SO_02 - Introdução aos Sistemas Operacionais.pdf

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Sistemas Operacionais
Prof. Fernando Eryck
2012.1
Redes de Computadores
SUMÁRIO
1. Motivação
2. O que é um Sistema Operacional 
3. Funções Básicas de um S.O 
4. Sistemas Mainframe 
1. Motivação
O estudo de sistemas operacionais (SOs) ganha importância à medida 
que se necessita deste conhecimento para exercer atividades como 
administrador de sistemas, programação de aplicações concorrentes e 
gerentes de segurança.
Outro fator importante é o relacionamento dos SOs com as redes de 
comunicação de dados, o que faz seu estudo necessário para os 
administradores de rede. 
2. O que é um Sistema 
Operacional
�É um conjunto de rotinas executadas pelo processador de maneira 
não linear.
�Programa que oculta do programador a ´verdade´ sobre o hardware e 
apresenta uma visão simples e agradável dos nomes dos arquivos que 
podem ser lidos e escritos
�Programa que age como um intermediário entre o usuário de um 
computador e o hardware deste computador
2. O que é um Sistema Operacional
programadores
e analistas
Usuários
programas,
sistemas e
aplicativos
usuários
memória discos
UCP
Hardware
Sistema OperacionalSistema Operacional
fitas
impressoras monitores
2. O que é um Sistema Operacional
� Ponto de vista do usuário
� O usuário enxerga a interface do sistema, velocidade, 
capacidade de armazenamento e funcionalidades dos 
periféricos
�Facilidade de uso (Ambiente Gráfico )�Facilidade de uso (Ambiente Gráfico )
�Pouca atenção ao desempenho
�Nenhuma atenção a utilização dos recursos
2. O que é um Sistema Operacional
� Ponto de vista do sistema
� Alocador de recursos – gerencia e distribui recursos de 
hardware
�Programa de controle – controla a execução dos programas 
dos usuários e a operação dos dispositivos de E/S.dos usuários e a operação dos dispositivos de E/S.
�Kernel – programa essencial que executa todo tempo (o 
restante seriam aplicativos) 
2. Componentes de um Sistema 
Computacional
� Hardware – recursos básicos de computação (CPU, memória, 
dispositivos de E/S.
�Sistema Operacional – controla e coordena o uso do hardware 
pelos vários programas aplicativos dos vários usuários 
�Programas Aplicativos – definem como os recursos são �Programas Aplicativos – definem como os recursos são 
usados para solucionar os problemas dos usuários (planilhas, 
editores, navegadores web, etc.)
�Usuários – pessoas
“O sistema operacional oferece os meios para a utilização 
apropriada destes recursos durante a operação do sistema de 
computação”
Analogia: O governo não desempenha funções úteis para ele mesmo. Proporciona um ambiente 
para que outros programas (ex.: Socias) possam desempenhar tarefas úteis.
2. Componentes de um Sistema 
Computacional
Visão abstrata da relação entre os componentes 
3. Funções Básicas do SO
� Sua principal função é gerenciar o funcionamento e compartilhamento de 
recursos do computador (como processador, memória principal e secundária, 
dispositivos de I/O e barramento do sistema e de expansão).
Funções básicas do SO:
1. Gerenciamento de processos: O SO é preparado para dar ao usuário a 1. Gerenciamento de processos: O SO é preparado para dar ao usuário a 
ilusão de que vários processos em execução simultânea no computador são 
executados em paralelismo. Cada processo recebe uma fatia do tempo e a 
alternância entre vários processos é tão rápida que o usuário pensa que sua 
execução é simultânea.
2. Gerenciamento de memória: O SO tem acesso completo à memória do 
sistema e deve permitir que os processos dos usuários tenham acesso seguro à 
memória quando o requisitam.
3. Funções Básicas do SO
Funções básicas do SO (cont.):
3. Gerenciamento do Sistema de arquivos: Técnica para armazenar e 
recuperar informações de modo permanente.
4. Gerenciamento de Entrada e Saída de dados: Monitor, impressoras, disco, 
etc.
5. Gerenciamento do Shell: Software independente que oferece comunicação 5. Gerenciamento do Shell: Software independente que oferece comunicação 
direta entre o usuário e o sistema operacional
“O sistema operacional é projetado para maximizar a utilização dos recursos –
assegurando que todo o tempo de CPU, memória e I/O disponíveis sejam 
utilizados eficientemente e que nenhum usuário individual ocupe mais do que sua 
cota justa.
