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Sistemas Operacionais

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

Introdução ao S.O



Gerenciamento de processos.



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

Dispositivos de Entrada/Saída.



Sistemas de arquivos.
Definição do problema


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dispositivos.



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manipular.



Escrever programas que fazem usos desses
dispositivos é uma tarefa difícil.
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

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sistema operacional.



Ele gerencia todos esses dispositivos e fornece
uma interface de mais alto nível para acesso ao
hardware.
O que é um Sistema
Operacional?


É um software que realiza duas funções:


Estende a máquina, isto é, esconde do
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

Gerencia recursos, isto é, controla todo o hardware
e controla a concorrência entre os diversos
processos que tentam usar esse hardware.
Exemplo de acesso ao
hardware


Queremos gravar dados em um disquete sem um
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

O controlador do disquete tem 16 funções de
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Sistemas Operacionais

  • 1. Sistemas Operacionais ADIR KUHN BACHAREL EM COMPUTAÇÃO PÓS GRADUADO EM BANCO DE DADOS PHP ENGINNER E SCRUM MASTER
  • 2. Conteúdo  Introdução ao S.O  Gerenciamento de processos.  Gerenciamento de memória.  Dispositivos de Entrada/Saída.  Sistemas de arquivos.
  • 3. Definição do problema  Um sistema de computação consiste de diversos dispositivos.  Todos os dispositivos são complexos de manipular.  Escrever programas que fazem usos desses dispositivos é uma tarefa difícil.
  • 4. Como solucionar o problema?  Utilizar uma camada de software chamada sistema operacional.  Ele gerencia todos esses dispositivos e fornece uma interface de mais alto nível para acesso ao hardware.
  • 5. O que é um Sistema Operacional?  É um software que realiza duas funções:  Estende a máquina, isto é, esconde do programador a “verdade” sobre a programação do hardware e apresenta uma forma mais simples de acessar o hardware.  Gerencia recursos, isto é, controla todo o hardware e controla a concorrência entre os diversos processos que tentam usar esse hardware.
  • 6. Exemplo de acesso ao hardware  Queremos gravar dados em um disquete sem um S.O:  O controlador do disquete tem 16 funções de baixo nível;  Funções de leitura/escrita têm 13 parâmetros;  Retornam 23 informações de status.  É preciso verificar o status do motor.
  • 7. Resumindo...  Sistema operacional é um software utilizado para facilitar a utilização do hardware, fornecendo ao usuário uma abstração maior, evitando que o programador acesse as instruções de hardware.  O SO gerencia os recursos de hardware, como por exemplo: endereçamento de memória, fila de processos para execução, concorrência entre processos.
  • 9. Estrutura de um computador moderno  Dispositivos físicos: circuitos, unidades de disco etc.  Microprogramação: constituída por softwares capaz de interpretar e executar as instruções de máquina recebidas da camada superior.
  • 10. Estrutura de um computador moderno  Linguagem de máquina: instruções que movem os dados pela maquina efetuando operações lógicas e aritméticas.  Sistema operacional: esconde a complexidade do hardware e gerencia os recursos compartilhados.
  • 11. Estrutura de um computador moderno  Utilitários: compiladores, editores texto, interpretador de comando.  Aplicativos: navegador web, bate-papo etc.
  • 12. Evolução dos S.O (MINIX) WINDOWS, MAC, LINUX
  • 13.  Os sistemas operacionais evoluíram com o passar dos anos, acompanhando a arquitetura dos computadores que executavam.
  • 14. 1ª geração (1940 – 1955)  Foi marcada pelo invento das válvulas.  Computadores eram formados por milhares de válvulas ocupando salas imensas.  Não havia conceito de sistema operacional.  O acesso era feito diretamente nos painéis do equipamento, onde o usuário programa seus cálculos.  Surge o ENIAC, onde a programação era por fios e pinos.
