Conceitos Básicos de Sistemas Operacionais (Revisão)

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Faculdade Estácio do Ceará Arquitetura de Sistemas Distribuídos 
Conceitos Básicos de Sistemas 
Operacionais (Revisão) 
Prof. Marcus Fábio Fontenelle, M.Sc. 
Mestre em Informática Aplicada 
LPIC-1, NCLA, MCSE 
Prof. Marcus Fábio, M.Sc 
Faculdade Estácio do Ceará Arquitetura de Sistemas Distribuídos 
Conceito de Sistema Operacional 
• Um sistema operacional (SO) é o software executado pelo processador que tem 
como principal função controlar o funcionamento de um computador, gerenciando 
a utilização e o compartilhamento de seus diversos recursos (processadores, 
memórias e dispositivos de entrada e saída). 
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Modo Kernel x Modo Usuário 
• Para garantir a execução apropriada de um SO é preciso ser feita uma distinção entre 
a execução do código do sistema operacional e o código do usuário. 
• A maioria dos SOs possuem dois níveis de operação: modo kernel e modo usuário. 
• O modo kernel (também chamado modo núcleo, modo supervisor, modo monitor, 
modo do sistema ou modo privilegiado) é um conjunto de rotinas que oferece serviços 
aos usuários e às suas aplicações. 
• O modo usuário possui apenas um subconjunto de instruções para executar tarefas 
que não afetem o controle da máquina ou realizem entrada e saída (E/S). 
 O programa de interface com o usuário (shell ou GUI – Graphical User Interface) é 
o nível mais inferior do software do modo usuário. 
• O bit de modo é adicionado para indicar o modo em que uma determinada tarefa está 
sendo executada. 
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Classificação dos Sistemas Operacionais 
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Sistemas Monoprogramáveis ou Monotarefas 
• Todos os recursos (processador, memória e dispositivos de E/S) estão dedicados 
a uma única tarefa. 
• Apenas um usuário interage com o SO. 
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Memória
Principal
Dispositivos
de E/ S
UCP
programa/
tarefa
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Sistemas Multiprogramáveis ou Multitarefas 
• Recursos compartilhados. 
• O SO gerencia o acesso concorrente aos seus recursos (processador, memória e 
dispositivos de E/S) de forma ordenada e protegida. 
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Memória
Principal
Dispositivos
de E/ S
UCP
programa/
tarefa
programa/
tarefa
programa/
tarefa
programa/
tarefa
programa/
tarefa
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Sistemas Multiprogramáveis ou Multitarefas 
• A partir do número de usuários que interagem com o sistema operacional, 
podemos classificar os sistemas multiprogramáveis como monousuário ou 
multiusuário. 
• Sisemas multiprogramáveis monousuário são encontrados em computadores 
pessoais e estações de trabalho, onde apenas um único usuário interage com o 
sistema. 
 Existe a possibilidade de execução de diversas tarefas ao mesmo tempo. 
• Sisemas multiprogramáveis multiusuário são ambientes interativos que 
possibilitam a diversos usuários conectarem-se ao sistema simultaneamente. 
 Encontrados em servidores. 
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Um Usuário
Dois ou Mais 
Usuários
Monoprogramação/Monotarefa Monousuário ―
Multiprogramação/Multitarefa Monousuário Multiusuário
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Sistemas Multiprogramáveis ou Multitarefas 
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Sistemas
Multiprogramáveis/
tarefaMulti
Sistemas
Batch
Sistemas de
Tempo Real
Sistemas de
Tempo Compartilhado
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Sistemas Batch ou Lote 
• Executados sequencialmente pela leitura de uma fita ou disco. 
• Normalmente não exigem interação com o usuário. 
 As entradas e saídas de dados da aplicação são implementadas por algum 
tipo de memória secundária. 
• Podem ser bastante eficientes devido à melhor utilização do processador. 
• Podem oferecer tempos de respostas longos. 
• Ex: Ordenações, cálculos numéricos, backup, compilação etc. 
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Sistemas de Tempo Compartilhado (Time Sharing) 
• Para cada usuário o SO aloca uma fatia de tempo (time-slice) dos recursos 
(processador, memória e dispositivos de E/S). 
• Permitem interação do usuário com o sistema através de terminais via teclado, 
vídeo e/ou mouse. 
• Possuem uma linguagem de controle que permite ao usuário comunicar-se 
diretamente com o SO através de comandos, sendo possível verificar arquivos 
armazenados em disco ou cancelar a execução de um programa. 
 Conhecidos também como sistemas on-line. 
• Ex: Aplicações comerciais 
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Sistemas de Tempo Real (Real Time) 
• Semelhantes em implementação aos SOs de tempo compartilhados. 
 Diferença fundamental é o tempo de resposta exigido no processamento das 
aplicações. 
