Aula 1 SO

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Introdução aos Sistemas Operacionais
Patrícia Bonezi
Sistema Operacional
 um programa ou um conjunto de programas cuja função é gerenciar os recursos do sistema (definir qual programa recebe atenção do processador, gerenciar memória, criar um sistema de arquivos, etc.), fornecendo uma interface entre o computador e o usuário.
Sistema operacional
Hardware
Sistema Operacional
Aplicação
Aplicação
Aplicação
usuários
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Introdução aos Sistemas Operacionais
Sistema Operacional
Executado imediatamente após a máquina ser ligada, a maioria dos computadores pessoais de hoje o executa através de outro programa armazenado em uma memória não-volátil ROM chamado BIOS num processo chamado "bootstrapping“: processos auto-sustentáveis, ou seja, capazes de prosseguirem sem ajuda externa.
Funções do sistema operacional
A partir da máquina real (hardware), criar 
uma máquina estendida.
Gerenciar os recursos de hardware 
disponíveis para as aplicações.
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Introdução aos Sistemas Operacionais
O SO como máquina estendida
Ocultar a complexidade do hardware.
Oferecer interfaces padronizadas de 
acesso ao hardware.
Permitir uma visão homogênea de 
dispositivos distintos.
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Introdução aos Sistemas Operacionais
O SO como máquina estendida
Sistema operacional
aplicação
Clicar em um arquivo
Assign(file, “D:\README.TXT”);
open(file);
read(file, ch);
…
close(file);
Move head to sector 123 in FAT
read 256 bytes to mem 36234H
move head to sector 4684753
read 1024 bytes to mem 578567
...
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Introdução aos Sistemas Operacionais
O SO como gerente de recursos
Recursos da máquina
processadores
espaço em memória
arquivos
conexões de rede
dispositivos externos
Controle de acesso
equilibrar uso
evitar conflitos
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Introdução aos Sistemas Operacionais
Sistema Operacional
Após executar testes e iniciar os componentes da máquina (monitores, discos, etc), o BIOS procura pelo sistema operacional em alguma unidade de armazenamento, geralmente o Disco Rígido, e a partir daí, o sistema operacional "toma" o controle da máquina.
Sistema Operacional
O sistema operacional reveza sua execução com a de outros programas, como se estivesse vigiando, controlando e orquestrando todo o processo computacional.
Sistema Operacional
Segundo Tanenbaum, pela perspectiva do usuário ou programador, existem dois modos distintos de conceituar um sistema operacional:
numa visão de cima para baixo (top-down): é uma abstração do hardware, fazendo o papel de intermediário entre os programas (software) e os componentes físicos do computador (hardware); ou
numa visão de baixo para cima (bottom-up): é um gerenciador de recursos, i.e., que controla as aplicações (processos) a executar, como, quando e com quais recursos (memória, disco, periféricos).
O SO como gerente de recursos
Sistema operacional
aplicação
aplicação
aplicação
source app
source app
source app
sdgf jhgsdfj dsjhf
khj khj
HKjhkjghj hg
jhgj jgh jhg jhg jhg jhg kjhg
jhgj hg jhg
kjhkjhgjhg jhg jhg jhg jh
kjhjkhgjhgjh
kgjhgjhgjhgj
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Introdução aos Sistemas Operacionais
Computador como Máquina de Níveis
O Hardware:
responsável pela execução das instruções de um 
programa;
Primeiros computadores:
programação realizada através de fios;
Evolução: O Sistema Operacional;
A Interação se tornou mais fácil, confiável e 
eficiente;
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Introdução aos Sistemas Operacionais
Computador como Máquina de Níveis
Computador como máquina de níveis:
Nível 2 – Aplicativos;
Nível 1 – Sistema operacional;
Nível 0 – Hardware.
A Linguagem utilizada em cada nível varia 
da mais elementar (microprogramação) à 
mais sofisticada(alto nível).
