Sistemas Operacionais - Processos - I

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Sistemas Operacionais
1 – Introdução ao estudo de Sistemas 
Operacionais
Instituto Educacional Santo Agostinho – IESA
Faculdade de Ciências Exatas e Tecnológicas Santo Agostinho – FACET
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Fev / 2016
Rafael Antonio Gonçalves Lima
Sumário
1.1. Funções básicas;
1.2. Máquina de camadas;
1.3. Histórico dos sistemas operacionais;
1.4. Tipos de sistemas operacionais.
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1.1. Funções básicas
 Facilidade de acesso aos recursos do sistemas:
 Cabe ao Sistema Operacional servir de interface entre os usuários e os 
recursos disponíveis.
 Ex.: Leitura de um arquivo em disco
 Compartilhamento de recursos de forma organizada e 
protegida:
 É o Sistema Operacional que tem a responsabilidade de permitir o acesso 
concorrente aos recursos de forma organizada e protegida.
 Ex.: Impressora compartilhada
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1.1. Funções básicas
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1.2. Máquina de Camadas
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Aplicações
Utilitários
Sistema Operacional
Linguagem de Máquina
Microprogramação
Circuitos Eletrônicos
1.3. Histórico dos Sistemas Operacionais
 Década de 40
• Influenciados pela 2ª Guerra Mundial;
• Surgiram os primeiros computadores eletromecânicos 
(calculadoras);
• Eram formados por milhares de válvulas, que ocupavam áreas 
enormes, sendo o funcionamento lento e duvidoso.
• Em 1944 nos EUA, o primeiro computador eletromecânico, 
batizado de Mark I.
• ENIAC (Eletronic Numerical Integrator And Calculator) é 
considerado o primeiro computador digital e eletrônico.
• Pesava 30 toneladas, com 17 mil válvulas, 10 mil capacitores, etc.
• Programação realizada em painéis;
• Precisava de conhecimento profundo do hardware;
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1.3. Histórico dos Sistemas Operacionais
 Década de 50
• Uso do transistor e memória magnética;
• O transistor permitiu o aumento da velocidade e da confiabilidade no
processamento, e as memórias magnéticas permitiram o acesso mais
rápido aos dados, maior capacidade de armazenamento e
computadores menores;
• Surgimento de empresas como IBM e primeiros computadores
para utilização em aplicações comerciais;
• Surgimento do processamento batch em que os programas ou
jobs passaram a ser perfurados em cartões, que, submetidos a
uma leitora, eram gravados em uma fita de entrada. A fita
então era lida pelo computador, que executava um programa
de cada vez, gravando o resultado em uma fita de saída.
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1.3. Histórico dos Sistemas Operacionais
 Década de 50
• Surgimento das primeiras linguagens de programação de alto
nível, como FORTRAN, ALGOL e COBOL. Os programas
deixaram de ter relação direta com o hardware dos
computadores, o que facilitou enormemente o
desenvolvimento e manutenção de programas.
• Os sistemas operacionais também evoluíram. Incorporaram
rotinas para operação de entrada/saída (Input/Output Control
System – IOCS).
• O IOCS eliminou a necessidade de os programadores
desenvolverem suas próprias rotinas de leitura/gravação
específicas para cada dispositivo. (Conceito de Independência
de dispositivos)
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1.3. Histórico dos Sistemas Operacionais
 Década de 50
• No final da década de 1950, a universidade de Manchester, na
Inglaterra, desenvolveu o sistema operacional Atlas, que
introduziu a idéia de memória hierarquizada, base do conceito
de memória virtual.
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1.3. Histórico dos Sistemas Operacionais
 Década de 60
• Surgimento dos circuitos integrados (CI):
• Viabilizaram e difundiram o usos dos sistemas operacionais
nas empresas, devido à redução de custos de aquisição.
• Surgimento do conceito de multiprogramação:
• Antes deste conceito, sempre que um programa realizava
uma operação de entrada/saída o processador ficava
ocioso, aguardando o término da operação.
