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Sistemas-Operacionais - Introdução Historico Conceitos

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Sistemas
Operacionais
PROF SILVANO OLIVEIRA
prof.silvano.oliveira@gmail.com
Ementa da disciplina
 Estruturas de Sistemas operacionais;
 Sistemas multiprogramáveis;
 Gerência de processos;
 Gerência de memória física;
 Gerência de memória virtual;
 Gerência de sistemas de arquivos;
 Gerenciamento de dispositivos;
 Segurança e proteção;
 Introdução aos sistemas operacionais distribuídos.
2
Bibliografia básica
 Sistemas operacionais: Projeto e
implementação. Andrew S. Tanenbaum; Albert
S. Woodhull;
 Sistemas operacionais: Conceitos e aplicações.
Abraham Sílberschatz; Peter Galvin; Greg
Gagne;
 Arquitetura de sistemas operacionais. Francis B.
Machado, Luiz Paulo Maia.
3
Aula 1 – Introdução
 O que é um sistema operacional?
 Um programa de computador (software) que fica entre as
aplicações e o equipamento (hardware);
 É um software que habilita as aplicações e interage com o
hardware do computador;
 Qual o objetivo de um sistema operacional?
 Gerenciar os componentes de hardware e fornecer aos
programas de usuário uma interface com o hardware mais
simples;
 Utilizar hardware e software de maneira eficiente.
4
Introdução
 Sistemas operacionais rodam em diversos tipos
de equipamentos:
 Computadores pessoais;
 Telefones celulares;
 Automóveis;
 Etc.
 Exemplos de sistemas operacionais...
5
Introdução
 Imagine se o programador tivesse que se preocupar com o
hardware...
• Qual o endereço físico da
memória da variável x?
• Qual a velocidade máxima de
rotação do HD?
• Qual a taxa de atualização do
monitor do usuário?
• Etc...
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  • 2. Ementa da disciplina  Estruturas de Sistemas operacionais;  Sistemas multiprogramáveis;  Gerência de processos;  Gerência de memória física;  Gerência de memória virtual;  Gerência de sistemas de arquivos;  Gerenciamento de dispositivos;  Segurança e proteção;  Introdução aos sistemas operacionais distribuídos. 2
  • 3. Bibliografia básica  Sistemas operacionais: Projeto e implementação. Andrew S. Tanenbaum; Albert S. Woodhull;  Sistemas operacionais: Conceitos e aplicações. Abraham Sílberschatz; Peter Galvin; Greg Gagne;  Arquitetura de sistemas operacionais. Francis B. Machado, Luiz Paulo Maia. 3
  • 4. Aula 1 – Introdução  O que é um sistema operacional?  Um programa de computador (software) que fica entre as aplicações e o equipamento (hardware);  É um software que habilita as aplicações e interage com o hardware do computador;  Qual o objetivo de um sistema operacional?  Gerenciar os componentes de hardware e fornecer aos programas de usuário uma interface com o hardware mais simples;  Utilizar hardware e software de maneira eficiente. 4
  • 5. Introdução  Sistemas operacionais rodam em diversos tipos de equipamentos:  Computadores pessoais;  Telefones celulares;  Automóveis;  Etc.  Exemplos de sistemas operacionais... 5
  • 6. Introdução  Imagine se o programador tivesse que se preocupar com o hardware... • Qual o endereço físico da memória da variável x? • Qual a velocidade máxima de rotação do HD? • Qual a taxa de atualização do monitor do usuário? • Etc... 6
  • 7. Introdução  Cada hardware tem sua particularidade;  É responsabilidade do sistema operacional gerenciar essas particularidades:  Um processador de texto não precisa saber como gravar um arquivo no HD, CD, etc;  Um sistema que apresenta um resultado para o usuário não precisa saber como imprimir um caractere no monitor;  Etc. 7
  • 8. Introdução  Cabe ao sistema operacional definir as regras para gerenciar o uso dos recursos de hardware pelos aplicativos e resolver possíveis disputas e conflitos por esses recursos:  Uso de processador pelas aplicações;  Acesso ao disco – Leitura, escrita;  Acesso à memória;  Etc. 8
  • 9. Introdução 9 Programas de sistemas e usuários Sistema Operacional Hardware
  • 12. Introdução  Podemos definir um Sistema Operacional levando em consideração dois pontos de vistas: O S.O. como uma máquina estendida; O S.O. como um gerenciador de recursos. 12
  • 13. Introdução  O Sistema Operacional como uma máquina estendida:  O sistema operacional é a camada de software que oculta a complexidade do hardware;  Facilita a criação de novos sistemas, de forma que o desenvolvedor ou usuário não necessite saber detalhes de funcionamento dos periféricos. 13
  • 14. Introdução  O Sistema Operacional como um gerenciador de recursos:  O Sistema Operacional é responsável por organizar e alocar de forma ordenada e eficiente os recursos de hardware do computador;  Definir políticas de uso dos recursos de hardware pelas aplicações e resolver disputas e conflitos que venham a ocorrer. 14
  • 15. Histórico  A evolução dos sistemas operacionais está intimamente ligado à evolução do hardware;  Aumento da complexidade do hardware demanda uma abstração maior para as camadas “superiores”; 15
  • 16. Histórico  1ª Geração (1945 – 1955) 16 • Necessário conhecimento do funcionamento do hardware; • Programação feita através de linguagem de máquina; • Computadores utilizavam válvulas; • Inexistência do conceito de Sistema Operacional.