4. Sistemas de Mainframe
� Primeiros sistemas desenvolvidos 
� Utilizados em máquinas enormes que ocupavam salas inteiras
� Operados a partir de um console� Operados a partir de um console
� Voltados para execução de aplicações comerciais e científicas
� Diversos tipos ao longo do tempo
� Batch
� Multiprogramados
� Tempo Compartilhado
4.1 Sistemas Batch (Monotarefa)
� Primeiros sistemas operacionais, rudimentares
� Computador opera uma – e somente uma - aplicação
� Dispositivos de entrada/saída
� Leitoras de cartão
� Drives de fita
� Impressoras de linha
Sistema Operacional
Área do programa 
do usuário
Esquema de memória para 
um sistema batch simples
� Impressoras de linha
� Perfuradores de cartões
� O usuário não interagia diretamente com o computador
� O SO era simples, apenas transferia o controle de um job para 
outro
� O SO estava sempre residente na memória
� CPU estava frequentemente ociosa
� Para aumentar a velocidade de processamento:
� Jobs reunidos em lotes (batch) 
� Introdução dos discos
� Agendamentos (Scheduling) Cartão Perfurado
4.1 Sistemas Batch (Monotarefa)
Sistema em Lote Antigo. (a) Os programadores levavam os cartões para o 1401. (b) O 1401 gravava o lote de jobes em fita. (c) O operador levava
a fita de entrada para o 7094. (d) O 7094 executava o processamento. (e) O operador levava a fita de saída para o 1401. (f) O 1401 imprimia as saídas
4.1 Sistemas Batch (Monotarefa)
4.2 Sistemas Batch Multiprogramados 
(Multitarefas)
� Tentam resolver o problema da ociosidade carregando vários 
programas ao mesmo tempo na memória
� Quando um programa pára esperando dados, outros podem ser 
executados.
� A multiprogramação aumenta a utilização da CPU� A multiprogramação aumenta a utilização da CPU
�Funcionamento
� S.O mantém vários jobs na memória 
simultaneamente (há uma fila residente em disco
aguardando ser alocado para memória)
� O S.O seleciona um dos Jobs para ser processado
� Enquanto o job alocado aguarda uma tarefa, O S.O 
aloca um novo job a ser processado
512 K
Sistema Operacional
Job 2
Job 1
Job 3
Job 4
4.2 Sistemas Batch Multiprogramados
� Coleta remota
� Computadores menores passaram a ser usados para “montar” os 
batches
4.2 Sistemas Batch Multiprogramados
� Características necessárias a um S.O para a 
multiprogramação
� Rotinas de E/S fornecidas pelo S.O 
� Gerência memória: o S.O deve alocar memória para vários � Gerência memória: o S.O deve alocar memória para vários 
programas (jobs)
� Escalonamento da CPU: o S.O escolhe entre os jobs disponíveis 
qual deve executar
� Alocaçao dos dispositivos: o S.O define quem pode acessar qual 
dispositivo
4.3 Sistemas de tempo compartilhado 
(Multitarefa)
� Sistemas em batch multiprogramados otimiza o uso dos recursos, mas não 
propicia a interação do usuário com o Sistema Computacional
�Tempo compartilhado
� Permite diversos programas sejam executados a partir da divisão do tempo do 
processador em pequenos intervalos, denominados fatia de tempo (time-slice)processador em pequenos intervalos, denominados fatia de tempo (time-slice)
� Caso a fatia de tempo não seja suficiente para conclusão do programa, o mesmo é 
interrompido e substituído por outro (programa/usuário), enquanto aguarda uma nova 
fatia de tempo
� Cria um ambiente de trabalho próprio dando a impressão de que todo sistema está 
dedicado exclusivamente a um único usuário.
� Permitema interação dos usuários (comandos) com o sistema, através de terminais com 
vídeo, mouse e teclado
� A maioria das aplicaçõess comerciais atualmente são processadas em sistemas de 
tempo compartilhado
� Implementam a memória virtual – técnica que permite a execução de um job que pode 
não estar completamente na memória 
4.3 Sistemas de tempo compartilhado: 
Multitarefa
4.4 Sistemas de mesa (Desktops)
� Consagrados pelos micro-processadores:
� Computadores Pessoais e/ou Estações de trabalho
�Sistema dedicados a um só usuário que tem acesso a todos 
dispositivosdispositivos
� Focados em maximizar a eficácia e a capacidade de resposta ao 
usuário
� Podem ou não adotar algumas tecnologias desenvolvidas para os 
sistemas de grande porte
� Proteção de arquivos para PC interligados a outros PC em rede
� Ex.: Windows, Apple Macintosh, Linux, etc.