  • 15. 1ª geração (1940 – 1955) (cont.) Computador baseado em válvulas Computador ENIAC
  • 16. 2ª geração (1955 – 1965)  Marcada por três avanços:  Utilização dos transistores em grande quantidade.  Sistema de processamento em batch.  Surgimento de linguagens de programação de alto nível (Fortran, Algol e Cobol).  Criação de mainframes.  Programas deixam de ter relação direta com o hardware.
  • 17. 2ª geração (1955 – 1965)  Processamento em batch:  Programas eram gravados em cartões perfurados. Após a leitura, eles eram salvos em uma fita magnética de entrada.  A fita de entrada era colocada no computador de grande porte (IBM 7094). Ao final do processamento, gravava o resultado em uma segunda fita (de saída).  A segunda fita (de saída) era colocada em um computador (IBM 1401) que lia a fita de saída e imprimia seu conteúdo.
  • 18. 2ª geração (1955 – 1965) (cont.) Sistema de processamento batch
  • 19. 3ª geração (1965 – 1980)  Surgimento dos circuitos integrados.  Surgimento das técnicas de:  Multiprogramação: execução de vários programas por meio da divisão de memória em partes.  Timesharing: divide o tempo de uso do processador entre todos os programas.
  • 20. 4ª geração (1980 – 1990)  Surgimentos dos PCs (personal computers).  Surgimento dos sistemas operacionais mais modernos:  MS-DOS: linha de comando.  Novel network : sistemas operacional de rede.  Macintosh: baseado em janelas.
  • 21. 5ª geração (1990 – ...)  Surgimento da computação distribuída  Um programa em execução que pode ser dividido em subprocessos para serem executados em outros computadores na rede.  Surgimento do protocolo TCP/IP, padrão Ethernet e o modelo cliente/servidor.  Surgimento da computação ubíqua.
  • 23. Monotarefa  Os primeiros S.O executavam um programa de cada vez.  Os outros programas deveriam esperar o termino para poder executar.  Todos os recursos ficavam dedicados a uma única tarefa.
  • 24. Multitarefa  Suporta a execução concorrente de vários programas, dividindo os recursos.  Classificado como:   Monousuário e Multiusuário. Pode ser:  Cooperativo: o processo libera a CPU voluntariamente (i.e não há interrupções)  Preemptivo: quando o sistema gera uma interrupção e dá lugar a outro processo na CPU.
  • 25. Processos  É uma abstração de um programa em execução.  Cada programa tem ao menos um processo concorrendo os recursos de sistema.  Possui um espaço de endereçamento na memória.  Pode assumir três estados:  Execução  Bloqueado  Pronto
  • 26. Multiprocessamento  Sistemas com múltiplos processadores.  Compartilham a mesma memória e dispositivos de entrada.  Aumentam a capacidade computacional.
  • 27. Interpretador de comandos (Shell)  Interface entre o usuário e o sistema operacional.  É onde o usuário solicita a execução de programas.
  • 28. Chamadas do sistema (System Calls)  Interface entre softwares aplicativos e o sistema operacional.  Exemplo:  Criar arquivos.  Acessar drive de disquete, CD-Rom etc.
  • 29. Sistemas Operacionais e suas Características
  • 33. Processos  Um processo é tudo aquilo que o processador executa.  E a entidade pela qual a utilização da memória de um programa, tempo de processador e recursos de E/S podem ser gerenciados e monitorados pelo sistema operacional.  O processo pode ser visto como a abstração de um programa em execução.
  • 34. Processos  Exemplo João vai fazer um bolo. Ele vai utilizar uma receita para saber quais ingredientes e saber como preparar tudo.  Quem é o processador?  Quem é o programa?  Quem é o processo?
  • 35. Processos  Todo software executável em um computador moderno, até mesmo o sistema operacional, é organizado em processos.  Os sistemas atuais permitem ao usuário a chaveamento de vários processos.  Esse chaveamento nos dá a sensação de que os programas são executados paralelamente.
