Fundamentos de Sistemas Operacionais - Unidade II - Resumo

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Fundamentos de S.O.s – Unidade II
3 - Tipos de S.O.s
Podemos classificar S.O.s a partir de diversos parâmetros;
Velocidade, suporte a recursos específicos, acesso à rede etc.
3.1 - Batch (de lote)
Os S.O.s mais antigos principalmente da 2ª Geração trabalhavam “por lote”, todos os programas a serem executados eram colocados numa fila;
O processador recebia um programa após o outro em sequência, permitia alto grau de uso do sistema;
O termo atualmente designa um conjunto de comando a serem executado em sequência;
Os/360 e VMS são exemplos de S.O. de lote.
3.2 - De rede
Devem suportar operações de rede;
A capacidade de oferecer às aplicações locais recursos que estejam em outros pcs da rede LAN ou WAN;
Como serviços de autenticação remota, acesso a arquivos, acesso a banco de dados, impressoras etc;
E também recursos locais aos demais PCs de forma controlada.
3.3 – Distribuído
Nesse os recursos utilizados por cada user em cada maquina estão disponíveis de forma transparente aos usuários;
Ao acessar uma aplicação, o user interage com sua interface, entretanto não sabe onde esta executando ou armazenando seus arquivos, esta decisão é de total responsabilidade do sistema e totalmente transparente para o user.
3.4 – Multiusuário e multitarefas 
Processo ou tarefa: programa que está em execução;
Um processo requer recursos, principalmente da CPU e concorre com outros para ser realizado;
Cabe ao S.O. gerenciar os recursos disponíveis a todos os processos;
Deve suportar autenticação e a autorização de cada usuário, quando necessário o uso de algum recurso contido no sistema(arquivos, processos, conexões de rede) e regrar o acesso, para impedir o uso por users não autorizados;
Isso é fundamental para segurança de S.O.s de rede e distribuídos;
Grande parte dos S.O.s atuais é multiusuário.
3.5 – Desktop/Computador pessoal
É voltado ao user domestico e/ou corporativo que precise realizar atividades simples, esitar textos, planilhas, gráficos, internet etc;
Caracteristicas principais: interface gráfica e suporte a interatividade e a operação de rede.
3.6 – Servidor
Possibilita a gestão de grandes quantidades de recursos físicos como: disco, memoria e processador, gerindo as prioridades e limites;
Também tem suporte a rede e multiusuários.
3.7 – Embarcados
Também embutido (embedded) é construído para operar sobre um hardare de poucos recursos;
Aparelhos de TV, Mp3, DVD etc;
Dificilmente sera possível instalar software que não seja compatível, não permitindo software não confiável;
Ex: QNX e VxWorks.
3.8 – Tempo Real
Usa o tmpo como parâmetro principal;
Sistemas de tempo real críticos: controle de processos industriais e militares;
Sistemas de tempo real não críticos: sistemas de áudio ou multimídia;
Os críticos podem ter degradação de desemprenho( como os que controlam linha de produção de veículos, e os não critico, se houver um pequeno atraso não gera tantos danos.
3.9 – De computadores de grande porte
É usado por grandes corporações;
Elevada capacidade de E/S, sistema em lote, processamento de transações e tempo compartilhado;
Ex: OS/390 e S/400.
3.10 – Multiprocessadores
Pode tratar múltiplas CPUs simultaneamente;
Equipamentos assim tem como objetivo principal melhorar a capacidade computacionas dos equipamentos, trazendo melhor desempenho para o ambiente;
Com o multinucleo, até os S.O.s voltados para computadores pessoais estão lidando com multiprocessadores;
Ex: Windows, Linux, solaris e AIX.
3.11 – Portáteis
Voltados para PDA, telefones celulares e smartphones;
Não possuem disco rígido multigigabyte, fazendo grande diferença;
Ex: google android, apple ios e Windows phone.
