Resumo - P2 SO - Aulas 13 até a 22 Livro Caps 4 e 5

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Legenda: Já caiu em P2 anterior. | Caiu no Teste 4 (também pode estar marcado como caiu 
em P1 anterior) | Caiu no Teste 5 | Pode ser interessante estudar 
- Foquem no Capítulo 4 e 5, pois ele disse que do 6 só vai cair uma questão, mas sugiro não 
deixar de estudá-lo. Os que não estão marcados em nada não quer dizer que não pode cair, 
então estudem da maneira como acharem melhor. 
Aula 13 - Sistema de Arquivos 
O sistema de arquivos é a parte do SO que gerencia os arquivos, visando separar a 
informação do processo (a info não é afetada pelo término ou criação do mesmo), com 
objetivo de persisti-la, sendo gerenciados pelo próprio SO. Visão do usuário – mudança de 
nomes e operações permitidas, interface. Visão do Implementador – Como é o 
armazenamento de arquivos e diretórios e o espaço é gerenciado no disco. 
Estrutura de Arquivos – Os arquivos podem ser organizados de três maneiras. 
Sequência de Bytes (Desestruturado): O arquivo é como uma sequência aleatória 
de números (bytes) que o sistema operacional não entende ou não se preocupa em 
entender, não tem conhecimento do conteúdo real do arquivo e ualquer interpretação do 
conteúdo é deixada para programas de usuário, então, os usuários têm total liberdade para 
armazenar qualquer tipo de informação nos arquivos, e o sistema operacional não impõe 
nenhuma restrição. Sequência de Registros de Tamanho Fixo: Neste modelo, 
um arquivo é uma sequência de registros, cada um com uma estrutura interna e tamanho 
fixo. As operações de leitura retornam registros e operações de escrita sobrepõem ou 
anexam registros. Esse modelo era comum em sistemas de computadores mais antigos. 
Árvore de Registros com Chaves (Estruturado): Nesse modelo, um arquivo 
consiste em uma árvore de registros, não necessariamente do mesmo tamanho, cada um 
com um campo chave em uma posição fixa. A árvore é ordenada pelo campo chave para 
permitir buscas rápidas por chaves específicas. Permite uma busca rápida e eficiente por 
registros específicos com base em suas chaves, sendo útil quando é necessário recuperar 
informações específicas de maneira eficaz.Usado em computadores de grande porte. 
Tipos de Arquivos 
- Os de diretórios e especiais de caracteres e de blocos você já conhece. (Resumo 1) 
- Arquivos Regulares: Esses arquivos contêm informações do usuário e podem ser 
tanto arquivos ASCII como arquivos binários. 
Métodos de Acesso em Arquivos de Acesso Aleatório 
Acesso Sequencial: Dados são lidos em ordem no arquivo, a partir do ínicio e 
continuam em sequência. Não é possível pular para partes específicas do arquivo ou ler os 
dados fora de ordem. Em sistemas de arquivos sequenciais, a operação "rewind" é 
necessária porque a leitura e gravação de dados ocorrem em uma sequência linear, e um 
ponteiro é usado para indicar a posição atual de leitura/gravação no arquivo. Quando a 
operação "rewind" é usada, o ponteiro é redefinido para o início do arquivo, ou seja, ele 
aponta para o endereço zero do arquivo. Isso permite que você comece a ler ou gravar dados 
a partir do início do arquivo novamente. Acesso Aleatório: É possível ler os dados em 
qualquer ordem, pular para qualquer parte do arquivo e acessar registros específicos com 
base em uma chave ou posição. A chamada seek permite estabelecer a posição atual no 
arquivo para leitura, a partir desse ponto, os dados podem ser lidos sequencialmente com a 
chamada read, mas agora a partir dessa nova posição. É possível ler um arquivo novamente 
acessando também o ‘byte 0’, que é a posição inicial do arquivo e não é afetado pelas 
operações de leitura ou gravação anteriores. 
Atributos em Arquivos 
 
Operações com Arquivos 
Create: Usada para criar um arquivo vazio, estabelecendo seus atributos iniciais. 
Delete: Remove um arquivo que não é mais necessário, liberando espaço no disco. 
Open: Permite que um processo acesse um arquivo, buscando seus atributos e endereços 
de disco para acesso posterior. 
Close: Fecha um arquivo após a conclusão de todas as operações, liberando espaço na 
tabela interna de arquivos. 
Read: Lê dados de um arquivo, geralmente da posição atual, especificando a quantidade de 
dados a ser lida e fornecendo um buffer. 
Write: Escreve dados em um arquivo, normalmente na posição atual. Se a posição for o 
final do arquivo, seu tamanho aumenta; se no meio, os dados existentes são sobrescritos. 
Append: Permite a adição de dados apenas no final de um arquivo. 