  • 36. Troca de processos  Como funciona a troca de processos?  Salvar o conteúdo atual dos registradores da CPU referentes a um processo que esta deixando o processador.  Carregar os registradores com o conteúdo do processo que esta ganhando a CPU.
  • 38. Processos  Principais eventos que levam à criação de processos  inicialização do sistema  execução de chamada ao sistema de criação de processos  solicitação do usuário para criar um novo processo
  • 39. Processos  Condições que levam ao término de processos  saída normal (voluntária)  saída por erro (voluntária)  erro fatal (involuntário)  cancelamento por um outro processo (involuntário)
  • 40. Estados do processo  O processador não pode ser ocupado por todos os processos ao mesmo tempo.  Existe uma competição entre os processos para entrar em execução.  O sistema operacional deve controlar essa competição.
  • 41. Estados do processo  Pronto (aguardando na fila de processos)  Execução (esta no processador)  Bloqueado (aguardando E/S)
  • 42. Subprocessos  Uma aplicação pode ser dividida em partes que trabalham concorrentemente.  Consiste em particionar o processo gerado para controlar a aplicação (processo pai) em outros subprocessos subordinados a este que são chamados de processos filhos, ou apenas subprocessos
  • 44. Subprocessos  Conforme aumenta-se a utilização de subprocessos, há um desperdício de tempo para criar e destruir estes.  Para resolver este problema, criou-se o conceito de threads.
  • 45. Threads  São consideradas processos mais leves.  Enquanto os processos são usados para agrupar recursos, as threads são as entidades escalonadas para a execução na CPU.  Um processo possui pelo menos uma thread (linha de controle).
  • 47. Exemplo Threads  Aplicação: Processador de textos  Uso: 3 threads  Interação com o usuário (teclado)  Formatação de texto  Gravando o documento
  • 49. Escalonamento  Vimos que o estado de pronto possui uma fila de processos aguardando a liberação da CPU.  O componente que tenta manter o processador ocupado o tempo todo, escolhendo que será o próximo processo a ser executado é o escalonador.
  • 51. Algoritmos de escalonamento  First In First Out (FIFO)  Constitui-se no esquema mais simples de escalonamento em que os processos são executados do início até o fim, na ordem de chegada.
  • 52. Algoritmos de escalonamento  Round Robin – Alternância Circular  Processos são executados na ordem FIFO, mas com um intervalo chamado quantum.  Ao final de seu quantum, se o processo ainda estiver em execução, é interrompido (preempção) e voltará para o estado de pronto (final da fila) e o próximo processo da fila será alocado para ocupar a CPU.  Se o processo terminar antes de finalizar o seu quantum, a CPU será liberada.
  • 53. Algoritmos de escalonamento  Round Robin – Alternância Circular  Exemplo: quantum de 20 ms Processo Tempo de Uso da CPU em ms (milissegundos) P1 P2 P3 P4 50 14 65 21
  • 54. Algoritmos de escalonamento  Shortest Job First – Processo mais curto primeiro  Processos menores são executados primeiro.  Processos curtos são favorecidos.  Processo maiores são prejudicados.  Pouco utilizado na prática.
  • 55. Algoritmos de escalonamento  Shortest Job First – Processo mais curto primeiro  Exemplo: Processo Tempo de Uso da CPU em ms (milissegundos) Chegad a P1 7 0 P2 4 2 P3 1 4 P4 4 5
  • 56. Concorrência  Os processo concorrem pelos recursos do sistema.  Exemplo: fila de impressão
  • 57. Deadlock  Acontece quando dois ou mais processos estão disputando recursos e nenhum deles consegue seguir a execução porque ambos estão bloqueando uns aos outros.  Exemplo:  Dois processos querem gravar um CD.  Processo P1 aloca o Gravador.  Processo P2 aloca o HD.  P1 espera P2 terminar de usar o HD.  P2 espera P1 terminar de usar o gravador.
  • 58. Exclusão Mútua Evitar que mais de um processo utilize um recurso compartilhado.  Condições para exclusão mútua:  1. 2. 3. 4. Dois processos não podem estar dentro de suas regiões críticas ao mesmo tempo, compartilhando o mesmo recurso. A exclusão mútua dos processos deve ser independente da velocidade dos processos ou o número de CPUs. Um processo executado fora da região crítica não pode bloquear outros processos. Nenhum processo esperará para sempre para entrar em sua região crítica.
