de um disco chegam ao driver do disco na seguinte ordem dos cilindros: 10, 22, 20, 2, 40, 6 e 38. Um posicionamento leva 6 ms por cilindro movido. Quanto tempo é necessário para cada um dos algoritmos (FCFS, SSF, elevador e elevador modificado), considerando que o braço está, inicialmente, no cilindro 20? Dica: fazer o cálculo em número de cilindros e depois multiplicar por 6 ms. Primeiro se calcula a soma das diferentes das distâncias entre as requisições e multiplica-se pelo tempo de posicionamento. FCFS - Neste primeiro a soma das distâncias é calculada como a ordem de chegada, do primeiro ao último: 10 -> 22 -> 20 -> 2 -> 40 -> 6 -> 38 = 22-10 = 12 | 22 - 20 = 2 | 20 - 2 = 18 | 40 - 2 = 38 | 40 - 6 = 34 = 38 - 6 = 32 ) 10 + 12 + 2 + 18 + 38 + 34 + 32 = 146 cilindros * 6 ms = 876 ms SSF - Neste, a soma das distâncias é calculada com a ordem dos valores mais próximos de 20, ou seja da menor distância para o 2 para a maior 20 -> 20 -> 22 -> 10 -> 6 -> 2 -> 38 -> 40 20 - 20 = 0 | 22 - 20 = 2 | 22 - 10 = 12 | 10 - 6 = 4 | 6 - 2 = 4 | 38 - 2 = 36 | 40 - 38 = 2 0 + 2 + 12 + 4 + 4 + 36 +2 = 60 cilindros * 6 ms = 360 ms Elevador - Neste, é preciso o enunciado informar em qual direção o braço está se movendo. Se for para cima, vai primeiro em direção aos maiores valores, do menor para o maior, e depois se não haver valores mais altos, ele pega os valores mais baixos, começando pelo menor. Se for para baixo, é o contrário. Como este é o mesmo exercício do n 31 do capitulo 5 do livro, pág 318, então suponho que seja o braço pra cima. 20 -> 20 -> 22 -> 38 -> 40 -> 10 -> 6 -> 2 0 + 2 + 16 + 2 + 30 + 4 + 4 = 58 cilindros * 6 ms = 348 ms https://acervolima.com/algoritmo-de-agendamento-de-disco-c-scan/ Elevador Modificado - Neste, é preciso ir de uma extremidade para a outra extremidade. Primeiro ele vai para a extremidade mais a direita, depois volta para 0, e vai para a extremidade esquerda. Para isso, ordenamos as solicitações: 2, 6, 10, 20, 22, 38, 40 Como o braço está inicialmente em 20, ele se move para o 22, depois para o 38, e depois para o 40, volta para o 0, se move pro 2, depois 6, e 10. Então, temos: 20 -> 22 -> 38 -> 40 -> 0 -> 2 -> 6 -> 10 2 + 16 + 2 + 40 + 2 + 4 + 4 = 70 * 6 = 420 ms. 5 - Em que caso (e porque) o algoritmo do elevador modificado, onde a varredura do disco é sempre feita na mesma direção, pode ser bem melhor do que o algoritmo do elevador original? A versão modificada é melhor que a original, pois possui maior previsibilidade e consistência nos tempos de resposta em comparação com o Elevador Original, pois sempre varre as solicitações na mesma direção, sem inverter a direção quando atende a última requisição na extremidade mais alta ou mais baixa, isso minimiza flutuações nos tempos de resposta, aumentando a velocidade. Na pior das hipóteses, uma solicitação de leitura/gravação não é atendida por quase duas varreduras completas de disco no algoritmo elevador, pois ele inverte a ordem quando atinge uma extremidade mais alta ou baixa, enquanto é no máximo uma varredura completa de disco no algoritmo modificado pois ele sempre as varre na mesma direção. 6 - Explique as vantagens e desvantagens entre interrupções precisas e imprecisas em uma máquina superescalar. Interrupções Precisas Vantagens: Simplicidade de código no sistema operacional já que o estado da máquina está bem definido. Desvantagens: Aumenta a complexidade do design do chip e da área do chip, o que pode resultar emCPU mais lenta. Nas Interrupções Imprecisas, os criadores de SO tem a vida dificultada, pois precisam descobrir quais instruções foram parcialmente executadas e até que ponto. 