Seek: Reposiciona o ponteiro de arquivo para uma posição específica em arquivos de 
acesso aleatório, permitindo leitura ou escrita a partir desse ponto. 
Get attributes: Permite que os processos leiam os atributos de um arquivo, como data 
de modificação, para executar suas tarefas. 
Set attributes: Permite a modificação de atributos, como o modo de proteção, após a 
criação do arquivo. 
Rename: Renomeia um arquivo, e as características (tempo da última modificação ou de 
criação por ex) não são alteradas. É diferente de copiar o arquivo com um novo nome e 
excluindo o antigo, o que altera as características. 
Tipos de Diretório - Nivel único: um único diretório contém todos os arquivos, 
geralmente, usado em dispositivos embarcados simples, como câmeras digitais, pode se 
tornar caótico quando há muitos arquivos. Nivel hierárquico: Arquivos organizados em 
estrutura de árvore hierárquica, cada usuário tem o próprio diretório-raiz e hierarquia. 
Nomes de Caminhos - Absoluto: Começam no diretório-raiz e fornecem o 
caminho completo para um arquivo e começam com o separador de diretório (como / ou \). 
Relativo: São usados em relação ao diretório de trabalho atual, com o uso de '.' e '..'. 
Operações com Diretórios 
Create (Criar): Cria um novo diretório vazio. Essas entradas são adicionadas 
automaticamente. Delete (Excluir): Remove um diretório existente. Geralmente, 
somente diretórios vazios podem ser excluídos. Um diretório que contenha apenas as 
entradas "." e ".." é considerado vazio e pode ser excluído. Opendir (Abrir 
diretório): Abre um diretório para leitura. Isso permite que programas leiam o conteúdo 
do diretório, como listar os nomes de arquivos contidos nele. Antes de ler um diretório, ele 
deve ser aberto, semelhante à abertura de um arquivo. Closedir (Fechar diretório): 
Após a leitura de um diretório, ele deve ser fechado para liberar recursos internos do 
sistema, como espaço na tabela. É uma prática comum fechar o diretório após a leitura. 
Readdir (Ler entrada de diretório): Retorna a próxima entrada no diretório 
aberto. Essa chamada de sistema permite que os programas leiam as entradas de diretório 
em um formato padrão, independentemente da estrutura interna do diretório. Rename 
(Renomear): Permite que diretórios sejam renomeados da mesma maneira que os 
arquivos. Link (Ligação): A chamada de sistema de ligação (hard link) permite que um 
arquivo seja associado a mais de um diretório. Isso significa que o mesmo arquivo pode ser 
acessado por diferentes nomes de caminho. Essa operação cria uma relação direta com o 
arquivo original. 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. Unlink (Desvincular): Remove uma entrada 
de diretório. Se o arquivo estiver presente em vários diretórios, apenas a entrada de 
diretório especificada é removida, enquanto as outras permanecem. No UNIX, a chamada de 
sistema para remover arquivos é, na verdade, chamada "unlink." 
Aulas 14, 15 e 16 – Sist. de Arq. Pt. 
2 
MBR (Master Boot Record) e Inicialização - 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 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. O superbloco é 
uma estrutura de dados que armazena informações críticas sobre o sistema de arquivos 
(tamanho total, blocos livres e ocupados, localização de i-nodes, data e hora, etc). Ele 
também compõe o SA assim como os outros componentes do segundo bloco na parte 
debaixo da imagem abaixo: 
 
Alocação Contígua - Método de armazenar arquivos em disco aonde cada um é 
alocado em blocos consecutivos de disco, sendo armazenados de forma que cada arquivo 
comece em um novo bloco. Ex: em um disco com blocos de 1 KB, um arquivo de 50 KB 
ocuparia 50 blocos consecutivos. Vantagens: simplicidade de implementação e leitura 
eficiente, uma vez que um arquivo pode ser lido em uma única operação, reduzindo o tempo 
de busca e atrasos rotacionais. Desvantagens: Fragmentação externa do disco (como em 
segmentação pura), pois lacunas de blocos livres são deixadas quando arquivos são 
excluídos, ou seja, entre as unidades de alocação, e não dentro dos arquivos, e compactar o 
disco para eliminar essas lacunas é um processo demorado e custoso, sendo necessário 
manter uma lista de lacunas de blocos livres, o que traz complicação em relação a escolha da 
lacuna adequada, pois é necessário saber o tamanho do arquivo. Ainda é usada em CD-
ROMs, pois os tamanhos dos arquivos são conhecidos antecipadamente e não mudam com o 
uso do sistema de arquivos, e em DVDs, essa alocação é usada em pedaços menores 
chamados de extensões, com limite de tamanho dos arquivos, sendo abandonada para 
discos magnéticos por conta da necessidade de especificar o tamanho final do arquivo ao 
criá-lo. 