  • 18. Histórico  2ª Geração (1956 – 1965) 18 • Invenção do Transistor – Bell Laboratories; • Computadores mais rápidos e mais eficientes; • Cálculos que demoravam segundos agora eram medidos em milissegundos; TRADIC TRADIC
  • 20. Histórico  3ª Geração (1966 – 1970) 20 • Circuitos integrados; • Diminuição no preço dos computadores; • Diminuição no tamanho dos computadores; • Principal empresa: IBM – System/360 rodando OS/360; System/360 Circuitos integrados OS/360
  • 21. Histórico (3ª Geração) 21 IBM System/360
  • 22. Histórico  4ª Geração (1980 – 1990) 22 • Computadores pessoais - PC; • Avanço da indústria de hardware com a introdução de novos circuitos integrados; • Computação altamente interativa; • Crescimento da indústria de softwares; • Dois sistemas operacionais inicialmente dominaram o cenário: MS-DOS (Microsoft) e Unix; • Redes de computadores. MD-DOS Unix
  • 24. Histórico  5ª Geração (1990 – *) 24 • Popularização dos PC’s; • Processadores de alto desempenho – 1993: Pentium; • Evolução das redes de computadores; • Interfaces gráficas complexas; • Interação com o usuário; • Internet.
  • 25. Tipos de Sistemas Operacionais Três PRINCIPAIS tipos (não são os únicos): Sistemas Monotarefa; Sistemas Multitarefa; Sistemas Multiprocessadores. 25
  • 26. Sistemas Monotarefa  Aloca o Sistema Operacional disponível exclusivamente para um único programa;  O programa em andamento tem disponível todos os dispositivos do computador;  Tipicamente relacionados aos primeiros computadores, na década de 1960;  Provoca grande desperdício de hardware. 26
  • 28. Sistemas Multitarefa  Evolução dos sistemas Monotarefas;  Recursos computacionais são compartilhados entre as aplicações  Enquanto um programa aguarda por algum recurso, outro pode estar utilizando o processador, por exemplo.  O sistema operacional é responsável por gerenciar o acesso concorrente aos recursos de hardware entre as aplicações, de forma ordenada e protegida;  Mais eficiente que sistemas monotarefa, porém sua implementação é mais complexa. 28
  • 30. Sistemas Multitarefa  Os sistemas multitarefa podem ser classificados de acordo com:  Número de usuários que acessam o sistema  Sistema Monousuário;  Sistema Multiusuário.  Forma de gerenciamento das aplicações  Sistemas Batch ou Lote;  Sistemas de tempo compartilhado;  Sistemas de tempo real. 30
  • 32. Sistemas Multitarefa - Monousuário Apenas um usuário interage com o sistema; Por ser um sistema multitarefa, pode processar mais de uma aplicação ao mesmo tempo Editor de texto e browser, por exemplo. 32
  • 33. Sistemas Multitarefa - Multiusuário  Possibilita vários usuários simultâneos com acesso ao sistema operacional;  Tem uma implementação mais complexa, uma vez que deve permitir a identificação de cada recurso, como arquivos e processos, e impor regras de controles de acesso. 33
  • 35. Sistemas Multitarefa - Batch  Todos os programas são colocados em uma fila para execução do processador;  Programas são processados em sequência;  Atualmente, BATCH é utilizado para definir um conjunto de comandos que rodam sem interferência do usuário;  Sistemas BATCH, se bem projetados, podem ser bastante eficientes em alguns casos específicos;  Problemas: vazão, tempo de resposta – Exemplo. 35
  • 37. Sistemas Multitarefa – Tempo Compartilhado (Time Sharing)  Permitem que diversos programas sejam executados a partir da divisão do processador em pequenos intervalos (time slice)  Caso o tempo não seja suficiente para completar o processamento, é interrompido e substituido por outro, enquanto aguarda novo intervalo de tempo.  Há a impressão de que a máquina está dedicada ao programa/usuário, como se ele fosse o único utilizador dos recursos;  Permitem INTERAÇÃO COM O USUÁRIO – I/O – Teclado, mouse, monitor, etc; 37
  • 38. Sistemas Multitarefa – Tempo Compartilhado (Time Sharing)  O sistema operacional gerencia a utilização dos recursos pelos programas e usuários  Escalonamento.  Gerenciamento complexo dos processos, dependendo da utilização do Sistema Operacional  Prioridades;  Tamanho do time slice;  Guardar estado atual;  Etc. 38
  • 39. Sistemas Multitarefa – Tempo Compartilhado (Time Sharing) - Escalonamento 39
  • 40. Sistemas Multitarefa – Tempo Real  Semelhante aos sistemas de tempo compartilhado;  Diferença está no tempo exigido para o processamento das aplicações;  Tempo de processamento deve estar entre limites rígidos, definidos no projeto;  Um programa utiliza o processador pelo tempo que for necessário, até que apareça uma aplicação com uma PRIORIDADE maior  Prioridade é definida pela aplicação e não pelo S.O.  Utilização – Sistemas embarcados, aviões, etc  Exemplo: Avião – prioridade: pouso ou sistema de som? 40
  • 41. Sistemas Multiprocessadores  Possuem uma ou mais CPUs interligadas e trabalhando em conjunto;  Vários programas são REALMENTE executados ao mesmo tempo;  Vantagens específicas:  Escalabilidade;  Disponibilidade;  Balanceamento de carga. 41
  • 43. Sistemas Multiprocessadores Podem ser classificados em: Fortemente acoplados Apenas uma memória compartilhada. Fracamente acoplados Cada sistema tem sua própria memória. 43