4.4 Sistemas de mesa (Desktops)
� DEC – PDP 1, primeiro “mini-computador”
4.4 Sistemas multiprocessados
� Sistemas com múltiplas CPUs 
�Sistemas paralelos ou fortemente acoplados
� Processadores compartilham memória e clock
� Comunicação entre CPUs pela memória� Comunicação entre CPUs pela memória
�Vantagens
� Aumento do desempenho (Throughput)
� Taxa incremental de velocidade com N processadores não é N
� Overhead Implícito (> concorrência por recursos)
� Economia de escala
� Compartilha periféricos, memória em massa e energia
� Aumento de confiabilidade
� A falha de um processador não interrompe o sistema, apenas fica mais lento
4.4.1 Sistemas multiprocessados 
Simétricos
� Cada processador executa a mesma tarefa
� Muitos processadores podem executar uma tarefa em paralelo 
(paralelismo) sem degradação de desempenho 
� Quando um processador falha o sistema continua funcionando, 
delegando a tarefa para outro processadordelegando a tarefa para outro processador
� São mais poderosos do que os assimétricos (> maior balanceamento 
do processador e operações I/O)
�É possivel melhorar o desempenho 
adicionando outro processador
4.4.2 Sistemas multiprocessados 
Assimétricos
� Cada processador desempenha uma tarefa
�Um processador mestre planeja e aloca trabalho p/ outros
�A cada processador é designado uma tarefa específica
4.5 Sistemas Distribuídos
� Sistemas fracamente acoplados:
� Cada processador tem sua memória local
� Comunicação se dá por canais de transmissão 
�Caracterizado por dois ou mais computadores conectados através de 
uma rede, cujo objetivo é concluir uma tarefa em comumuma rede, cujo objetivo é concluir uma tarefa em comum
�Dependem da interconexão de rede para realizarem suas 
funcionalidades (protocolo TCP/IP mais comum)
�Distribuem a computação entre diversos processadores 
fisicamente independentes e diferentes plataformas
� Podem se organizar como:
�Cliente/Servidor 
�Peer-to-peer (par-a-par)
4.5 Sistemas Distribuídos
� Vantagens:
�Compartilhamento de recursos em uma rede
�Aumento de desempenho – divisão de carga
�Confiabilidade�Confiabilidade
�Comunicação entre usuários e aplicativos
�Ex.: 
�Projeto Seti@home
�ClimatePrediction.net
�Boinc
�Ourgrid
4.5 Sistemas Distribuídos
4.6 Agregados Computacionais
� Sistemas distribuídos em uma rede local rápida e uniforme de 
operação (SW)
�Diversos processadores compartilham recursos
�Compartilhamento de dispositivos de armazenamento (dados)�Compartilhamento de dispositivos de armazenamento (dados)
�Podem ser organizados de forma simétrica e assimétrica
� Organização Simétrica
� Os computadores operam as aplicações a monitoram-se 
reciprocamente
� Organização Assimétrica
� Uma máquina fica monitorando as demais que estão 
operando as aplicações
4.7 Sistemas de tempo real
� Sistemas com restrições bem definidas sobre tempo de resposta
� O não cumprimento de uma tarefa dentro do prazo é considerado 
uma falha do sistema
�Frequentemente usadas em aplicações dedicadas, como controladores de �Frequentemente usadas em aplicações dedicadas, como controladores de 
dispositivos 
�Detenção do processador pelo tempo necessário ou até que um programa 
prioritário o solicite
�Podem ser divididos em sistemas 
� Hard (tempo real rígido) – O prazo de execução não pode ser violado
� Soft (tempo real flexível) – Uma falha é aceitável
�Ex.: Monitoramento de refinarias de petróleo, tráfego aéreo, sistemas 
bancários, monitoramento cardíaco 
4.8 Sistemas pessoais de mão
� Personal Digital Assistants (PDAs)
�Palms 
�SmartPhone
�Telefone celulares (Iphone, BlackBerry,etc.)
�Envolvem questões diferentes de desktops:
�Memória limitada
�Processadores relativamente lentos
�Telas pequenas
�Ex.: Palm OS, Windows Mobile (Pocket PC)
4.9 Sistemas embutidos (embarcados)
� Sistemas que são desenvolvidos para serem inseridos em 
dispositivos específicos 
�Usualmente, as necessidades de interface com o usuário são 
definidas pelo dispositivodefinidas pelo dispositivo
�Muitas vezes trazem requisitos de tempo real
�Restrições de memória e capacidade de processamento podem 
ser severas
�Ex.: Sistemas de controle de vôo integrados na aeronaves, 
roteadores, switches, Impressoras, etc.
5 Migração das funcionalidades