Alocação por Lista Encadeada - Forma de armazenar arquivos em discos aonde 
cada arquivo é mantido como uma lista encadeada de blocos de disco, onde a primeira 
palavra de cada bloco atua como um ponteiro para o próximo bloco na sequência, e o 
restante é usado para armazenar os dados do arquivo. Nenhum espaço é perdido na 
fragmentação e é necessário armazenar apenas a entrada do 1º 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, gerando 
muitas leituras. A quantidade de dados que um bloco pode armazenar não é mais uma 
potência de dois, pois os ponteiros ocupam parte do bloco, o que pode prejudicar a 
otimização dos programas. 
 
 
Alocação por lista encadeada usando uma tabela na memória 
(FAT) - Usada para resolver as desvantagens da alocação anterior, utilizando uma tabela 
chamada FAT (File Allocation Table), que armazena informações sobre como os blocos de 
disco estão vinculados para cada arquivo. Como a tabela está totalmente na memória, o 
acesso aleatório é mais rápido, permitindo um acesso rápido aos blocos de disco e também 
todo o bloco fica disponível para armazenamento de dados para simplificar o acesso aos 
dados. Há a desvantagem que alocação de arquivos precisa estar presente na memória o 
tempo todo, o que pode ser impraticável em sistemas com discos grandes, devido à 
quantidade significativa de memória necessária. O valor que está em um bloco aponta para 
o próximo aonde o arquivo continua e por aí vai. O arquivo ocupa os blocos ocupa os blocos 
4 -> 7 -> 2 -> 10 -> 12 (parando aonde há o -1). 
 
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. Vantagem: O i-node precisa estar na memória apenas quando o 
arquivo correspondente está aberto, então a memória ocupada é relativamente pequena, 
geralmente proporcional ao número máximo de arquivos que podem ser abertos 
simultaneamente. Desvantagem: Um arquivo pode crescer além do espaço disponível em 
seu i-node, sendo necessário usar um bloco dentro do i-node para armazenar mais 
endereços de disco (endereço de bloco de ponteiros), permitindo que o arquivo cresça além 
do tamanho inicialmente previsto. 
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 pelo 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 irá substituir 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 compartilham a mesma cópia do i-node, 
e qualquer alteração feita por um processo será visível para outros processos que também 
estão acessando o mesmo arquivo. 
 
Implementação de Diretórios (Lidar com Armazenamento de 
Atributos) - 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. 
Implementação de Diretórios (Nomes de arquivos longos) - 
Tamanhos fixos: Estabelecer um tamanho máximo para os nomes de arquivos, 
alocando espaço para nomes de tamanho fixo em cada entrada de diretório, mas pode 
desperdiçar espaço quando a maioria dos nomes de arquivos é curta. Heap de nomes: 
Mantém um "heap" no final de cada diretório, onde os nomes de arquivos são armazenados 
em ordem variável, de tal forma que cada entrada de diretório consiste em um cabeçalho de 
tamanho fixo que contém informações como o tamanho do nome do arquivo e um ponteiro 
para a posição do nome do arquivo no heap, e quando os arquivos são removidos, o espaço 
no heap pode ser reutilizado para acomodar os novos nomes de arquivos. 
Implementação de Diretórios (Busca por nomes de arquivos 
eficiente) - Hash Table: Uma tabela hash é usada para mapear nomes de arquivos 
em valores de dispersão (hash values), que são usados para localizar entradas no diretório, e 
se várias entradas tiverem o mesmo valor, formarão uma lista encadeada. Acelera a busca, 
mas envolve uma complexidade adicional de gerenciamento. Cache de Busca: Uma 
cache de busca é usada para armazenar nomes de arquivos recentemente pesquisados. 
Antes de iniciar uma busca, é checado se o nome do arquivo está na cache. É eficaz quando 
há um conjunto de arquivos frequentemente pesquisado. 
Arquivos Compartilhados - Usuários colaboram em um projeto e precisam 
compartilhararquivos, é comum que um arquivo compartilhado apareça em diferentes 
diretórios pertencentes a usuários distintos. Pode ocorrer a falta de visibilidade de 
alterações feitas por um usuário nos diretórios de outros. Para resolver isso, existem duas 
abordagens. Lista de blocos de disco: Nessa solução, os diretórios apontam apenas 
para uma pequena estrutura de dados associada ao arquivo, que contém a lista de blocos de 
disco, os atributos são armazenados no i-node, sendo usada no UNIX. Ligação de 
arquivos/Ligação Simbólica: Aqui, um usuário (A) 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 (B), quando o usuário que criou o arquivo link (A) 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. Ela exige um processamento extra, pois os caminhos precisam ser analisados e 
resolvidos para encontrar o arquivo real, resultando em mais acessos ao disco. Se mover o 
arquivo original, os arquivos de ligação são interrompidos. 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, e são 
mais eficientes quanto a espaço em disco. 
