Aula02 SOS 2017 (Funcionamento)

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2ª aula:
 Características;
 Funcionamento básico;
 SOS (ADS) – Prof. Alberto
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Algumas características
 Usuários: 
	Administrador ou super usuário;
	Usuários com acessos e permissões limitados;
 Interfaces:
	GUI (Graphical user interface);
	TUI (Text user interface);
	CUI (Command-line user interface);
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Algumas características (cont.)
Arquitetura: 
Núcleo monolítico ou monobloco: um só programa é o núcleo
Micronúcleo ou modelo cliente-servidor: serviço mínimo e demais serviços são executados como processos;
Sistema em camadas:
Monitor de máquinas virtuais: abstração do hardware.
Quantidade de usuários:
Monousuário (possível troca de usuários);
Multiusuários: vários usuários simultaneamente (terminal ou acesso remoto).
.
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Algumas características (cont.)
 Gerenciamento de processos: 
Monotarefa: uma tarefa de cada vez;
Multitarefa: além do próprio S.O., outras tarefas:
 Enfileiradas e compartilhando o tempo do processador (concorrência);
 Uma em cada núcleo (ou processador) em sistemas multiprocessados.
Multiprocessamento: o SO distribui as tarefas entre dois ou mais processadores:
 Fortemente acoplados: na mesma máquina;
 Fracamente acoplados: em máquinas diferentes.
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Funções básicas:
gerenciamento de processos;
gerenciamento de memória;
gerenciamento de Entrada e Saída (E/S);
sistema de arquivos;
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Processo: um arquivo executável e em execução;
Cada processo tem seu espaço de endereçamento: espaço na memória para o processo em si, dados do mesmo, pilha e registradores;
S.O.s multitarefa dão ao usuário a ilusão que o número de processos em execução simultânea no computador é maior que o número de processadores instalados. 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;
São utilizados algoritmos para determinar qual processo será executado em determinado momento e por quanto tempo;
Gerenciamento de Processos
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Os processos podem comunicar-se: isto é conhecido como IPC (Inter-Process Communication);
 O sistema operacional, normalmente, deve possibilitar o multiprocessamento : neste caso, processos diferentes e threads podem ser executados em diferentes processadores. Para essa tarefa, ele deve ser reentrante e interrompível, o que significa que pode ser interrompido no meio da execução de uma tarefa;
Um processo pode invocar um outro processo, chamado de processo-filho e assim sucessivamente;
Gerenciamento de Processos
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O S.O. tem acesso completo à memória do sistema e deve permitir que os processos dos usuários tenham acesso seguro à memória quando o requisitam;
 Liberar a memória ao final da execução do processo;
Processos maiores que a memória disponível: 
Carregar os dados “aos poucos”;
Overlays;
Memória virtual (salvar temporariamente no disco rígido).
Gerenciamento de Memória
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Gerenciamento de E/S
O S.O. deverá controlar todos os dispositivos de E/S;
Ele envia comandos para os dispositivos, captura e atende as interrupções, oferece uma interface para o dispositivo e dá tratamento à erros;
Independência de dispositivos: o S.O. deverá ter um tratamento comum à todos os dispositivos. Sendo os mesmos diferentes entre sí, há a necessidade do software especifico para cada um: os drivers de dispositivos.
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Driver
A função de um driver de dispositivo é aceitar requerimentos abstratos do software – via S.O. - independente de dispositivo acima dele e cuidar para que a solicitação seja executada, permitindo que o software interaja com o dispositivo;
Um driver não é um processo gerido independentemente pelo S.O., mas sim um conjunto de tabelas contendo informações sobre cada periférico, bem como os fluxos de informação circulante entre o sistema e o dispositivo. Pode ser visto em alguns casos como parte do processo que esta em execução.
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Sistema de arquivos (File System):
Forma de organização de dados em algum meio de armazenamento de dados em massa, tais como discos rígidos (HDs) ou flash RAMs (pen drives). Sabendo interpretar o sistema de arquivos de um determinado meio, um S.O.pode decodificar os dados armazenados e lê-los ou gravá-los.
Um sistema de arquivos é composto por um conjunto de estruturas lógicas e de rotinas (código executável), que permitem ao S.O. controlar o acesso ao disco rígido e aos meios de armazenamento. Diferentes sistemas operacionais usam diferentes sistemas de arquivos, as vezes, dois ou mais simultaneamente.
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Um disco rígido (HD – Hard Disk) por dentro.
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A formatação de um disco magnético é realizada para que o S.O. seja capaz de gravar e ler dados no disco, criando assim estruturas que permitam gravar os dados de maneira organizada e recuperá-los mais tarde.