4 – Visão geral sobre hardware de PCs
O hardware e S.O. devem ser congruentes para o melhor resultado;
2 pontos:
A estratégia da intel ao criar o processador 8080 e depois edir a gary kindall que criasse um software para rodar neste hardware;
Outra forma seria a vontade de qualquer dev. Imaginar que qualquer funcionalidade desejada seria atendida pelo software;
Mas não é possível, então precisa de homogeneidade entre os devs de hardware e software;
Conceituamente, computadores simples: temos barramento que seeria a estrada que permite a comnicação entre os elementos, a memoria e os dispositivos e/s.
4.1 – Processadores
A CPU traz das memorias instruções, interpreta e as executa, e então busca a subsequentes e processa o ciclo novamente até ter instruções a serem executadas.
Cada arquitetura CPU tem um conjunto de instruções que pode executar. Uma CPU RISC não executa programas para CISC e vice-versa.
Todas as CPUs tem registradores internos para guardar variáveis importantes e de resultados temporários, tem registradores de propósito geral para conter variáveis e result. Temp., e registradores especiais de forma aparente aos programadores;
O contador de programa que contém o endereço de memória da próxima instrução a ser buscada, ele é atualizado para apontar a próxima instrução;
Outro é o ponteiro de pilha, que aponta para o topo da pilha da memoria que contem a estrutura para cada rotina chamada, que ainda nçao finalizou, um pilha contem os parâmetros de entrada, as variaveis locais e as temporárias que não são mantidas nos registradores;
Outro é o PSW (Program Status Word – palavra de estado do programa), contem os bits do código de condições, que serão alterados pelas instruções de comparação, pelo nível de prioridade da CPU, pelo modo de execução e vários outros bits de controle, programas de usuário podem normalmente ler toda PSW, mas são capazes de alterar somente alguns de seus campos, o PSW conterá ponteiro/endereço da próxima instrução a ser executada.
Toda vez que o S.O. compartilha o tempo de CPU, e por algum motivo para a execução de um progrma, inicia ou reinicia outro, o S.O. precisa salvar todos os registradores para que possam ser restaurados quando o programa for executado novamente.
Pipeline: CPU executando mais de uma instrução em tempo concorrente, podem executar busca, executar decodificação e simultaneamente a execução da instrução.;
Temos também superescalar, esse cpu possui múltiplas unidade de execução, portanto duas ou mais instruções são buscadas, decodificadas e armazenadas temporariamente em um buffer, até poderem ser executadas;
4.1.1 Processadores multithread e multinucleo
O presidente da intel, Gordon E. Moore, fez uma prospecção que é considerada quase uma profecia, na qual o nº de transistores dos chips teria um aumento de 100% a cada período de 18 meses, como se tornou um fato, essa teoria recebeu o nome de Lei de Moore;
O Pentium 4 outros tem a propriedade chamada multithreading ou hyperthreading;
Na ciência da computação, a execução de um thread é a menor unidade de processamento de pode ser atendida por um S.O., a estrutura de threads e processos é diferente de um S.O. para outro, mas em geral um thread é contido nu processo;
Multiplos threads podem existir num mesmo processo e compartilhar recursos, enquanto diferentes processos não compartilham;
O thread de um processo compartilha as instruções e contextos analogicamente, múltiplo thread de um processo é o mesmo que ultiplos alunos lendo instruções em um mesmo livro, porem nem todos os alunos estão lendo a mesma pagina.
Se um dos processos precisa ler uma palavra a partir da memória demandando muitos ciclos de relógio, uma CPU multithreading não oferece paralelismo, então apenas um processo por vez é executado, mas o tempo de chaveamento é reduzido para a ordem de um nanossegundo.
O problema é que multithreading é visto pelo S.O. como uma CPU, ou seja se tiver duas CPUs cada com dois threads, o S.O. entendera que precisa gerenciar 4 CPUS no sistema.
Outra opção é CPU com multinucleo, é o mesmo que internamente termos múltiplos chips como se fossem varias CPUs, sistema com CPU multinucleo precisam de S.O para multiprocessadores.