7 - a) Quais as desvantagens da E/S programada que a E/S usando interrupção resolve e por que? Na E/S Programada, a CPU não pode executar outras tarefas enquanto aguarda a conclusão da operação de E/S por conta do busy-waiting. A E/S orientada a Interrupções resolve isso, quando a chamada de sistema para imprimir é feita, o buffer é copiado para o espaço do núcleo, e o primeiro caractere é enviado para a impressora quando ela está pronta, após o envio do caractere, é gerada uma interrupção que para o processo em execução, salvando seu estado, e executando a rotina de tratamento de interrupção da impressora, então, a CPU chama o escalonador, permitindo a execução de outros processos enquanto aguarda. Após isto, o processo original é retomado a partir do ponto onde foi interrompido. b) E quais as desvantagens da E/S usando interrupção que a E/S usando DMA resolve e por que? A E/S orientada a interrupções a CPU é notificada a cada transferência de dado entre o dispositivo de E/S e a memória, resultando em um grande número de interrupções, aumentando a carga na CPU. A E/S com uso de DMA possui uma vantagem em relação a E/S de interrupções, pois reduz o número de interrupções, especialmente com grande volume de dados, em vez de uma interrupção por caractere, há apenas uma por buffer impresso. 8 - a) Cite 5 funções dos drivers de dispositivos de E/S. Basta citar 5 dentre essas 10: Aceitar solicitações abstratas de leitura/escrita e garantir sua execução, inicializar o dispositivo caso for preciso, gerenciar necessidades de energia, registrar eventos, verificar parâmetros de entrada, traduzir termos abstratos (gerais) para concretos (específicos do driver), conferir se um dispositivo está em uso, emitir comandos para o dispositivo, tratar interrupções e verificar ocorrência de erros. b) Qual a principal vantagem de um driver ser implementado no espaço do usuário? As vantagens são isolação e a segurança do sistema operacional. Ao executar drivers de dispositivo no espaço do usuário, eles são isolados do núcleo do sistema operacional. Isso significa que, se um driver tiver bugs ou falhas, esses problemas geralmente não afetarão diretamente o núcleo do sistema operacional. Além disso, esse isolamento ajuda a mitigar possíveis riscos de segurança associados a bugs ou explorações nos drivers, uma vez que seu impacto seria limitado ao espaço do usuário. Desenvolver e depurar drivers no espaço do usuário pode ser mais fácil, pois não requer privilégios de acesso ao núcleo do sistema operacional. Lista de Revisão – P2 1 - Uma das formas de implementação de arquivos é a alocação por lista encadeada, onde a primeira palavra de cada bloco é usada como ponteiro para o próximo bloco e o restante do bloco para dados. a) Cite uma vantagem e uma desvantagem deste tipo de implementação. Nenhum espaço é perdido na fragmentação e é necessário armazenar apenas a entrada do 1º bloco (Pode citar uma das duas como vantagem). O acesso aleatório é lento, uma vez que para chegar a um determinado bloco, o sistema operacional precisa seguir a cadeia de ponteiros a partir do início, lendo cada bloco sequencialmente, gerando muitas leituras. b) Cite uma vantagem da tabela de alocação de arquivos (FAT) sobre uma lista encadeada Podem ser citadas duas vantagens (escolha uma): - Como a tabela está totalmente na memória, o acesso aleatório é mais rápido do que a por lista encadeada, permitindo um acesso rápido aos blocos de disco. - Na tabela de alocação de arquivos (FAT) todo o bloco fica disponível para armazenamento de dados para simplificar o acesso aos dados, o que não ocorre na alocação por lista encadeada, visto que os ponteiros ocupam parte do bloco e só o resto é usado para o armazenamento dos dados do arquivo. c) O que são I-NODES? É uma estrutura de dados, usado em um método de alocação de arquivos, aonde cada arquivo é associada a ela, e que lista os atributos e os endereços de disco dos blocos do arquivo. O i- node contém informações sobre o arquivo, como seu nome, permissões, data de modificação e, mais importante, os endereços dos blocos no disco onde os dados do arquivo estão armazenados, permitindo encontrar todos os blocos de disco que compõem o arquivo. 2 - Quando vários usuários necessitam trabalhar juntos em um projeto, muitas vezes existe a necessidade do compartilhamento de arquivos. As mudanças realizadas por um usuário devem sempre ser visíveis a outro que compartilha o mesmo arquivo. Um dos métodos para implementar este compartilhamento é a ligação simbólica. Descreva como funciona a ligação simbólica. Um usuário cria um novo arquivo de ligação e o insere em seu diretório, então esse arquivo link contém apenas o caminho para o arquivo original de outro usuário, quando o usuário que criou o arquivo link lê o arquivo de ligação, o sistema operacional o direciona para o arquivo real. Apenas o verdadeiro proprietário tem um ponteiro para o i-node, e os outros usuários possuem apenas nomes de caminhos. 