Sistema MS-DOS - É um sistema de arquivos FAT que é uma das estruturas de sistema 
de arquivos mais antigas. Cada diretório contém entradas de diretório que listam os nomes 
dos arquivos, atributos, data/hora de criação e tamanho. No entanto, o sistema de arquivos 
FAT usa um formato fixo de 32 bytes para cada entrada de diretório, incluindo atributos que 
indicam se um arquivo é somente leitura, precisa ser arquivado, está oculto ou é um arquivo 
de sistema. Existem três principais versões do sistema de arquivos FAT: FAT-12, FAT-16 e 
FAT-32: cada versão tem um tamanho de bloco diferente e suporta diferentes tamanhos 
máximos de partição. Tamanho máximo de uma partição: nº de entradas (endereços) 
possíveis * tamanho do bloco de dados. MS-DOS suporta, no máximo, 4 partições por disco = 
Tamanho máximo de uma partição * quantidade de partições (4 no caso). 
Sistema de Arquivos UNIX V7 - Cada diretório contém entradas de diretório para 
os arquivos e subdiretórios dentro dele (formato de árvore), aonde cada entrada consiste 
em um nome de arquivo (com até 14 caracteres) e o número do i-node associado a esse 
arquivo (usando 2 bytes). O i-node contém os atributos , incluindo um contador do número 
de entradas de diretório que apontam para esse i-node. 
Alocação arquivos pequenos – 10 primeiros endereços armazenados no i-node. 
Alocação arquivo maiores – i-node contém end. para blocos indiretos simples, duplos e 
triplos (que contém lista dos simples). A chamada open para abrir arquivos antes de ler ou 
gravar neles, ela não é essencial, mas sem ela, toda vez que você desejasse realizar uma 
operação de leitura ou gravação, precisaria especificar o nome do arquivo, tornando o 
código muito mais complexo, e teria que procurar o arquivo na árvore de diretórios a cada 
vez que quisesse acessá-lo. As tarefas para abrir um arquivo como verificação de permissões 
e alocação de recursos teriam de ser feitas manualmente, resultando em perda de eficiência. 
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. Ex: se o caminho tiver 5 
separadores, etapas ou arquivos, serão necessárias 10 operações em disco. 
Aula 17 e 18 – Entrada/Saída 
E/S Mapeada na Memória – Abordagem usada em computadores mais antigos 
para comunicação entre o controlador e a CPU. No controlador, cada registrador usado no 
controle tem um número de porta de E/S associado, de 8 ou 16 bits, o conjunto de todas 
essas portas (bloco) formam o espaço E/S, de forma que apenas o SO poderá acessá-lo, e 
instruções especiais de E/S, como IN REG, PORT e OUT PORT, REG, são usadas para ler e 
escrever nos registradores de controle. Os registradores de controle são mapeados na 
memória (tendo um endereço de memória único). 
IN REG, PORT – Lê o número/endereço da porta E/S associada a um registrador de controle 
e o armazena no registrador da CPU, aonde PORT é o valor da porta. 
MOV REG, PORT – Lê o conteúdo da palavra no endereço da memória (porta) 4 e o coloca 
no registrador. 
OUT PORT, REG - Escreve o conteúdo do registrador da CPU na porta E/S com o 
número/endereço especificado. 
Vantagens - Simplifica o código do dispositivo pois não exige instruções especiais de E/S, 
permite que diferentes drivers de dispositivos sejam colocados em espaços de 
endereçamento diferentes, facilita o desenvolvimento em linguagens de alto nível, pois os 
registradores de controle são tratados como variáveis na memória. 
Desvantagens - Se os registradores de controle forem armazenados em cache, ele pode 
manter uma cópia desatualizada do conteúdo do registrador de controle, levando a 
comportamentos indesejados quando a CPU tenta interagir com o dispositivo. Para mitigar 
isso, o hardware precisa ser capaz de desabilitar seletivamente o cache para regiões da 
memória que tenham registradores de controle, adicionado complexidade ao hardware. Em 
sistemas com múltiplos barramentos, os dispositivos de E/S por estarem conectados em um 
barramento separado, podem não "ver" os endereços de memória quando esses endereços 
são enviados apenas para o barramento de memória. 
 
DMA (Acesso Direto na Memória) – Técnica que auxilia a melhora do 
desempenho em sistemas de multiprogramação, pois permite a CPU se dedique a atender 
outra tarefa mais importante, enquanto ocorre a operação E/S em paralelo, sem esperar 
para que ela finalize. Sem DMA, a CPU requisita dados de dispositivos de E/S um byte de 
cada vez, ocupando-a durante o processo. Com DMA, a CPU programa o controlador DMA 
para fazer a transferência desejada que é iniciada sem intervenção contínua da CPU. 