  • 59. Exclusão mútua com espera ocupada  Se um processo está acessando uma região crítica, ou seja, esta em execução, todos os outros processos que precisarem acessar esta região deverão entrar em estado de espera ocupada.  Esta espera se refere apenas à região crítica.  Desabilitar interrupções.  Variável Lock.  Variável Turn.  Peterson.  Instrução TSL.
  • 60. Desabilitar interrupções  Desabilitar todas as interrupções, inclusive as do sistema operacional, quando uma região crítica está sendo acessada, garantindo que o processo em execução termine de executar a região crítica sem a intervenção de outros processos.
  • 61. Variável Lock  Esta solução utiliza um algoritmo em que cada recurso compartilhado possui uma variável global chamada lock, com valor inicial igual a 0.  O algoritmo controla o acesso à região crítica por meio da variável lock. Ao consultar, se o seu valor for 0, o processo executará a região crítica; e se for 1, o processo aguardará até que a variável lock se torne 0.
  • 62. Variável Turn  Se a variável turn for igual a i, o processo de número i executará a região crítica até terminar.  Ao sair, o processo altera o valor de turn para i+1 para que o próximo processo, ao executar, tenha acesso à região crítica.
  • 63. Solução de Peterson  Combina as variáveis lock e turn solucionando os problemas individuais de cada uma delas.
  • 64. Instrução TSL  É uma instrução utilizada em muitos processadores que permite a implementação de variáveis lock.  A vantagem é que nem mesmo uma interrupção de hardware pode interromper a execução.
  • 66. Gerenciamento de memória  Na memória principal ficam todos os programas e os dados que serão executados pelo processador.  Possui menor capacidade e custo maior.  S.O buscam minimizar a ocupação da memória e otimizar sua utilização.  Componente é o gerenciador de memória.
  • 67. Gerenciamento de memória  Tarefas do gerenciador de memória:  Monitorar quais partes da memória estão utilizadas e quais estão disponíveis.  Realizar alocação e liberação da memória para os processos.  Gerenciamento do swapping (troca) entre a memória principal e a secundária.
  • 68. Gerenciamento de memória  Esquemas de gerenciamento de memória:  Mantém os processo fixos na memória principal. monoprogramação  Movem os processos entre a memória principal e secundária (swapping e paginação). multiprogramação
  • 69. Gerenciamento sem paginação  Foram utilizadas nos sistemas mais antigos.  A memória era compartilhada entre o S.O e os programas.  Chamada de monousuário ou monoprogramação.  Somente um processo pode ser executado a cada instante.
  • 70. Gerenciamento sem paginação Três maneiras simples de organizar memória com um sistema operacional e com processos.
  • 71. Gerenciamento de memória com partições fixas  Em direção à multiprogramação foram criadas partições fixas com tamanhos diferentes na memória principal.  A idéia é utilizar sempre o menor espaço possível.  Com tamanho fixo das partições, todo espaço naquela partição que não era utilizado pelo processo era perdido.  Funciona bem quando as tarefas são do mesmo tamanho ou quando os tamanhos são conhecidos previamente.
  • 72. Partições fixas Partições fixas de memória com filas separadas para cada partição
  • 73. Gerenciamento de memória com partições fixas  Surge um problema quando partições grandes está com a fila vazia e uma fila para partição pequena está com a fila cheia.  Solução: utilizar uma única fila.  O processo mais próximo do início da fila que se ajusta na partição vazia poderia ser carregado.
  • 74. Gerenciamento de memória com partições fixas – fila única Partições fixas de memória com fila única.
  • 75. Troca de processos  Nem sempre existe memória principal para todos os processos.  Alguns processos devem ser mantidos no disco (memória secundária).  Técnicas:  Swapping.  Memória virtual.
