1-Introdução-Parte2

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SISTEMAS OPERACIONAIS
Estruturas de sistemas de computação
Prof. Mateus Novaes
(Adaptação dos slides de Silberschatz)
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SUMÁRIO
� Operação dos sistemas de computação
� Estrutura de E/S
� Estrutura de armazenamento
� Hierarquia de armazenamento
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� Proteção de hardware
� Arquitetura geral do sistema
� Estrutura de rede
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OPERAÇÃO DOS SISTEMAS DE COMPUTAÇÃO
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OPERAÇÃO DOS SISTEMAS DE COMPUTAÇÃO
� A CPU e as controladoras de E/S concorrem pelos 
ciclos de memória
� Cada controladora é responsável por um tipo de 
dispositivo
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dispositivo
� Toda controladora possui um buffer local
� As operações de E/S copiam dados dos 
dispositivos para o buffer local da controladora
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OPERAÇÃO DOS SISTEMAS DE COMPUTAÇÃO
� CPU move os dados dos buffers para a memória
� Controladora informa à CPU que terminou sua 
operação através de uma interrupção
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ais� A interrupção é identificada pela CPU que acessa 
um vetor de interrupções para chamar a rotina 
correta
� O S.O. deve salvar o contexto de execução atual
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OPERAÇÃO DOS SISTEMAS DE COMPUTAÇÃO
� Outras interrupções são desabilitadas enquanto a 
CPU trata uma rotina de interrupção
� Prevenir perda do tratamento atual
� Um S.O. espera por eventos que podem acontecer 
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� Um S.O. espera por eventos que podem acontecer 
de duas maneiras:
� Uma interrupção
� Um Trap
� Exceção gerada via software devido a um erro ou pedido de 
um programa
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OPERAÇÃO DOS SISTEMAS DE COMPUTAÇÃO
TRATAMENTO DE INTERRUPÇÃO
� O S.O. guarda o contexto da tarefa atualmente em 
execução
� Salva o conteúdo dos registradores e do contador de 
instrução
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ais� As rotinas de tratamento de interrupção contêm as 
ações que devem ser tomadas para cada tipo de 
dispositivo específico.
� Dispositivos que não têm suporte a interrupção 
precisam ser consultados sobre o fim da operação
� Pooling
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OPERAÇÃO DOS SISTEMAS DE COMPUTAÇÃO
TRATAMENTO DE INTERRUPÇÃO
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ESTRUTURA DE E/S
� Ao iniciar uma operação de E/S dois roteiros são 
possíveis:
� E/S síncrona: controle retorna ao programa somente ao 
final da operação
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� E/S assíncrona: controle é devolvido ao programa 
imediatamente
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ESTRUTURA DE E/S
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ESTRUTURA DE E/S
� E/S síncrona:
� Programa fica esperando até o final da operação
� Instrução wait
� Somente uma E/S pode ser executada por vez
� Uso ineficiente dos recursos da máquina
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� Uso ineficiente dos recursos da máquina
� E/S assíncrona:
� Programa pode continuar a execução
� Normalmente é trocado por outro processo
� Vários processos podem utilizar um mesmo dispositivo
� S.O. precisa gerenciar os pedidos de E/S
� Tabela de status do dispositivo 11
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ESTRUTURA DE E/S
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ESTRUTURA DE E/S
DMA – DIRECT MEMORY ACCESS
� Utilizado em controladoras de dispositivos com 
taxas de transferência muito altas
� A controla transfere blocos de dados do buffer para 
a memória sem intervenção da CPU
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a memória sem intervenção da CPU
� Somente ao final da transferência a CPU é interrompida
� Uma interrupção por bloco em vez de uma 
interrupção por byte
� Disputa de ciclos de memória com a CPU 13
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ESTRUTURA DE ARMAZENAMENTO
� Memória principal: Maior estrutura de 
armazenamento acessível diretamente pela CPU
� Toda tarefa em execução precisa estar na memória 
principal
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� Memória secundária: Guarda grande quantidade de 
dados de forma não volátil
� Discos Rígidos
� Discos Eletrônicos
� Discos Flexíveis
� CD/DVD/Blu-ray/HD-DVD
� Fitas 14
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ESTRUTURA DE ARMAZENAMENTO
� Memória principal:
� Destino ou origem de todo dado manipulado pelas 
controladoras de dispositivos
� E/S mapeada em memória
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� Placa de vídeo
� Portas seriais e paralelas
� Modems
� Transferência baseada em polling (PIO) ou interrupção
� Transferência de dados entre CPU e memória é lento
� Cache 15
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ESTRUTURA DE ARMAZENAMENTO
� Memória secundária:
� Normalmente adota o uso de discos magnéticos
� Um disco é formado por várias lâminas (pratos) 
magnéticas circulares onde os dados são gravados
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magnéticas circulares onde os dados são gravados
� Uma cabeça de leitura e escrita passa por cima da 
lâmina lendo/gravando os dados
� Um braço movimenta a cabeça pelo disco magnético
� Um prato é possui trilhas que são divididas em setores
� Um conjunto de trilhas alinhados verticalmente se chama 
cilindro 16
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ESTRUTURA DE ARMAZENAMENTO
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HIERARQUIA DE ARMAZENAMENTO
� Existe uma hierarquia das estruturas de 
armazenamento:
� Velocidade
� Custo por bit/byte
� Volatilidade
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� Volatilidade
� Caching – Ato de manter uma cópia dos dados 
lidos da memória principal numa estrutura de 
armazenamento mais rápida
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HIERARQUIA DE ARMAZENAMENTO
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CACHING
� Uso da memória cache para guardar dados 
recentemente utilizados
� Requer um gerenciamento da memória cache
� Quais dados devem ficar na cache
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� O S.O. precisa ter cuidado para manter os dados da 
memória cache consistentes.