Existem dois tipos de formatação, chamados de formatação física e formatação lógica. A formatação física é feita na fábrica ao final do processo de fabricação, que consiste em dividir o disco virgem em trilhas, setores, cilindros e isola os bad blocks (danos no HD). Estas marcações funcionam como as faixas de uma estrada, permitindo à cabeça de leitura saber em que parte do disco está, e onde ela deve gravar dados. Para que o disco possa ser reconhecido e utilizado pelo sistema operacional, é necessária uma nova formatação, chamada de formatação lógica. 
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Uma partição é uma divisão lógica de um disco rígido (SCSI, ATA ou SATA). Cada partição pode conter um sistema de arquivos diferente. Consequentemente, vários S.O. podem ser instalados na mesma unidade de disco.
O particionamento é comumente encontrado num computador PC doméstico. Localiza-se no primeiro setor do disco, que é chamado MBR (Master Boot Record). Caracteriza-se por permitir até quatro partições, ditas primárias. Caso seja necessário um número maior, pode-se usar uma partição primária como estendida. Neste caso, essa partição será um repositório de unidades lógicas (ou partições lógicas).
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A Master Partition Table contém códigos que identificam o tipo da partição e alguns dados sobre a mesma (se é a partição ativa - leia-se, de boot -, tipo de sistema de arquivos, posição no disco, tamanho, etc.)
Por ter um tamanho limitado podem apenas existir quatro partições, ditas primárias. Para suprimir esta falha no desenho do MBR, criou-se o conceito de partições estendidas, dentro das quais se podem criar até 63 sub-partições (lógicas) cuja Tabela de Partições se encontra descrita em alguns lugares dentro de toda a partição estendida.
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MBR é abreviação de Master Boot Record. O MBR é um arquivo de dados interligado com a BIOS cuja importância é o reconhecimento do sistema de arquivos,
como também na inicialização do sistema operacional.
Os programas de particionamento salvam o particionamento na tabela de partição, gravada no início do HD. Esta tabela contém informações sobre o tipo, endereço de início e final de cada partição. Depois do particionamento, vem a formatação de cada partição, onde você pode escolher o sistema de arquivos que será usado em cada uma.
Ao instalar o sistema operacional, é gravado mais um componente: o gerenciador de boot, responsável por carregar o sistema durante o boot.
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Ao trocar de sistema operacional, você geralmente subscreve a MBR com um novo gerenciador de boot, mas a tabela de particionamento só é modificada ao criar ou deletar partições. 
Para manter dois ou mais sistemas instalados no mesmo micro é necessário instalar um boot manager, um pequeno programa que ficará residente na trilha MBR e será carregado cada vez que o micro é ligado. 
O boot manager exibe então uma tela perguntando qual sistema operacional deve ser inicializado. A maior parte dos sistemas operacionais atuais trazem algum boot manager. No Linux temos o Lilo e o Grub, que podem ser usados para combinar Linux e Windows, ou mesmo várias versões diferentes do Linux, de acordo com a configuração.
Tanto o gerenciador de boot quanto a tabela de particionamento do HD são salvos no primeiro setor do HD (a famosa trilha MBR), que contém apenas 512 bytes. 
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1º - Formatação física: divisão do disco em trilhas e setores. Feita em fábrica.
2º - Particionamento: divisão do disco em partições. Feito pelo S.O. ou por aplicativo.
3º - Formatação lógica: nomeação dos setores, trilhas e unidade de alocação. Feito pelo S.O. ou por aplicativo. 
4º - Instalação do S.O. e configuração do gerenciador de boot.
5º - Criação e gerenciamento da tabela de arquivos
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Uma unidade de alocação (também chamada cluster) é a unidade básica de alocação do espaço em disco para arquivos e diretórios. A fim de reduzir o overhead de gerenciar estruturas de dados em disco, o sistema de arquivos não aloca setores individuais, mas grupos contínuos de setores (os clusters).
Num disco que use setores de 512 bytes, uma unidade de alocação de 512 bytes contém um setor, enquanto uma unidade de alocação de 4 KB contém oito setores.
Uma unidade de alocação é a menor porção lógica de espaço em disco que pode ser alocada para armazenar um arquivo. Armazenar arquivos pequenos num sistema de arquivos com unidades de alocação grandes irá portanto desperdiçar espaço em disco; tal espaço desperdiçado é denominado "fragmentação interna“. 