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Introdução aos Sistemas Operacionais
Histórico dos Sistemas Operacionais
1º computador:
Máquina analítica de Charles Babbage (1792-1871);
Primeira Geração (1945-1955):
Válvulas e painéis;
Segunda Geração (1956-1965):
Transistores e Sistemas Batch;
Terceira Geração(1966-1980):
Circuitos Integrados e Multiprogramação;
Quarta Geração(1981-1990):
Computadores Pessoais;
Quinta Geração (1991- 20??):
Atualidade; Sistemas Móveis
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Introdução aos Sistemas Operacionais
Histórico dos Sistemas Operacionais
Primeira Geração (1945-1955):
Programação através de chaves;
Inexistência de linguagens ou SO.;
Toda a atividade é seqüencial;
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Introdução aos Sistemas Operacionais
Histórico dos Sistemas Operacionais
Segunda Geração (1956-1965):
IBM 1401 e 7094;
Separação entre programação e operação;
Execução batch de programas;
Linguagens Fortran e Assembly;
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Introdução aos Sistemas Operacionais
Histórico dos Sistemas Operacionais
Terceira Geração (1966-1980):
Família IBM/360 e sucessores;
Compatibilidade a nível de software;
Multiprogramação;
Escalonamento de CPU; 
Sistemas On-line;
Base dos S.O. modernos;
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Introdução aos Sistemas Operacionais
Histórico dos Sistemas Operacionais
Quarta Geração (1981-1990):
Multiprocessadores;
Sistemas Operacionais user-friendly;
S.O. para computadores pessoais;
S.O. para redes de computadores;
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Introdução aos Sistemas Operacionais
Histórico dos Sistemas Operacionais
Quinta Geração (1991-20??):
Processamento Distribuído;
Interfaces Gráficas;
S.O. para dispositivos móveis
S.O. para cloud computing
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Introdução aos Sistemas Operacionais
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S.O. como interface usuário/computador
Introdução aos Sistemas Operacionais
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Diferentes “imagens” de um S.O.
Sistema operacional na visão do usuário
Imagem que um usuário tem do sistema
Interface oferecida ao usuário para ter acesso 
a recursos do sistema
Chamadas de sistema
Programas de sistema
Sistema operacional na visão do projeto
Organização interna do sistema operacional
Mecanismos empregados para gerenciar 
recursos do sistema
Introdução aos Sistemas Operacionais
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Chamada de sistema
Forma que um programa solicita serviços ao sistema operacional
Análogo a sub-rotinas
É o núcleo (Kernel) do sistema operacional que 
implementa as chamadas de sistemas
Existem chamadas de sistemas associadas a gerência do 
processador, de memória, arquivos e de entrada e saída
Variação: micro-kernel
Serviços básicos são implementados pelo micro-kernel
Kernel implementa demais serviços empregando esses 
serviços básicos
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APLICAÇÃO
KERNEL
MICROKERNEL
HARDWARE
Chamada de sistema
Serviços do microkernel
Organização do S.O 
Introdução aos Sistemas Operacionais
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Programas de sistema
Programas executados fora do kernel (utilitários)
Implementam tarefas básicas
Muitas vezes confundidos com o próprio sistema operacional
Ex: compiladores, assemblers, ligadores, etc
Interpretadores de comandos
Ativado sempre que o sistema operacional inicia 
sessão de trabalho
Ex: bash, tsch, sh, etc
Interface gráfico de usário (GUI)
Ex: Família windows, MacOs, etc
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Sistema em lote (batch)
Introdução de operadores profissionais
Usuário era mais o operador da máquina
Job
Programa a ser compilador e executado, 
acompanhado dos dados de execução
Jobs são organizados em lote (batch)
Necessidades semelhantes (ex: mesmo compilador)
Passagem entre diferentes jobs continua sendo 
manual
Introdução aos Sistemas Operacionais
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Monitor residente
Evolução
Sequenciamente automático de jobs, transferindo o 
controle de um job a outro
Primeiro sistema operacional (rudimentar)
Monitor residente
 Programa que fica permanente em memória
Execução inicial
Controle é transferido para o job
Cartões de controle
Quando o job termina, o controle retorna ao monitor
Centraliza as rotinas de acesso a periféricos 
disponibilizando aos programas de usuários
Introdução aos Sistemas Operacionais
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Sistema batch multiprogramado (multitarefa)
Monitor residente permite a execução de apenas um 
programa a cada vez
Desperdício de tempo de CPU com operações de E/S
Evolução
Manter diversos programas na memória ao mesmo tempo
Enquantoum programa realiza E/S, outro pode ser executado
Introdução aos Sistemas Operacionais
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Multiprogramação
Manter mais de um programa em “execução” simultaneamente
Duas inovações de hardware possibilitam o 
surgimento da multiprogramação
Interrupção
Sinalização de eventos
Discos magnéticos
Acesso randômico a diferentes jobs no disco.