• A multiprogramação permitiu que vários programas
compartilhassem a memória ao mesmo tempo e,
enquanto um programa esperava por uma operação de
leitura/gravação, o processador executava um outro
programa.
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1.3. Histórico dos Sistemas Operacionais
 Década de 60
• Substituição das fitas por discos no processo de submissão
dos programas, o processamento batch, juntamente com a
multiprogramação, tornou os sistemas mais rápidos e
eficientes, pois permitia a carga mais rápida dos programas
nas memória e a alteração na ordem de execução das tarefas,
até então puramente sequencial.
• Lançamento de máquinas de diferentes portes, porém com a
mesma arquitetura, permitindo compatibilidade entre
diferentes modelos. Ex.: System/360 da IBM
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1.3. Histórico dos Sistemas Operacionais
 Década de 60
• Surgimento do conceito de tempo compartilhado
(time- sharing):
• Cada programa poderia utilizar o processador por
pequenos intervalos de tempo melhorando assim os
tempos de respostas.
• Surgimento de novos dispositivos de entrada/saída,
como o terminal de vídeo e o teclado (sistema
online).
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1.3. Histórico dos Sistemas Operacionais
 Década de 70
• A integração em larga escala (LSI – Large Scale Integration) e a
integração em larga escala (VLSI – Very Large Scale
Integration) levaram adiante o projeto de miniaturização e
barateamento dos equipamentos.
• Surgimento do multiprocessamento, permitindo a execução
de mais de um programa simultaneamente ou até de um
mesmo programa por mais de um processador.
• Além de equipamentos com múltiplos processadores, foram
introduzidos processadores vetoriais e técnicas de paralelismo
em diferentes níveis.
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1.3. Histórico dos Sistemas Operacionais
 Década de 70
• Surgimento das redes distribuídas (WANs – Wide Area
Networks) e redes locais (LANs – Local Atea Networks)
• Surgimento da linguagem Pascal e da linguagem C
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1.3. Histórico dos Sistemas Operacionais
 Década de 80
• A IBM entra no mercado de microcomputadores com o IBM PC
(Personal Computer) com o sistema operacional DOS (Disk
Operating System)
• Utilização dos sistemas multiusuários e melhoramento do UNIX
incluindo o protocolo de rede TCP/IP.
• Surgem as estações de trabalho (workstations) que apesar de
serem sistemas monousuário, permitem que sejam executadas
diversas tarefas concorrentemente (multitarefa).
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1.3. Histórico dos Sistemas Operacionais
 Década de 80
• Fundação da Sun Microsystems, que lançou as primeiras
estações RISC com o sistema operacional SunOS e
posteriormente Sun Solaris.
• Com a evolução dos microprocessadores, principalmente da
família Intel, surgem os primeiros sistemas operacionais
comerciais com interface gráfica, como o Microsoft Windows e
o OS/2.
• O software de rede passa a estar fortemente relacionado ao
sistema operacional, e surgem os sistemas operacionais de
rede, com destaque para o Novell Netware e Microsoft LAN
Manager.
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1.3. Histórico dos Sistemas Operacionais
 Década de 90
• Grandes avanços em termos de hardware, software e 
telecomunicações.
• Evolução da microeletrônica permitiu o desenvolvimento de 
processadores e memórias cadavez mais velozes e baratos.
• Evolução da Internet;
• Arquitetura cliente/servidor passou a ser utilizada em redes 
distribuídas como a Internet;
• Consolidação dos sistemas operacionais baseados em 
interfaces gráficas.
• Lançamento de sistemas como Linux e Windows NT (para 
ambiente corporativo).
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1.3. Histórico dos Sistemas Operacionais
 Década de 2000
• Constante evolução;
• Processamento distribuído;
• Arquitetura de processadores 64 bits;
• Diversas distribuições Linux;
• Distribuições Microsoft Windows: 2000, XP, 2003, Vista.
• Sistemas de virtualização;
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1.4. Tipos de Sistemas Operacionais
 Os tipos de sistemas operacionais e sua evolução estão 
relacionados diretamente com a evolução do hardware e das 
aplicações por ele suportadas.
