Fundamentos de Sistemas Operacionais

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Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Capítulo 1: Introdução
1.2 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Capítulo 1: Introdução
� Qual o papel do Sistema Operacional
� Organização do Sistema Operacional
� Arquitetura do Sistema de Computação
� Estrutura do Sistema Operacional
� Operações do Sistema Operacional
� Gereciamento de Processo
� Gereciamento de Memória
� Gereciamento de Armazenamento
� Proteção e Segurança
� Sistemas Distribuídos
� Sistemas de Propósito Especial
� Ambientes Computacionais 
� Sistemas Opercaionais Open-Source
1.3 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Objetivos
� Dar uma visão geral dos principais componentes dos sistemas
operacionais
� Descrever a organização básica dos sistemas de computação
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1.4 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Os pais do UNIX
1.5 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
O Que É Um Sistema Operacional?
� Um programa que atua como intermediário entre o usuário de um 
computador e o hardware do computador
� Objetivos do sistema operacional:
� Executar programas do usuário e tornar fácil a solução de problemas
� Tornar o sistema computacional conveniente para uso
� Usar o hardware de uma forma mais eficiente
1.6 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Estrutura do Sistema Computacional
� O sistema Computacional pode ser dividido em quatro componentes
� Hardware – composto de recursos computacionais básicos
� CPU, memória, dispositivos de I/O
� Sistema Operacional
� Controla e coordena o uso do hardware entre várias 
aplicações e usuários
� Programas de aplicação – define a maneira pela qual os recursos 
do sistema serão usados para resolver os problemas do usuário 
� Processadores de texto, compiladores, browseres web, 
gerenciadores de banco de dados, video games, outros 
programas.
� Usuários
� Pessoas, máquinas, outros computadores
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1.7 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Quatro Componentes de um Sistema Computacional
1.8 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Definição do Sistema Operacional
� SO é um alocador de recursos
� Gerencia todos recursos
� Decide entre os conflitos gerados por requisições de forma 
mais apropriada e eficiente na utilização de recursos
� SO é um programa de controle
� Controla a execução dos programas para prevenir erros e use 
improprio do computador
� Não existe uma definição universal
� Kernel - “Programa que está sempre executando no computador”
Os demais são: programas do sistema (programas que 
complementam o SO) ou programas aplicativos
1.9 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Inicialização do Computador
� Programa bootstrap é carregado ao se ligar ou resetar a máquina.
� Tipicamente armazenado na ROM ou EPROM, geralmente conhecido 
como firmware
� Inicializa/verifica todos os componentes do sistema
� Carrega o kernel do sistema operacional e inicia a execução
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1.10 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Organização do Sistema de Computação
� Operação do sistema computação
� Uma ou mais CPUs, unidades controladoras se conectam através de 
um barramento comum que prover acesso para a memória
compartilhada.
� Execuções silmutâneas das CPUs e dispositivos disputam pelos ciclos
de memória.
1.11 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Operação do Sistema de Computação
� Dispositivos de I/O e a CPU podem executar concorrentemente
� Cada unidade de controle é administra um particular tipo de dispositivo
� Cada controlador de dispositivo possui um buffer local
� A CPU transfere dados entre a memória principal e os buffers locais
� A E/S ocorre do dispositivo para o buffer local do controlador 
� O controlador de dispositivo informa à CPU que sua operação está 
terminada, causando uma interrupção
1.12 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Eventos Comuns nas Interrupçoes
� A interrupção geralmente transfere o controle para o serviço de interrupção 
através do vetor de interrupção, que contém o endereço de todas as rotinas 
de serviço
� A arquitetura de interrupção precisa salvar o endereço da instrução 
interrompida
� As interrupções que chegam são empilhadas enquanto outra interrupção 
está sendo processada para evitar uma interrupção perdida
� Uma trap (interceptação) é uma interrupção gerada por software, causada 
por um erro ou por uma requisição do usuário
� Um sistema operacional é dirigido por interrupções
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1.13 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Tratamento de Interrupções
� O sistema operacional preserva o estado da CPU armazenando 
registradores e o contador do programa 
� Determina que tipo de interrupção ocorreu: 
� polling
� sistema de interrupção vetorizada
� Rotinas de núcleo separadas determinam que ação deve ser realizada para 
cada tipo de interrupção
1.14 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Linha do tempo da interrupção
1.15 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Estrutura de Armazenamento
� Memória principal – única área grande de armazenamento que a CPU pode 
acessar diretamente
� Armazenamento secundário – extensão da memória principal que fornece 
grande capacidade de armazenamento não volátil
� Discos magnéticos – discos de metal ou vidro cobertos com material de 
gravação magnético
� A superfície do disco é dividida logicamente em trilhas, que são 
subdivididas em setores 
� A controladora de disco determina a interação lógica entre o dispositivo 
e o computador.