4.2 – Memória
Na teoria a memória deveria ser a mais performática do que a execução de uma instrução processadapor uma CPU, com isso a CPU nunca teria que esperar a resposta da memoria, mas na pratica isso não é verdade, para resolver isso, a abordagem contemporânea é construir o sistema de memoria, seguindo uma hierarquia de camadas;
No topo da pirâmide tem os registradores, feitos do mesmo material que as CPUs e tão rápidos quando elas, então o tempo do registrador para a memoria é desprezível e a cap. De memoria disponível neles ´´e de 32x32 bits para CPU de 32 bits e de 64x64 para cpu de 64 bits, sendo menos de 1KB mesmo no caso das CPUs de 64 bits;
No segundo nível, vem a memória cache, que é controlada pelo hardware, atualmente vários dispositivos, como cpus, hds, mobo e placas controladoras e outros possuem cache, ela é a mais usada para armazenar informações frequentemente mais usadas, porem essa memória é muito cara e não tão abundante de sistemas;
No próx. Nível, identificamos a memoria principal também conhecida como RAM (Random Access Memory) ;
Todas a solicitações vindas da CPU e que não estão na memória cache são encaminhadas para a memória principal;
ROM(Read only memory) e CMOS são outros tipos de memórias;
ROM é usada por fabricantes para gravar códigos controladores do hardware e são previamente programados de fábrica, não sendo possível sua alteração, a não ser com equipamentos específicos para tal;
CMOS é usada para manter data e hora atualizadas e parâmetros de configuração do hardware como sequencia de boot e outros mesmo que o pc seja desligado, ela precisa de uma bateria para manter o conteúdo.
4.3 Disco
Discos magnéticos estão abaixo da memória principal, são conhecidos como discos rígidos(hard disks) ou HD, seu atrativo é o preço bem menor a memoria se comparado R$/GB, as sua velocidade de acesso é mais lenta por ser um dispositivo mecânico;
Estrutura: grupo de discos metálicos aonde são gravadas informações, rodam de 5400 a 10000 rpm(rotações por minuto) e transferência média de 0.5 Gbit/s;
Em servidores de rede e de banco de dados transacional, são instalados de 15000 rpm, atingindo média de acima de 1.6Gbit/s, os de 10000 ou 15000rpm usam discos menores para aliviar grandes demandas de energia, isso acarreta que discos com maior capacidade de rpm possuam menos capacidade que os de menos.
As info. São escritas no disco em uma série de círculos que tem o mesmo centro, cada cabeça pode ler e gravar uma região circular chamada trilha, juntas as de uma posição do braço formam um cilindro, mover o braço entre cilindros prox. Leva aprox. 1 ms e mover o braço de um cilindro para outro longe leva de a 10 ms.
4.4 – Fitas
A fita é o ultimo tipo de mem[oria, é muito utilizado como mídia de cópia de segurança backup, transportando o que esta nos HDs para fitas magnéticas;
Com base nas normas de segurança ISSO 27001, e até mesmo do Banco Central Brasileiro é obrigatório o uso de sistema de backup, para garantir informação caso o sistema principal apresente problemas, grandes sistemas usam robôs que controlam a troca de fitas, assim como software especiais de backup como veritas backup exec, data protector, ARCserve, tivoli Storage Management e outros.