Transferência - CPU programa o controlador de DMA com os parâmetros da 
transferência e ela começa -> controlador emite uma solicitação de leitura para o dispositivo 
de E/S -> dispositivo de E/S lê dados de forma assíncrona e escreve diretamente na 
memória, sem a CPU intermediar cada byte -> o dispositivo de E/S confirma a finalização da 
escrita, caso tenha terminado, ao controlador de DMA -> controlador de DMA atualiza o 
endereço de memória e o contador de bytes em 0 para avisar a CPU o término da operação 
Modos de Operação - Modo Palavra a Palavra (Word-at-a-Time): Uma palavra 
(byte ou palavra) é transferida por vez. 
Modo Bloco (Burst Mode): Várias palavras são transferidas em uma sequência contínua. 
Tem maior eficiência, mas pode bloquear a CPU por um período mais longo. Modo Direto – 
Dispositivo transfere os dados diretamente pra memória. Modo Indireto – A transferência 
passada pelo DMA antes de chegar na memória. 
Interrupções 
Solicitação - Se não houver interrupção pendente, o controlador de interrupção processa 
imediatamente. Caso contrário, se outra interrupção estiver em andamento ou outra 
solicitação de maior prioridade estiver na linha de requisição, a interrupção atual é ignorada 
temporariamente. Tratamento – Controlador coloca um número, identifica qual dispositivo 
ou componente requer atenção da CPU, nas linhas de endereço de comunicação entre CPU, 
dispositivos E/S e memória. Então, um sinal é enviado a CPU para interrompê-la. Execução 
da Rotina de Tratamento - A CPU para sua atividade atual e inicia a execução da rotina de 
tratamento de interrupção, um vetor destas é usado para encontrar o endereçoda rotina 
correspondente. 
Salvamento de Estado - Hardware armazena informações essenciais, como o contador do 
programa (PC), para que o processo interrompido possa ser reiniciado do estado que parou. 
Interrupções Precisas - O contador de programa (PC - contém endereço da próxima 
instrução a ser buscada/executada) é salvo em local conhecido, isto é, uma área da memória 
ou registrador específica(o) em que o SO ou firmware saiba exatamente onde recuperá-lo e 
retomar a execução após o tratamento da interrupção. As instruções anteriores a do PC 
foram todas concluídas, e as posteriores nenhuma, e o estado da instrução apontada pelo PC 
é conhecido. 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 em CPU mais lenta. Interrupções 
Imprecisas - Pode ocorrer instruções em diferentes estágios de conclusão, sem uma 
consecutividade, e é necessário salvar uma grande quantidade de estado interno na pilha 
para permitir ao sistema operacional entender o que está acontecendo. Geralmente causada 
por erros fatais. Desvantagens: os criadores de SO precisam descobrir quais instruções foram 
parcialmente executadas e até que ponto. 
 
 
Problemas com Interrupções em Pipelines e Superescalares - Em Pipelines Profundos: 
Interrupções podem ocorrer com instruções em vários estágios, tornando difícil determinar 
o estado exato. Superescalares: Instruções podem ser executadas fora de ordem, 
complicando ainda mais a determinação precisa do estado. 
Aula 19 – Entrada/Saída PT. 2 
Príncipios do Software de E/S - Independência do Dispositivo, programas 
acessem qualquer dispositivo de E/S sem precisar serem modificados para cada dispositivo 
específico. Nomeação Uniforme, nome do dispositivo deve ser uma cadeia de caracteres. 
Tratamento de Erros, aonde os erros devem ser tratados o mais próximo possível do 
hardware. Utilização de Buffer, essencial quando os dados de um dispositivo não podem ser 
armazenados diretamente em seu destino final. Dispositivos Compartilhados são aqueles 
que podem ser compartilhados por vários usuários simultaneamente, como discos. Os 
dedicados são os que precisam ser dedicados a um único usuário até que a operação seja 
concluída, como impressoras. 
E/S Programada - Abordagem simples aonde a CPU realiza todas as operações de E/S 
e gerencia todas as etapas da mesma. O software do usuário monta a cadeia de caracteres 
em um buffer no espaço do usuário, o processo do usuário faz solicitação de escrita para a 
impressora, então o SO verifica se a impressora está disponível (busy-waiting), se sim, o 
sistema operacional copia o buffer para um vetor no espaço do núcleo para facilitar o 
acesso. Se não estiver, ele aguarda até que esteja. A CPU verifica a disponibilidade do 
dispositivo cada vez que um caractere é impresso. Isso é conhecido como "espera ocupada" 
(busy waiting) ou polling. 
. 
E/S Orientada a Interrupções - Abordagem aonde é utilizada interrupções para 
permitir que a CPU execute outras tarefas enquanto aguarda a conclusão da operação de 
E/S, o que não ocorre na E/S Programada. 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. 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. 