� Alteração do dado na memória
� Dados na cache de vários processadores (fortemente 
acoplados)
� Dados na cache de vários processadores (fracamente 
acoplados)
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MIGRAÇÃO DO INTEIRO A DO DISCO PARA O
REGISTRADOR
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PROTEÇÃO DE HARDWARE
� Dois modos de operação
� Modo supervisor(monitor) e de usuário
� Proteção de E/S
� Instruções de acesso a dispositivos de E/S são 
privilegiadas e só podem ser utilizadas no modo 
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privilegiadas e só podem ser utilizadas no modo 
supervisor
� Proteção de memória
� Previne que processos acessem um espaço de 
memória fora do seu espaço reservado
� Proteção de CPU
� Define uma quantidade de tempo que um processo 
poderá ficar executando 22
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PROTEÇÃO DE HARDWARE
OPERAÇÃO EM MODO DUAL
� Sistemas com compartilhamento de recursos 
requerem queo S.O. não permita que um processo 
atrapalhe outro
� Existe um suporte via hardware para isso
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� Existe um suporte via hardware para isso
� Modo usuário: Processo do usuário tem acesso limitado 
a instruções que não causem efeitos em outros
� Modo monitor: Acesso a todas as instruções, modo 
utilizado pelo S.O.
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PROTEÇÃO DE HARDWARE
OPERAÇÃO EM MODO DUAL
� Bit de modo no hardware do computador para 
indicar o modo atual: monitor (0) ou usuário (1) Siste
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Interrupção / Falha / E/S
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monitor usuário
Muda bit de modo
PROTEÇÃO DE HARDWARE
PROTEÇÃO DE E/S
� Todas as instruções de E/S são instruções 
privilegiadas
� Precisa assegurar que um programa do usuário 
nunca possa obter o controle do computador no 
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nunca possa obter o controle do computador no 
modo monitor
� Ex: programa altera vetor de interrupção apontado para 
seu trecho de código.
� S.O. ativa modo monitor e chama o tratamento da 
interrupção
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PROTEÇÃO DE HARDWARE
PROTEÇÃO DE MEMÓRIA
� É preciso proteger o vetor de interrupção e as 
rotinas de serviço de interrupção
� Para ter proteção da memória, é preciso utilizar 
dois registradores:
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dois registradores:
� Registrador de base – contém o menor endereço de 
memória física válido
� Registrador de limite – contém o tamanho do intervalo 
� A memória fora do intervalo definido é protegida
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PROTEÇÃO DE HARDWARE
PROTEÇÃO DE MEMÓRIA
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PROTEÇÃO DE HARDWARE
PROTEÇÃO DE MEMÓRIA
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PROTEÇÃO DE HARDWARE
PROTEÇÃO DE CPU
� Temporizador(timer) – interrompe o computador 
após um período especificado para garantir que o 
sistema operacional mantenha o controle
� O timer é decrementado a cada ciclo
Quando o timer atinge 0, ocorre uma interrupção
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� Quando o timer atinge 0, ocorre uma interrupção
� O timer normalmente usado para implementar 
compartilhamento de tempo
� O timer pode ser usado para calcular a hora atual
� A carga do timer é uma instrução privilegiada 29
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ESTRUTURA GERAL DO SISTEMA
� Como as instruções de E/S são privilegiadas o 
programa de usuário precisa utilizar “chamadas ao 
sistema” (system call)
� Método utilizado por um processo para requisitar a ação do 
sistema operacional
� Normalmente tem a forma de um trap para um local 
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� Normalmente tem a forma de um trap para um local 
específico no vetor de interrupção
� S.O. realiza algumas verificações antes de permitir 
aceso:
� Verifica o pedido de acesso ao dispositivo
� Analisa se os parâmetros de acesso estão corretos
� Muda o bit de modo para monitor
� Executa a requisição passando o controle para a primeira 
instrução da rotina correspondente 30
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ESTRUTURA GERAL DO SISTEMA
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ESTRUTURA DE REDE
� Redes locais (LAN)
� Redes de longa distância (WAN) Siste
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ESTRUTURA DE REDE
REDES LOCAIS (LAN)
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ESTRUTURA DE REDE
REDES DE LONGA DISTÂNCIA (WAN)
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