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1.16 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Mecanismo de Disco com Cabeça Móvel
1.17 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Hierarquia de Armazenamento
� Sistemas de armazenamento organizados em hierarquia
� Velocidade
� Custo
� Volatilidade
� Caching – cópia de informações em um sistema de armazenamento mais 
rápido; a memória principal pode ser vista como um último cache para o 
armazenamento secundário
1.18 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Hierarquia de Dispositivos de 
Armazenamento
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1.19 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Caching
� Importante princípio, existente/criado em vários níveis em um 
computador (em hardware, sistema operacional, software)
� Informação em uso é copiada de uma memória temporária mais lenta 
para uma mais rápida.
� Memória rápida (cache) é acessada primeira para determinar se a 
informação está nela
� Se presente, a informação é usada diretamente da cache (rápida)
� Se não, os dados são copiados para a cache e usados a partir 
dessa
� A cache é menor que a memória que está sendo cacheada
� Cache requer uma política de gerenciamento
� Essa política envolve tamanho, consistencia e substituição de 
dados
1.20 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Migração do Inteiro A do disco
até o Registrador
1.21 Silberschatz, Galvin andGagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Estrutura do Acesso Direto à Memória
� Usado para dispositivos de E/S de alta velocidade capazes de transmitir 
informações próximas às velocidades da memória
� O controlador de dispositivo transfere blocos de dados diretamente do seu 
buffer para a memória principal sem intervenção da CPU.
� Apenas uma interrupção é gerada por bloco, em vez de uma interrupção 
por byte
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1.22 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Arquitetura do Sistema de Computação
� Muitos sistemas usam um simples processador de propósito geral (PDAs 
até mainframes)
� Como também, muitos sistemas tem processadores de propósito
especial
� Sistemas Multiprocessadores crescem em uso e importancia
� Também conhecidos como sistemas paralelos, sistemas fortemente
acoplados
� Vantagens presentes
1. Aumento do throughput
2. Economia de escala
3. Incremento da disponibilidade – suave degradação ou tolerancia
falha
� Dois tipos
1. Multiprocessamento Assimetrico
2. Multiprocessamento Simetrico
1.23 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Como Funciona um Moderno 
Computador
1.24 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Arquitetura Multiprocessamento Simétrico
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1.25 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Um Design Dual-Core
1.26 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Sistemas Clusterizados (agrupados)
� Como sistemas multiprocessadores, mas na verdade são multiplos sistemas 
trabalhando juntos
� Usualmente compartilham memória via um storage-area network (SAN)
� Prover um service de alta disponibildade o qual sobrevive a falhas
� Clustering Assimétrico tem um nó em modo hot-standby
� Clustering Simétrico tem multiplos nós executando aplicações e, 
cada um monitorando o outro
� Alguns clusters são construídos para high-performance computing 
(HPC)
� Aplicaçoes devem ser escritas para usar o paralelismo
1.27 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Estrutura do Sistema Operacional
� Multiprogramação necessária a eficiencia
� Único usuário não mantem CPU e dispositivos de I/O em uso todo tempo
� Multiprogramação organiza jobs (código e datos) e assim a CPU sempre terá um para 
executar
� Um subconjunto do total de jobs no é mantido na memória principal
� Um job é selecionado e executado via job scheduling
� Quando ele tem que esperar (um I/O por examplo), o SO chaveia para um outro job
� Timesharing (multitarefa) é a extensão logica da multiprogramação na qual a CPU é 
chaveada tão frequentimente entre os jobs que os usuários podem interagir com cada job 
enquanto eles executam, criando a computação interativaBatchDigitação.jpg
� Tempo de resposta deve ser < 1 segundo
� Cada usuário tem pelo menos um programa executando na memória �processo
� Se várias tarefas estão prontas para executar ao mesmo tempo� CPU scheduling
� Se os processos não cabem na memória, swapping move-os in e out para executar
� Memória Virtual permite a execução de processos que não estão completamente 
na memória principal
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1.28 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Layout da Memória para Sistema Multiprogramado
1.29 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Operações do Sistema Operacional
� Guiado por interrupção de hardware
� Erros ou requisições de software geram exceção ou trap (interceptação)
� Divisão por zero, solicitação de um serviço do sistema operacional
� Outros problemas gerados por processo inclue infinito loop, processos
modificarem outros ou o próprio sistema operacional
� Operaçaõ dual-mode permite o SO proteger a se mesmo além de outros 
components do sistema
� Modo usuário e modo kernel
� Bit de mode provido pelo hardware
� Possibilita distinguir quando o sistema está executando código do 
usuário ou do kernel
� Instrucões classificadas como privilegiadas, só podem ser
executadas em mode kernel
� Chamadas ao sistemas muda altera o modo para kernel, o retorno
delas altera para usuário
1.30 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Transição do Modo Usuário para o Kernel 
� Timer para prevenir loop infinito / processo consumidor de recursos
� Gera uma interrupção depois de especificado período
� O sistema operacional determina o contador
� Quando o contador zera é gerada uma interrupção
� Preserva o processo antes do schedule para retomar o seu 
processamento ou encerra o programa que excede o tempo concedido
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1.31 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Gerenciamento de Processo
� Um processo é um programa em execução. Ele é a unidade de 
tarbalho no sistema. Programa é uma entidade passiva, processo é 
uma entidade ativa.