E/S usando DMA - Abordagem aonde há o uso do controlador do DMA, realize a 
transferência de dados para o dispositivo de E/S sem envolver a CPU principal, assumindo a 
função de E/S programada. 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. Se o controlador de 
DMA não atinge a velocidade máxima do dispositivo ou se a CPU não tem tarefas para 
realizar enquanto espera pela interrupção do DMA, a E/S orientada a interrupções ou 
programada pode ser mais eficiente. 
Camadas de Software de E/S – Há quatro camadas. Tratadores de 
Interrupção: Tem o objetivo de esconder as interrupções do sistema operacional, 
minimizando o conhecimento necessário sobre elas, pois estas são consideradas eventos 
indesejados na perspectiva da E/S programada. Sua lógica consiste em: Bloqueio do Driver 
que iniciou a operação E/S até que a operação finalize -> Interrupção ocorre e a rotina de 
tratamento de interrupção é executada -> Pode havear o desbloqueio do driver chamador, 
por meio de um up de semáforo ou ações específicas -> Série de passos como salvar 
registros, estabelecer pilha pra rotina de tratamento de interrupção, escolher qual processo 
executar em seguida por meio do contexto do MMU, carregar registros do novo processo são 
feitos. Requer um número considerável de instruções da CPU, depende fortemente da 
arquitetura e com o uso da memória virtual, a gestão da TLB e da cache da CPU pode ser 
necessária ao alternar entre modos núcleo e usuário. Drivers de Dispositivos: É o 
código específico do dispositivo E/S, geralmente fornecido pelo fabricante. Para acessar o 
hardware, os drivers normalmente fazem parte do núcleo do sistema operacional. Tem as 
funções de 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. Drivers não fazem chamadas, mas interagem 
com o núcleo por meio de rotinas permitidas. Cada sistema operacional precisa de seus 
próprios drivers. Não é necessário reiniciar o USB toda vez que se adiciona um ao 
computador, pois o plug and play permite que o SO identifique e configure automaticamente 
hardware recém-conectado, e o USB suporta detecção dinâmica de dispositivos. 
Vantagens de Drivers no Espaço do Usuário - 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. 
Software do SO independente do dispositivo: Tem as funções de criar uma 
interface uniforme para os drivers, utilização de buffer, reportar erros aonde existem os 
erros de programação como fornecimento de parâmetros inválidos, ler de um dispositivo de 
saída, relatando o código de erro ao chamador, e os de E/S reais, que envolvem o 
funcionamento físico do dispositivo, como bloco de disco danificado, se for crítico, podem 
levar o sistema a exibir uma mensagem de erro e desligar, quando não houver outra opção. 
Se o driver não souber lidar, pode passar pro software. Alocação e Liberação de 
Dispositivos Dedicados: Alguns dispositivos só podem ser usados uma vez por 
processo, então o SO deve gerenciar isso, por meio das chamadas de sistema'open', aonde 
os processos executam-na diretamente nos arquivos especiais para os dispositivos, se este 
não estiver disponível, a chamada open falha, ou por meio de fila, aonde quando um 
processo chamador tenta adquirir um dispositivo indisponível, é bloqueado e colocado num 
a fila, quando o dispositivo está disponível, o primeiro na file adquire-o e continua. 
Tamanho de Bloco Independente de Dispositivo: O software deve apresentar 
um tamanho de bloco uniforme para as camadas superiores, tratando vários setores do 
disco como um único bloco lógico, ocultando também as diferenças entre as saídas dos tipos 
de dispositivos (de bloco e caractere). 
Aula 20 – Entrada/Saída – Discos 
RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) - Tecnologia para melhorar 
o desempenho e a confiabilidade dos discos, substituindo a abordagem de um único disco 
grande e caro. Ele nvolve instalar uma caixa cheia de discos (conjunto RAID) junto ao 
computador, e substitui a placa controladora de disco por um controlador RAID. Os dados 
são copiados para o RAID, que deve parecer como um único disco para o sistema 
operacional. 
Nivel 0 - Usa striping, isto é, dados são divididos em faixas e distribuídos alternadamente 
nos discos, sem redundância (se um disco falhar, pode haver perda de dados) e com baixa 
confiabilidade, é útil para grandes solicitações mas há a desvantagem para pequenas 
atualizações, pois requer a leitura e escrita de todas as faixas. 
Nivel 1 - Duplica todos os discos, escrevendo os dados nas faixas duas vezes, em dois 
discos diferentes, sendo um deles considerado espelho do outro, podendo haver a 
distribuição das leituras, melhorando o desempenho de leitura, e havendo redundância, pois 
se um disco falhar, os dados podem ser recuperados do disco espelhado. 
Nivel 2 - Fragmenta o conjunto de dados em unidades menores (palavras), e a distribui 
entre os discos, com cada disco responsável por uma posição específica na palavra bit a bit. 
Oferece alta taxa de transferência, mas exige sincronização dos discos e capacidade de 
correção de erros. Suporta a perda de um disco. Seu propósito 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. 