3 - Qual a principal característica de uma E/S programada e qual sua principal desvantagem? A E/S programada é uma abordagem simples para a E/S aonde a CPU realiza todas as operações de E/S e gerencia todas as etapas da mesma, entretanto, nela, a CPU não consegue executar outras tarefas enquanto aguarda a finalização da operação E/S. 4 - Suponha que um processo deseja imprimir uma cadeia de caracteres. Após a impressora imprimir o primeiro caracter e gerar uma interrupção, qual deverá ser o comportamento da CPU? O processo em execução é parado e seu estado é salvo, a rotina de tratamento de interrupção da impressora é executada, então a CPU chama o escalonador, permitindo a execução de outros processos enquanto aguarda o término da operação. Logo após, o processo original é retomado a partir do ponto onde foi interrompido. 5 - Cite 5 funções dos drivers de dispositivos de E/S. Aceitar solicitações abstratas de leitura/escrita e garantir sua execução, inicializar o dispositivo caso for preciso, gerenciar necessidades de energia, registrar eventos, verificar parâmetros de entrada. 6 - Qual a principal vantagem de um driver ser implementado no espaço do usuário? Os drivers são isolados do núcleo do sistema operacional. Isso significa que, se um driver tiver bugs ou falhas, esses problemas geralmente não afetarão diretamente o núcleo do sistema operacional, o que contribui para maior segurança do sistema, pois ajuda a mitigar possíveis riscos de segurança associados a bugs ou explorações nos drivers, uma vez que seu impacto seria limitado ao espaço do usuário. 7 - As requisições de um disco chegam ao driver do disco na seguinte ordem dos cilindros: 10, 23, 20, 2, 39, 6 e 37. Um posicionamento leva 6 ms por cilindro movido. Quanto tempo é necessário para cada um dos algoritmos abaixo, considerando que o braço está, inicialmente, no cilindro 20? Dica: fazer o cálculo em número de cilindros e depois multiplicar por 6 ms. a) SSF (Short Seek First – busca mais próximo primeiro) 20 -> 20 -> 23 -> 10 -> 6 -> 2 -> 37 -> 39 20 - 20 = 0 | 23 - 20 = 3 | 23 - 10 = 13 | 10 - 6 = 4 | 6 - 2 = 4 | 37 - 2 = 35 | 39 - 37 = 2 OBS - Basta comparar o 20 com os numeros dados e ver a diferença que cada um tem para o 20, ordenando da menor diferença pra maior diferença 0 + 3 + 13 + 4 + 4 + 35 + 2 = 61 cilindros * 6 ms = 366 ms b) algoritmo do elevador (inicialmente movendo-se para cima) 20 -> 20 -> 23 -> 37 -> 39 -> 10 -> 6 -> 2 -> OBS - Basta ir inicialmente gradativamente em direção aos valores mais altos, quando chegar no mais alto, volta para os mais baixos a partir do maior número restante 0 + 3 + 14 + 2 + 29 + 4 + 4 = 56 cilindros* 6 ms = 336 ms 8. (Aula de 7/12/2023) a) Quais são as 4 estratégias para lidar com impasses? Ignorar o Problema: Simplesmente ignorar os impasses, esperando que não ocorram ou que se resolvam por conta própria. Detecção e Recuperação: Permitir que os impasses ocorram, detectálos quando acontecem e tomar medidas para recuperar o sistema. Evitar Dinamicamente: Evitar impasses através de uma alocação cuidadosa de recursos, suspensões estratégicas e análise contínua do grafo de recursos (Holt). Prevenção Estrutural: Modificar estruturalmente o sistema para negar uma ou mais das quatro condições necessárias para a ocorrência de um impasse. b) Qual a estratégia usada para prevenir impasses? A de prevenção estrutural geralmente é a utilizada para prevenir impassses, objetivando negar uma ou mais das quatro condições necessárias para a ocorrência de um impasse. c) Descreva uma das duas soluções para evitar a condição de espera circular. Impedir que um processo solicite vários recursos ao mesmo tempo, aonde só poderá solicitar um recurso por vez de acordo em uma ordem hieraráquica cresente numérica e/ou limitar o número de recursos que um processo pode possuir simultaneamente, se já possui um recurso e deseja outro, ele deve primeiro liberar o recurso existente.