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Tipos de Sistemas Operacionais
1.4. Sistemas Monoprogramáveis / Monotarefa
• Execução de um único programa;
• O processador, a memória e periféricos eram dedicados à
execução de um único programa;
• Neste tipo de sistema, enquanto um programa aguarda por um
evento, como a digitação de um dado, o processador
permanece ocioso.
• A memória é subutilizada caso o programa não a preencha
totalmente, e os periféricos, como discos e impressoras, estão
dedicados a um único usuário.
• Comparados a outros sistemas, os sistemas monoprogramáveis
ou monotarefa são de fácil implementação.
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1.4. Sistemas Monoprogramáveis / Monotarefa
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1.4. Sistemas Multiprogramáveis / Multitarefa
• Os recursos computacionais são compartilhados entre os
diversos usuários e aplicações.
• Neste tipo de sistema, por exemplo, enquanto um programa
espera por uma operação de leitura ou gravação em disco,
outros programas podem estar sendo processados neste
mesmo intervalo de tempo.
• Nesse caso, podemos observar o compartilhamento da
memória e do processador.
• O sistema operacional se preocupa em gerenciar o acesso
concorrente aos seus diversos recursos.
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1.4. Sistemas Multiprogramáveis / Multitarefa
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1.4. Sistemas Multiprogramáveis / Multitarefa
• Os sistemas multiprogramáveis ou multitarefa podem
ser classificados pela forma com que suas aplicações
são gerenciadas.
• Sistemas Batch
• Sistemas de Tempo Compartilhado
• Sistemas de Tempo Real
• Um sistema operacional pode suportar um ou mais
desses tipos de processamento, dependendo de sua
implementação.
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1.4. Sistemas Multiprogramáveis / Multitarefa
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1.4. Sistemas Multiprogramáveis / Multitarefa
• Sistemas Batch
• O processamento batch tem a característica de não exigir a
interação do usuário com a aplicação.
• Exemplos de aplicações originalmente processadas em batch
são programas envolvendo cálculos numéricos, compilações,
ordenações, backups e todos aqueles onde não é necessária a
interação com o usuário.
• Atualmente, os sistemas operacionais implementam ou
simulam o processamento batch, não existindo sistemas
exclusivamente dedicados a este tipo de processamento.
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1.4. Sistemas Multiprogramáveis / Multitarefa
• Sistemas de tempo compartilhado
• Os sistemas de tempo compartilhado (time-sharing) permitem que
diversos programas sejam executados a partir da divisão do tempo do
processador em pequenos intervalos, denominados fatia de tempo (time-
slice).
• Caso a fatia de tempo não seja suficiente para a conclusão do programa,
ele é interrompido pelo sistema operacional e substituído por um outro,
enquanto fica aguardando por uma nova fatia de tempo
• O sistema cria para cada usuário um ambiente de trabalho próprio, dando
a impressão de que todo o sistema está dedicado exclusivamente a ele.
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1.4. Sistemas Multiprogramáveis / Multitarefa
• Sistemas de tempo compartilhado
• Os sistemas de tempo compartilhado (time-sharing) permitem que
diversos programas sejam executados a partir da divisão do tempo do
processador em pequenos intervalos, denominados fatia de tempo (time-
slice).
• Caso a fatia de tempo não seja suficiente para a conclusão do programa,
ele é interrompido pelo sistema operacional e substituído por um outro,
enquanto fica aguardando por uma nova fatia de tempo
• O sistema cria para cada usuário um ambiente de trabalho próprio, dando
a impressão de que todo o sistema está dedicado exclusivamente a ele.
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1.4. Sistemas Multiprogramáveis / Multitarefa
• Sistemas de tempo real
• Os sistemas de tempo real (real-time) são implementados de
forma semelhante aos sistemas de tempo compartilhado. O
que caracteriza a diferença entre os dois tipos de sistemas é o
tempo exigido no processamento das aplicações.
• Enquanto em sistemas de tempo compartilhado, o tempo de
processamento pode variar sem comprometer as aplicações
em execução, nos sistemas de tempo real os tempos de
processamento devem estar dentro de limites rígidos, que
devem ser obedecidos, caso contrário poderão ocorrer
problemas irreparáveis.