  • 76. Swapping  Consiste em trazer o processo inteiro do disco para a memória, executá-lo e devolve-lo para o disco.  Os processos que estão sobrando ficam na memória secundária e trazidos de lá dinamicamente.
  • 77. Swapping  Vantagem em relação às partições fixas:  Número, posição e tamanho das partições variam dinamicamente.  Com o tempo são criadas lacunas na memória principal.  Técnica de compactação de memória para mover os dados para baixo.
  • 79. Swapping  É provável que a área de dados (heap e pilha) do processo cresça durante a execução.  Se houver espaço adjacente ele será alocado para o processo.  Se não houver espaço adjacente o processo inteiro deverá ser movido para outra área da memória principal.  Pode-se alocar uma memória extra sempre que fizer a troca ou mover um processo.
  • 81. Memória virtual  Divide-se o programa em módulos chamados overlays (sobreposição).  No princípio, o programador deveria fazer a divisão do programa em módulos.  Mais tarde, essa tarefa passou para o S.O.  Assim, um programa grande que excedesse a memória física do computador poderia ser executado.
  • 82. Memória virtual  Um programa de 32 MB pode ser executado em uma máquina com apenas 8 MB, por meio de uma escolha cuidadosa feita pelo sistema operacional em que 8 MB será mantido ativo na memória em cada instante, dinamicamente, dando a ilusão de que o programa inteiro está na memória.  Essa troca de módulos é a técnica de paginação.
  • 83. Paginação  No sistemas com memória virtual, o endereço virtual e físico não são os mesmos.  Quem realiza o mapeamento dos endereços virtuais para o endereço físico é a unidade MMU (memory management unity).
  • 85. Paginação  Como exemplo, nosso computador possui 32 KB de memória física.  Queremos executar um programa de 64 KB.  O programa não pode ser carregado totalmente na memória.  Assim, partes do programa serão carregadas quando necessário.
  • 87. Paginação  Neste caso, as páginas marcadas com um X não estão mapeadas no momento.  Se o programa tentar utilizar, ocorrerá o pagefault.  Ele deverá escolher uma página pouco utilizada, colocá-la em disco e carregar a pagina desejada.
  • 88. Algoritmos de substituição de páginas  Algoritmo FIFO  Baixo custo.  Mantém uma lista de todas as páginas, com a página mais velha no inicio e a mais nova no fim.  Quando recebe um page-fault a primeira página a sair é a mais velha (início da fila).  Pouco utilizado porque pode ser removida páginas muito utilizadas
  • 89. Algoritmos de substituição de páginas  Algoritmo FIFO
  • 90. Algoritmos de substituição de páginas  Relógio  Utiliza um bit (R) - referenciada  Assim o SO sabe qual página é mais ou menos utilizada.  As páginas são mantidas em lista circular.  Um ponteiro aponta para a mais antiga. Se acontecer um page-fault verifica o bit (R). Se for 0 é porque não esta referenciada e substituirá. Se for 1, seta R = 0 e avança o ponteiro até encontrar uma pagina com R = 0.
  • 91. Algoritmos de substituição de páginas  Relógio
  • 92. Algoritmos de substituição de páginas  Algoritmo LRU (least recently used)  Baseia-se na idéia de que uma página utilizada recentemente pode ser utilizada novamente.  Portanto, páginas que não foram utilizadas recentemente provavelmente permanecerão nãoutilizadas durante mais tempo.  Assim, ele remove as páginas menos utilizadas recentemente.
  • 93. Algoritmos de substituição de páginas  Algoritmo LRU (least recently used)
  • 95. Sistemas de entrada/saída  Os dispositivos de E/S são a comunicação do sistema operacional com o mundo externo.  Os dispositivos de entrada e saída são controlados pelos sistemas operacionais.  O S.O emite comandos para os dispositivos, realiza tratamento de erros e oferecer uma interface simples, que abranja todos os dispositivos do sistema.  Esses dispositivos apresentam uma grande variação de velocidades.
  • 97. Sistemas de entrada/saída  Para que o sistema operacional controle um dispositivo de E/S é necessário que interaja com um componente eletrônico chamado controlador de dispositivo e um dispositivo mecânico.  Controlador de dispositivo   Placa de circuito eletrônico. Dispositivo mecânico  É o dispositivo propriamente dito