Melhor desempenho em acessos de leitura e escrita
Introdução aos Sistemas Operacionais
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Sistema timesharing
Tipo de multiprogramação
Usuários possuem um terminal
Interação com o programa de execução
Ilusão de possuir a máquina dedicada a 
execução de seu programa
Divisão do tempo de processamento entre usuários
Tempo de resposta é importante
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Sistema monousuário e multiusuário
Sistema monousuário
Projetados para serem usados por um único usuário
Ex: MS-DOS, Windows XP, Vista, 7, MacOS...
Sistemas multiusuário
Projetados para suportar várias sessões de usuários em um computador
Ex: Windows 2008, UNIX...
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Sistemas multitarefa e monotarefa
Sistemas monotarefa
Capazes de executar apenas uma tarefa de cada vez
Ex: MS-DOS
Sistema multitarefa
Capazes de executar várias tarefas simultaneamente
Existem dois tipos de sistemas multitarefa:
Não preempitivo (cooperativo)
Ex: Windows 3.x, Windows 9x (aplicativos 16 bits)
Preempitivo
Ex: Windows NT, OS/2, UNIX, Windows9x (aplicativos 32 bits)
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Sistemas distribuídos
Distribuir a realização de uma tarefa entre 
vários computadores
Sistema distribuído
Conjunto de computadores autônomos interconectados de forma a possibilitar a execução de um serviço
Existência de várias máquinas é transparente
Software fornece uma visão única do sistema
Palavra-chave: transparência
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Sistemas fracamente acoplados
Máquinas independentes
Cada máquina possui o seu próprio sistema operacional
Comunicação é feita através de troca de mensagens 
entre processos
Vantagens
Compartilhamento de recursos
Balanceamento de carga
Aumento confiabilidade
Sistemas distribuídos
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Sistemas paralelos
Máquinas multiprocessadoras possuem mais de 
um processador
Sistemas fortemente acoplados
Processadores compartilham memória e relógios comuns
Comunicação é realizada através da memória
Vantagens
Aumento de troughput (número de processos executados)
Aspectos econômicos
Aumento de confiabilidade
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Symmetric multiprocessing (SMP)
Cada processador executa uma cópia idêntica do 
sistema operacional
Vários processos podem ser executados em paralelo 
sem perda de desempenho para o sistema
A maioria dos sistemas operacionais atuais suportam 
SMP através do conceito de multitreading
Asymmetric multiprocessing
Cada processador executa uma tarefa específica
Ex: processador mestre para alocação de tarefas a 
escravos
Sistemas paralelos
Introdução aos Sistemas Operacionais
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Sistema de tempo real
Empregado para o controle de procedimentos que devem responder dentro de um certo intervalo de tempo
Ex: experimento científicos, tratamento de imagens médicas, 
controle de processos, etc.
Noção de tempo real é dependente da aplicação
Milisegundos, minutos, horas, etc.
Dois tipos
Hard real time
Tarefas críticas são completadas dentro de um intervalo 
de tempo
Soft real time
Tarefa crítica tem maior prioridade que as demais
Introdução aos Sistemas Operacionais