� Processo necessita de recursos para realizar sua tarefa.
� CPU, memória, I/O, arquivos
� Initicialização de dados
� Ao término do process o sistema retorna ao ambiente os recursos
reutilizávies
� Processo single-threaded tem um program counter que especifica a 
localização da próxima instrução a executar
� Processo executa instruções sequencialmente, uma por vez, até
o seu término.
� Processo Multi-threaded tem um program counter por trhread.
� Sistemas de uso geral tem muitos processos, alguns de usuários, 
alguns do SO, executando concorrentemente em uma ou mais CPUs
� Concorrencia é implementada pela multiplexação da(s) CPU(s) 
entre os processos / threads.
1.32 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Atividades do Gerenciamento de Processo
O sistema operacional é responsável pelas seguintes atividades em conjunto
com o gerenciador de processos:
� Criar e excluir processos, tanto de usuário como do sistema.
� Suspender e retomar processos
� Oferecer mecanismos para sincronização de processos
� Oferecer mecanismos para comunicação entre processos
� Oferecer mecanismos para manipulação de deadlock.
1.33 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Gerenciamento de Memória
� Todos dados na memória antes e depois do processamento
� Todas instruções na memória na ordem para executar
� Gerenciamento de memória determina o que está na memória e 
quando
� Otimizando a utilização da CPU e tempo de resposta do computador
para os usuários
� Atividades do gerenciamento de memória
� Mantem informações de quais partes da memória estão
correntemente em uso e por quem
� Decidindo quais processos (ou partes deles) e dados mover para 
fora ou trazer para memória
� Alocando e desalocando espaço de memória quando necessário
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1.34 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Gerenciamento de Memória
� O SO dá uma visão uniforme, visão lógica de armazenamento da 
informação
� Abstrai propriedades físicas para a unidade de armazenamento 
- file
� Cada mídia é controlada por dispositivo (ex., disk drive, tape 
drive)
� Variações de propriedades incluem velocidade de acesso, 
capacidade, taxa de transferencia de dados, métodos de 
acesso (sequencial ou randomica)
� Gerenciamento do Sistema de arquivos
� Arquivos normalmente organizados em diretórios
� controle de acesso na maioria dos sistemas determina quem 
pode e o que pode 
� Atividades do SO inclue
� Criação e deleção de arquivos e diretórios
� Primitivas para manipulararquivos e dirs
� Mapeamento de arquivos na memória secundária
� Backup de arquivos
1.35 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Gerenciamento de Armazenamento de Massa
� Usualmente discos são usados para armazenar dados que não cabem na 
memória principal ou que devem ser mantidos por um longo período de 
tempo
� Gerenciamento apropriado é de importancia central
� O desemepenho da operação de um computador depende do subsistema 
de I/O e seus algoritmos
� Atividades do SO
� Gerenciamento do espaço livre
� Alocação de espaço de armazenamento
� Schedule de disco
� Alguns armazenamentos não precisam ser rápidos
� Armazenamento terciário inclue armazenamento optical, fita magnética
� Devem ser gerenciadas
� Varia entre WORM (write-once, read-many-times) and RW (read-write)
1.36 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Desempenho dos Vários Níves de Armazenamento
� Movimento entre os níveis de hierárquia de armazenamento pode ser 
explicito ou implicito
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1.37 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Migração do Inteiro A do Disco para Registrador
� Ambiente multitarefa deve ser cuidadoso em virtude da reduncia da 
informação causada pela propagação do armazenamento gerado na 
hierarquia de memória 
� Ambiente multiprocessador deve prover coerencia de cache em hardware 
de tal forma que todas CPUs tenham o mais recente valor refletido em suas 
caches
� Ambientes distribuídos a situação é ainda mais complexa
� Várias cópias de um dado pode existir
� Várias soluções são mostradas no Capítulo 17