Nivel 3 - Há o cálculo do bit de paridade, que é um método simples para verificação de 
erro e que permite a reconstrução dos discos. Ela é calculada e armazenada em um disco 
dedicado, geralmente chamado de disco de paridade. Um bit de dados (1 ou 0) é adicionado 
ao final de cada bloco de dados, criando bits pares ou ímpares, então há o uso da operação 
lógica XOR (OU exclusivo). Ex: Se os bits de dados são 0,0,0,1 o bit de paridade é XOR 
(0,0,0,1) = 1. Se houver um erro em um único bit de dados em um dos discos do conjunto, o 
RAID nível 3 pode corrigir esse erro usando as informações armazenadas no disco de 
paridade. 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. 
Nivel 4 - É o mesmo que o RAID Nivel 0, mas agora há a implementação da paridade faixa-
por-faixa, e não por palavra como no Nivel 3. Possui bom desempenho de leitura, mas pode 
ter gargalo para pequenas atualizações, pois a cada operação de modificação de um setor de 
dados, a atualização da paridade requer a leitura da antiga paridade, a leitura dos dados 
antigos e a escrita dos novos dados, requerendo operações de leitura e gravação adicionais 
no disco de paridade. 
Nivel 5 - Distribui bits de paridade uniformemente em todos os discos, elimina o gargalo 
do RAID Nível 4 para escritas, pois pequenas modificações não se concentram em um único 
disco, pois a paridade está distribuída em todos os discos. Isso permite que várias pequenas 
atualizações ocorram simultaneamente em discos diferentes. 
Nivel 6 - Adiciona mais um bloco de paridade uniformemente por disco. É um pouco mais 
caro em termos de escritas, mas sem penalidade de desempenho para leituras. 
 
 
Algoritmos de Escalonamento de Braço de Disco – Para o cálculo do 
tempo para cada algoritmo, se calcula a soma da distância (diferença) entre as solicitações, e 
depois há a multiplicação do resultado da soma pelo tempo de busca/posicionamento. A 
forma como é feita a soma é que muda e é determinada pelos princípios de cada algoritmo: 
First-Come, First-Served, Primeiro a Chegar Primeiro a Ser Servido 
(FCFS) - Usado caso o o driver do disco atender solicitações uma de cada vez, aonde a 
soma é feita com as distâncias (diferença) entre as solicitações subjacentes. Shortest 
Seek First (SSF) - Atende à solicitação mais próxima em seguida para minimizar o 
tempo de busca, a soma é realizada com as distâncias (diferenças) mais próximas do cilindro 
atual em sequência, sendo a primeira distância da soma entre o cilindro atual e o mais 
próximo. Elevator Algorithm - Mantém uma direção de movimento em uma 
determinada direção até que não haja mais solicitações nessa direção, momento em que o 
elevador inverte-a. A soma é feita com as distâncias (diferenças) entre os cilindros de valores 
mais altos, caso a direção seja inicialmente para cima, e mais baixos, caso ela seja 
inicialmente para baixo, o primeiro valor da soma é a distância do valor mais próximo do 
cilindro atual, a partir daí, vai para os valores mais altos. A sua versão modificada é chamada 
de C-SCAN, vai de uma extremidade, atendendo todas as suas requisições, para a outra, na 
mesma direção, para ver quais valores estão a extremidade esquerda ou direita, é necessário 
reordená-los. Ele vai do valor que o cilindro está para a direita, depois para a esquerda, 
começa do 0, e vai para os valores restantes. Esta versão 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. Além disso, 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. 
Tratamento de Erros - Uma lista de setores defeituosos é escrita no disco, então os 
substitutos são alocados. A lista é gerada por testes prévios no controlador do disco. A 
substituição pode envolver remapeamento ou deslocamento dos setores, com a escolha 
dependendo das características específicas. O ECC (Código de Correção de Erros) pode 
corrigir alguns erros. Em casos excepcionais, reiniciar o controlador pode ser necessário para 
corrigir problemas persistentes. Em sistemas de tempo real, recalibrações podem causar 
interrupções no fluxo de bits, sendo inadequadas para aplicações como reprodução de vídeo 
ou gravação em tempo real. 
Armazenamento Estável - Método para garantir que os dados em um disco 
permaneçam consistentes mesmo em face de erros, falhas de hardware ou quedas de 
sistema, mesmo durante um procedimento de recuperação. É um subsistema de disco que, 
ao receber uma operação de escrita, garante que os dados sejam gravados corretamente ou 
que permaneçam inalterados. Um modelo é estabelecido para lidar com erros possíveis, 
considerando a detecção de erros por campos ECC. Algumas técnicas de armazenamentos 
estáveis utilizam técnicas de correçãode erros (ECC - Error-Correcting Code) para lidar com 
falhas nos dados armazenados. Se o ECC não reflete a corrupção real nos dados, pode haver 
confusão sobre a validade dos dados nos discos, pois se o ECC do bloco corrompido estiver 
incorreto, é possível detectar a corrupção e tentar recuperar os dados de uma maneira 
apropriada. No entanto, se o ECC estiver correto (mesmo que os dados estejam 
corrompidos), pode ser difícil determinar qual disco contém o bloco válido (seja o antigo ou o 
novo). Nesse caso, a recuperação torna-se problemática, pois não é possível discernir qual 
versão dos dados é a correta. 