– 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, caso contrário poderão ocorrer problemas 
irreparáveis. 
• Não existe a ideia de fatia de tempo. 
 Um programa detém o processador o tempo que for necessário ou até um 
programa mais importante precisar ser executado. 
– Quem determina a prioridade é a própria aplicação e não o SO como nos 
sistemas de tempo compartilhado. 
• Ex: Monitoramento de refinarias de petróleo, controle de tráfego aéreo, usinas 
nucleares etc. 
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Sistemas Monoprocessados 
• A maioria dos sistemas utiliza um único processador. 
• Existe uma CPU principal capaz de executar um conjunto de 
instruções de uso geral, incluindo instruções de processos do 
usuário. 
• Ex: PDAs, Mainframes, Primeira geração de Smartphones etc. 
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Sistemas Multiprocessados 
• Duas ou mais CPUs interligadas, trabalhando em conjunto. 
• Escalabilidade, Disponibilidade e Balanceamento de Carga. 
• Fatores chaves: 
 Forma de comunicação entre as CPUs 
 Grau de compartilhamento da memória e dos dispositivos de E/S 
• Em função dos fatores chaves podem ser classificados como: 
 Sistemas fortemente acoplados 
 Sistemas fracamente acoplados 
• Ex: Simulações, processamento de imagens etc. 
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Sistemas Fortemente Acoplados (Tightly Coupled) 
• Dois ou mais processadores compartilhando uma única memória e 
dispositivos de E/S controlados por um único SO. 
 Também conhecidos como multiprocessadores. 
• Usados no processamento de aplicações que fazem uso intensivo da CPU. 
 Processamento para a solução de um único problema. 
• Podem ser: 
 Assimétricos 
 Simétricos 
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UCP UCP
Memória
Principal
Dispositivos
de E/ S
Dispositivos
de E/ S
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Sistemas Fortemente Acoplados Assimétricos 
• Cada processador recebe uma tarefa específica. 
• Um processador mestre (master) controla o sistema, os outros 
processadores (escravos – slaves) procuram instruções com o mestre ou 
possuem tarefas predefinidas. 
 Relacionamento mestre-escravo(master-slave). 
 O processador mestre escalona e aloca trabalho para os 
processadores escravos. 
• Se o processador mestre falhar o sistema para o processamento e o SO 
atribui a função de mestre a outro processador. 
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Sistemas Fortemente Acoplados Simétricos 
• Todos os processadores são iguais, ou seja, não existe hierarquia entre eles. 
 Possuem tempo uniforme de acesso à memória principal. 
 Conhecidos como SMP (Symetric Multiprocessors) 
• Operação de boot feita por um único processador. 
• Ocorrência de acessos simultâneos às mesmas áreas de memória. 
 A solução desses conflitos ficam a cargo do hardware e do SO. 
 Um programa pode ser executado por qualquer processador, inclusive por 
vários processadores ao mesmo tempo (paralelismo). 
• Se um processador falhar o sistema continua normalmente, mas com menor poder 
computacional. 
 São mais poderosos que os assimétricos. 
 Permitem um melhor balanceamento do processamento e de E/S 
 Implementação complexa. 
 
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Sistemas Fracamente Acoplados (Loosely Coupled) 
• Possuem dois ou mais sistemas computacionais interligados através de linhas de 
comunicação. 
• Cada sistema funciona de forma independente, possuindo seu próprio SO 
gerenciando seus recursos (processadores, memórias e dispositivos de entrada e 
saída). 
• Também conhecidos como multicomputadores. 
 Cada sistema computacional pode ser formado por um ou mais processadores. 
• Divididos em: 
 Sistemas Operacionais de Rede (SOR) 
 Sistemas Operacionais Distribuídos 
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UCP UCP
Memória
Principal
Memória
Principal
Dispositivos
de E/ S
link de comunicação
Dispositivos
de E/ S
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Sistemas Operacionais de Rede (SOR) 
• Cada nó possui seu próprio SO, hardware e software que possibilitam ao sistema 
ter acesso a outros componentes da rede. 
 Permitem que um nó compartilhe seus recursos (Ex: impressora, diretório etc) 
• O SO pode ser diferente em cada Nó. 
• Caso haja problema em um Nó o sistema computacional pode operar 
normalmente. 
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Sistemas Operacionais Distribuídos 
• Cada componente da rede possui seu próprio SO e recursos (processadores, 
memórias e dispositivos de entrada e saída). 
• O que define um sistema distribuído é a relação mais forte entre seus 
componentes, onde geralmente os SOs são os mesmos. 
 O SO esconde os detalhes dos nós individuais e passa a tratá-los como um 
conjunto único, como se fosse um sistema fortemente acoplado. 
• Uma grande vantagem é balanceamento de carga (o processador mais livre é 
escolhido). 
• Ex: Cluster, DNS etc 
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