1.38 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Subsistema I/O
� Um dos propósitos do SO é esconder as peculiaridades dos dispositivos de 
hardware do usuário
� Subsistema I/O é responsável por
� Gerenciamento de memória de I/O incluindo buferização (armazenamento 
de dados temporariamente enquanto está ocorrendo a transferencia), 
caching (armazenamento de partes dos dados num memória de maior 
velocidade para melhoria do desempenho), spooling (sobreposição da 
saída de um job com a entrada de outros) 
� Interface Geral device-driver
� Drivers específicos para dispositivos de hardware
1.39 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Proteção e Segurança
� Proteção – qualquer mecanismo para controlar o acesso de processos 
ou usuários definido pelo SO
� Segurança – defesas do sistema contra ataques internos e externo
� Grande variedade, incluindo denial-of-service, worms, viruses, 
identity theft, theft of service
� Sistemas primeiro distingue entre os usuários, para determinar quem 
pode fazer e o que.
� Identidade de usuários (user IDs, security IDs) que inclui nome e 
um número associado, um por usuário
� O ID do usuário é então associado com todos arquivos, processos 
desse usuário para determinar o controle de acesso
� Identificador de Grupo (group ID) permite agrupar usuários e com 
isto definir e controlar a nível de grupo em relação a processos, 
arquivos.
� Escalação de Privilégios permite usuários alterar para um efetivo 
ID com mais direitos.
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1.40 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Ambientes de Computação
� Computação Tradicional
� Evolução ao longo do tempo
� Ambientes de Escritório
� PCs conectados em redes, terminais ligados a mainframes ou 
minicomputadores provendo procesamentos batch e de timesharing
� Portais corporativos permite acesso locais e remotos para os 
mesmos recursos
� Redes domésticas
� Único computador utilizando modem
� Agora firewalls, protegendo a rede
1.41 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Ambientes de Computação (Cont)
� Computação Cliente-Servidor
� Terminais burros suplantados por smart PCs
� Os servidores, respondem as requisições geradas pelos clientes
� Servidor de serviços prover uma interface para o cliente 
requisitar serviços (i.e. database)
� Servidor de arquivo prover uma interface para os clientes 
armazenar e recuperar arquivos
1.42 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Computação em Pares
� É um outro modelo de sistema distribuído
� P2P não faz destinção entre clientes e servidores
� Cada nó pode atuar como um cliente, servidor ou ambos
� Para ingressar numa rede P2P o nó deve:
� Registrar seu serviço numa central de serviço lookup na rede, ou
� Através de uma requisição broadcast (discovery protocol) solicita 
o serviço desejado
� Exemplos incluem Napster e Gnutella
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Computação Baseda na Web
� A Web se tornou onipresente
� PCs ainda são os dispositivos de acesso mais comuns
� Muitos outros dispositivos (móveis) estão se conectando cada vez mais a 
rede para permitir web acesso
� Surgem novas categorias de dispositivos para gerenciar trafego e otimizar 
o uso dos seviços web entre servidores similares: load balancers
� Uso de SO’s como o Windows 95, que exercia apenas o papel de cliente, 
tem evoluído para Linux and Windows XP, os quais podem ser clientes e 
servidores
1.44 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Sistemas Operacionais de Código-Fonte 
Aberto
� Sistemas Operacionais são disponibilizados em formato de código fonte em 
vez do como código binário compilado ou código-fechado
� Movimento contra a proteção de cópias e Gerenciamento de Direitos 
Digitais (DRM)
� Iniciado pela Free Software Foundation (FSF), baseado no conceito de 
“copyleft” GNU Public License (GPL)
� Exemplos incluem GNU/Linux, BSD UNIX (incluído no kernel do Mac OS 
X), e Sun Solaris 
Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Fundamentos de Sistemas Operacionais – 8ª Edição
Fim do Capítulo 1
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