Escritas Estáveis: Consiste em escrever um bloco na unidade, lê-lo de volta para 
verificação, repetindo até ser bem-sucedido. Em caso de falha consecutiva, o bloco é 
remapeado para um bloco reserva. O processo é repetido para outra unidade. Leituras 
Estáveis: Lê um bloco da unidade, tentando novamente se o ECC estiver incorreto. Se 
todas as tentativas falharem, lê o bloco correspondente da próxima unidade. 
Recuperação de Falhas: Após uma queda do sistema, um programa de recuperação 
compara blocos correspondentes em ambos os discos. Corrige blocos defeituosos e restaura 
estados antigos se necessário. O método utiliza dois discos idênticos, com blocos 
correspondentes em ambos trabalhando juntos para formar um bloco livre de erros. 
Aula 21 – Entrada/Saída – Relógios 
O tempo é geralmente representado pelo número de tiques de relógio desde uma data de 
referência, como 1º de janeiro de 1970 (UTC) para sistemas como o UNIX, ou 1º de janeiro de 
1980 para o Windows. 
2 Tipos de Relógio -> Um é ligado a rede elétrica e causa interrupção a cada ciclo de 
voltagem. 
O outro é composto por um oscilador de cristal, que gera um sinal periódico que é uma 
forma de onda elétrica que oscila de maneira regular e previsível, um contador e um 
registrador de apoio. 
Relógios Programáveis - Sua frequência de interrupção pode ser controlada pelo 
software, possuindo modos de operação, como disparo único e onda quadrada. O modo 
disparo único copia o valor do registrador de apoio no contador e decrementa o contador 
em cada pulso do cristal (sinal gerado pelo oscilador de cristal) até atingir zero. O modo onda 
quadrada automaticamente copia o registrador de apoio para o contador após atingir zero, 
repetindo o processo indefinidamente. 
Funções do Driver do Relógio - Manutenção no Horário do Dia: por 
incrementação no contador a cada tique de relógio. Evitar Execução Prolongada de 
Processos: inicializar o contador com o valor de quantum do processo e decrementá-lo a 
cada interrupção para que o escalonador execute outro. Contabilização do Uso da 
CPU: Um segundo temporizador é iniciado quando um processo começa e é lido quando ele 
é interrompido ou manter um ponteiro para a entrada do processo e incrementar um campo 
dele a cada tique de relógio. Gerar Avisos: O driver pode simular relógios que podem ser 
usados para gerar avisos após intervalo específico. Execução: SOs oferecem capacidade 
de obter um histograma do contador do programa para análise de desempenho. Então 
driver verifica se a execução está sendo obtida a cada tique, e caso precisa, atualiza o 
intervalo do contador. 
Interrupções vs. Polling – Interrupções: Quando um dispositivo requer 
atenção (por exemplo, tecla pressionada), ele envia uma interrupção, interrompendo 
imediatamente a execução normal do processador. Tem baixa latência, mas têm uma 
sobrecarga considerável, sendo ideal para situações em que a resposta de baixa latência é 
crucial. Polling: são verificações ativas, aonde o sistema periodicamente verifica 
ativamente se um dispositivo de E/S requer atenção. Elimina a sobrecarga das interrupções, 
mas o polling pode introduzir latência substancial por conta da checagem periódica, e pois 
caso um evento ocorra imediatamente após uma verificação, o sistema pode demorar quase 
um ciclo inteiro de verificação para responder. É preferível em situações onde a latência não 
é crítica, e a sobrecarga das interrupções é indesejada, ou quando eventos E/S são menos 
frequentes. 
Temporizadores por Software (Soft Timers) - Segundo relógio programável 
que pode ser ajustado para provocar interrupções no temporizador a qualquer frequência 
desejada por um programa específico. Se a frequência do temporizador específico da 
aplicação for muito alta, pode haver problemas, e a latência e sobrecarga associadas às 
interrupções convencionais podem se tornar significativas. 
Sempre que o núcleo está prestes a retornar ao modo do usuário, verifica se um 
temporizador por software expirou. Se sim, o evento associado é realizado sem a 
necessidade de chavear para o modo núcleo. Após o evento, o temporizador por software é 
reinicializado copiando o valor do relógio atual e adicionando o intervalo de tempo. Os 
temporizadores funcionam de maneira semelhante ao polling.