Para tamanhos de unidades de alocação que são pequenos se comparados ao tamanho médio de arquivo, o espaço desperdiçado por arquivo será estatisticamente de cerca de metade do tamanho da unidade de alocação; para unidades de alocação maiores, o espaço desperdiçado irá se tornar maior. Todavia, a velocidade de leitura e escrita de um disco aumenta a medida que o tamanho da unidade de alocação aumenta. 
Tamanhos típicos de unidades de alocação vão de 1 setor (512 B) até 128 setores (64 KB).
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A File Allocation Table (FAT, ou Tabela de Alocação de Arquivos) é um sistema de arquivos desenvolvido para o MS-DOS e usado em versões do Microsoft Windows.
A tabela de alocação é um mapa de utilização do disco que permite ao S.O. saber exatamente onde um determinado arquivo está armazenado.
As implementações FAT têm um inconveniente sério: quando arquivos são apagados e novos arquivos são escritos no dispositivo, as suas partes tendem a dispersar-se, fragmentando-se por todo o espaço disponível, tornando a leitura e escrita um processo lento.
A desfragmentação é uma solução para isso, mas é habitualmente um processo demorado (sobretudo no sistema FAT32) e que tem de ser repetido regularmente para manter o S.O. rápido.
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A MFT (Master File Table) é a principal estrutura do sistema de arquivos NTFS, que armazena as localizações de todos os arquivos.
Cada entrada de arquivo na MFT possui 2 KB, onde são armazenados o nome do arquivo e seus atributos. Sobra então uma pequena área de dados, geralmente de 1500 bytes (pode ser maior ou menor, dependendo do espaço ocupado pelo nome e pelos atributos do arquivo) que é usada para guardar o início do arquivo.
Caso o arquivo seja muito pequeno, ele poderá ser armazenado diretamente na entrada no MFT. Caso contrário, serão armazenados apenas os números dos clusters ocupados pelo arquivo. Em alguns casos, não é possível armazenar nem mesmo os atributos do arquivo no MFT. 
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Nesses casos, os atributos serão gravados em espaços (cluster) vagos do dispositivo e a MFT conterá apenas entradas que apontam para eles. 
Os atributos do arquivo incluem seu nome, versão, nome MS-DOS (o nome simplificado com 8 caracteres e extensão), mas, principalmente incluem as permissões do arquivo, quais usuários do sistema poderão acessá-lo ou não, e ainda um espaço reservado para auditoria, que permite armazenar informações sobre quais operações envolvendo o arquivo devem ser gravadas para que seja possível realizar uma auditoria, caso necessário.
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Para a maioria dos usuários, o sistema de arquivos tem um aspecto mais visível no um sistema operacional. Ele fornece o mecanismo para o armazenamento online e o acesso relacionado tantos aos dados como aos programas do sistema operacional e de todos os usuários do sistema de computação. 
O sistema de arquivos consiste em duas partes distintas: uma coleção de arquivos, cada um deles armazenando dados relacionados, e uma estrutura de diretórios (pastas), que organiza e fornece informação sobre todos os arquivos do sistema. 
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Alguns sistemas de arquivos podem fazer uso de partições, utilizadas para separar física ou logicamente grandes coleções de diretórios.
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Atributos de arquivos
Um arquivo possui certos outros atributos que variam de um sistema operacional para o outro, mas que normalmente são os seguintes:
Nome: o nome simbólico do arquivo é a única informação conservada em forma legível pelas pessoas.
Identificador: este rótulo único, usualmente um numero, identifica o arquivo dentro do sistema de arquivo; é o nome não legível pelas pessoas.
Tipos : esta informação é necessária para aqueles sistemas que suportam diferentes tipos.
Posição: esta informação é um ponteiro para um dispositivo e para a posição do arquivo naquele dispositivo.
Tamanho: o tamanho corrente o arquivo e possivelmente o tamanho máximo permitido estão incluídos neste atributo.
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Proteção: a informação de controle de acesso determina quem pode ler o arquivo, gravá-lo, executá-lo e assim por diante.
Hora, data e identificação do usuário: esta informações pode ser conservadas em relação a data da criação, ultima modificação e ultima utilização do arquivo. Estes dados podem ser úteis para proteção, segurança e monitoramento de uso do arquivo.
A informação sobre todos os arquivos é conservada na estrutura do diretório que também reside em memória secundaria. A entrada de um diretório consiste no nome do arquivo com seu identificador único. O identificador, por sua vez, permite localizar os demais atributos do arquivo. Em um sistema com muitos arquivos o tamanho
do próprio diretório pode ocupar megabytes. Como os diretórios, da mesma forma que os arquivos, devem ser não-voláteis, precisam ser armazenados em dispositivos e conduzidos a memória gradativamente.
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