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1.4. Sistemas Multiprogramáveis / Multitarefa
• Sistemas de tempo real
• Nesses sistemas não existe a idéia de fatia de tempo,
implementada nos sistemas de tempo compartilhado.
• O programa utiliza o processador o tempo que for necessário
ou até que apareça outro mais prioritário.
• A importância ou prioridade é definida pela própria aplicação e
não pelo sistema operacional.
• Ex.: Esses sistemas, normalmente estão presentes em
aplicações de controle de processos, controle de tráfego aéreo,
usinas termoelétricas e nucleares.
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1.4. Sistemas com Múltiplos Processadores
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1.4. Sistemas com Múltiplos Processadores
• Possuem 2 ou mais UCPs interligadas e trabalhando
em conjunto.
• Vantagem de executar vários programas ao mesmo
tempo ou um mesmo programa possa ser subdividido
em partes para serem executadas simultaneamente
em mais de um processador.
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1.4. Sistemas com Múltiplos Processadores
• Além dos princípios básicos e benefícios apresentados na
multiprogramação, outras características e vantagens foram
incorporadas como:
• Escalabilidade: Capacidade de aplicar o poder computacional
adicionando novos processadores.
• Disponibilidade: Capacidade de manter o sistema em operação
mesmo em caso de falhas. Ex.: Se um processador falhar, os
demais podem assumir suas funções.
• Balanceamento de carga: Capacidade de distribuir o
processamento entre diversos processadores a partir da carga
de trabalho de cada processador.
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1.4. Sistemas Fortemente Acoplados
• Existem vários processadores compartilhando uma única
memória física (shared memory) e dispositivos de
entrada/saída gerenciados por apenas um sistema operacional.
• São conhecidos como multiprocessadores.
• Podem ser divididos em:
• SMP (Symmetric Multiprocessors): Tempo uniforme de acesso a memória
principal pelos diversos processadores.
• NUMA (Non-UniformMemory Access).
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1.4. Sistemas Fortemente Acoplados
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1.4. Sistemas Fracamente Acoplados
• Dois ou mais sistemas conectados através de linhas de 
comunicação.
• Cada sistema funciona de forma independente.
• São conhecidos também como multicomputadores. 
• Podem ser divididos em:
• Sistemas operacionais de rede (SOR)
• Sistemas distribuídos: O sistema operacional esconde os
detalhes dos hosts individuais e passa a tratá-los com um
conjunto único, como se fosse um sistema fortemente
acoplado.
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1.4. Sistemas Fracamente Acoplados
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Exercícios de Fixação
1. Quais são as duas principais funções de um sistema operacional?
2. Quais os tipos de sistemas operacionais existentes?
3. Qual a diferença entre sistemas monoprogramáveis e sistemas multiprogramáveis?
4. Um sistema monousuário pode ser um sistema multiprogramável
5. Quais são os tipos de sistemas multiprogramáveis?
6. O que caracteriza o processamento batch? Cite algumas aplicações que podem ser
utilizadas neste tipo de ambiente.
7. Como funcionam os sistemas de tempo compartilhado? Quais a vantagens em
utilizá-los?
8. Qual a grande diferença entre sistemas de tempo compartilhado e tempo real? Cite
algumas aplicações indicadas para sistemas de tempo real.
9. Qual a grande diferença entre sistemas fortemente acoplados e fracamente
acoplados?
10. Cite e explique os tipos de sistemas fracamente acoplados.
11. Qual seria o tipo de sistema operacional recomendável para uso como servidor de
aplicações em um ambiente corporativo?
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Bibliografia
1. MACHADO, Francis B. Arquitetura de Sistemas Operacionais. 4 ed.
Rio de Janeiro: LTC, 2007.
2. TANENBAUM, Andrew S. Sistemas operacionais modernos. 2 Ed.
Rio de Janeiro: Prentice-Hall, 2005.
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Conteúdo da Próxima Aula
• Conceitos de hardware e software.
Obrigado ! 
Rafael A. G. Lima (rafaelg@fasa.edu.br)
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