4.5 Dispositivos de E/S
São geralmente os controladores e os dispositivos, controlador é formado por 1 ou mais hips numa placa e possuem função de receber comandos do S.O. e gerar instruções mais adequadas para os dispositivos, fornecendo orientação exatamente e como o HD armazena e acessa os dados por exemplo;
Possuem interfaces padronizadas, isso ajuda porque a controladora IDE pode controlar qualquer disco IDE;
Entre o S.O. e o controlador há o driver que se comunica com o controlador emitindo comando e recebendo respostas, a fabricante deve fornecer drivers para cada S.O. que dão suporte;
Eistem 3 maneiras para entrada e saída (E/S): o mais simples o app de um user emite uma cahmada de sistema, então o núcleo do S.O. a traduz em uma chamada ao driver relacionado, em seguida este inicia a entrada e saída e fica em constante checagem se o dispositivo terminou a operação, quando termina, ele coloca os dados onde são necessários; o S.O., então, remete o controle para quem originou a chamada, nisso a CPU fica ocupada durante a monitoração, se a operação E/S terminou ou não;
No segundo método o driver inicia o dispositivo e instrui que ele informe quando terminar, durante esse intervalo, o S.O. retoma o controle da CPU para executar outra tarefa, assim que recebe a sinalização do final da transferência, ele gerara uma interrupção para sinalizar o término;
O terceiro método é o DMA (Direct Memory Access), neste cenário é usado um chip especial de acesso direto à memória, controlando o fluxo de bits entre a memória e algum controlador sem a intervenção constante da CPU, nisso a CPU configura o chip DMA informando a quant. De bytes que devem ser transferidos, os endereços do dispositivo e de memória empregados, e a direção, então a execução fica a cargo do DMA, assim que ele finalizar a tarefa haverá uma interrupção.
4.6 Barramento
O termo barramento é definido como elos de comunicação que consistem em um conjunto de vias;
Ao longo da evolução dos PCs os barramentos tomaram uma forma mais estruturada às necessidades modernas, com os cpus e memórias ficando mais rápido, o pc antigo com só um barramento passou a não dar conta;
Os sistemas modernos possuem 8 barramentos: Barramento de cache, local, memória, PCI, SCSI, USB, IDE e ISA, cada um com diferentes funções e taxas de transferência;
Cache L2 > (barr. cache) > CPU > (barr. local) > Ponte PCI > (barr. Memo.) > Memória RAM
Ponte PCI > (barr. PCI) > USB > Barr. USB
Barramento PCI > SCSI > Barr. SCSI
Barramento PCI > Ponte ISA > Barr. IDE
Ponte ISA > Barr. ISA
A CPU se comunica com o barr. PCI pelo barr. Local, que se comunica com a memoria por meio de um barr. Dedicado; ex: um sis. Pentium com um cache de nível 1 dentro do chip e uma cache de nível 2 muito maior que fica na pare externa do chip e é conectada à CPU pelo barramento cache;
Esse sis. Contém 3 barr. Específicos: IDE, USB e SCSI, o IDE como descrito pode ser usado para conectar discos físicos e unidade CD-ROM;
O padrão USB foi desenvolvido por um consórcio de empresas, entre elas Microsoft, Apple, HP, NEC, Intel e Agere;
O sucesso do USB se da pela agilidade de interoperabilidade, pela tecologia que compartilha o mesmo driver entre seus dispositivos, tornando dispensável instalar um novo driver para cada novo dispositivo USB, e por poder instalar sem reinicio plug and play;
Como barr. De alta performance, temos o SCSI, destinado para discos de alto desempenho e demais dispositivos que demandem grandes largura de banda; Usa uma controladora para enviar e receber dados e energia de disp. Como HDs e impressoras.
O SCSI controla discos com estrutura ordenada contendo elementos acessíveis individualmente referenciados por números, denominado RAID;
Outras tecnologias como serial-ATA (SATA) podem ser usadas pra isso, o RAID aumenta a fault tolerance (tolerancia a falhas) por meio de mirroring (espelhamento) e parity (pariedade), o espelhamento faz uma cópia exata dos dados de um HD em um segundo HD; A paridde requer no mínimo 3 discos, e os dados são gravados sequencialmente para cada unidade, exceto o último, ela armazena um número que representa a soma dos dados dos outros discos;
O plug and play para PC foi projetado pela Intel e Microsoft baseado no conceito implatado pela apple no Macintosh;
Jumpers, tinham a finalidade de possibilitar o usuário configurar um nível de interrupção e endereço de dispositivo E/S que não conflitassem com outros já existentes;
Exercicios
Q1 : Correta C) Afirma que existe sobreposição de execuções, induz o leitor ao erro, apesar do processamento estar distribuído entre as CPUs, ainda existe compartilhamento de recursos que devem manter um sincronismo para evitar deadlocks, primeira verdadeira e segunda falsa.
Q2: C) acertei.