  • 98. Sistemas de entrada/saída  Exemplo: Mouse  O componente eletrônico seria o circuito que interpreta as coordenadas X e Y e envia para o SO posicionar o cursor na tela.  O componente mecânico seria a esfera ou o dispositivo ótico e os botões.
  • 99. Sistemas de entrada/saída  Drivers de dispositivo são os programas que possibilitam a comunicação entre o S.O e o dispositivo.  São desenvolvidos pelo fabricante do dispositivo.  Cada S.O precisa do seus próprios drivers.  Além de controlar o dispositivo, o driver também trata os erros.
  • 100. Sistemas de entrada/saída  Buffers:  Região de memória temporária utilizada para escrita e leitura de dados.  São utilizados quando existe uma diferença entre a taxa em que os dados são recebidos e a taxa em que eles podem ser processados.  Também são utilizados como armazenamento temporário (ex. buffer do HD).
  • 101. Sistemas de entrada/saída  Maneiras que as operações de E/S são feitas:  E/S programada.  E/S orientada por interrupção.  E/S usando DMA.
  • 102. Sistemas de entrada/saída  E/S programada:  Consiste em ter o processador dedicando-se totalmente ao periférico enquanto durar a comunicação.  O processador deve obter os dados do dispositivo E/S e transferi-los para memória.  Nesse tempo o processador nunca é interrompido.  Desvantagem: processador fica alocado enquanto não terminar a transferência.
  • 103. Sistemas de entrada/saída  E/S orientada por interrupção:  Quando um dispositivo de E/S finaliza o seu trabalho gera uma interrupção que segue por meio do barramento, até o processador para ser atendido.  O sinal de interrupção faz com que o processador pare o que esta processando para atender essa interrupção.  Melhor do que a E/S programada, pois elimina ciclos de espera desnecessários, mas ainda o processador é usado em qualquer operação E/S.
  • 105. Sistemas de entrada/saída  E/S por DMA (Direct Memory Access)  O controlador de DMA faz todo o trabalho de transferência de dados de um dispositivo de E/S no lugar do processador principal.  A vantagem do DMA é diminuir as interrupções que chegam até o processador principal para que o sistema tenha um desempenho global melhor
  • 107. Sistemas de entrada/saída  A transferência dos dados ocorrem de duas maneiras:  Blocos de informação:   Dados são armazenados em blocos de tamanho fixo. Ex.: CD-Rom, HD. Caracteres:  Os caracteres são enviados e recebidos sem considerar qualquer estrutura. Ex.: Mouse, teclado, placa rede, impressora.
  • 108. Sistemas de entrada/saída  Disco rígido (HD):  São considerados os repositórios de dados mais populares.  Constituídos por um ou vários discos sobrepostos unidos por um eixo central girando a uma velocidade constante. São organizados em cilindros, os quais contem trilhas. Essas trilhas sofrem outra divisão em setores com 512 bytes.
  • 110. Sistemas de entrada/saída  Para calcular a capacidade do disco:  Capacidade Real = cabeças x cilindros x setores x 512  Numero de cilindros = número de trilhas.
  • 111. Sistemas de entrada/saída  Disco rígido (HD):  O tempo para ler/gravar é dado por:  Tempo de posicionamento (tempo necessário para mover o braço para o cilindro correto).  Atraso de rotação (tempo necessário para encontrar o setor correto sob o cabeçote de leitura/gravação).  Tempo de transferência real do dado.
  • 112. Sistemas de entrada/saída  RAID (redundant array of inexpensive* disks):  Conjunto de discos redundantes e independentes que otimizam as operações de E/S e a segurança dos dados.  A estratégia é substituir um disco grande por vários discos menores.  Trabalha em cinco níveis*.
  • 113. Sistemas de entrada/saída  RAID 0 – espalhamento de dados  RAID 1 – espelhamento de dados
  • 114. Sistemas de entrada/saída  RAID 2 - Igual ao RAID 0, porém com esquema de detecção de erros.  RAID 3 – Versão simplificada do RAID 2, pois usa um disco rígido extra para armazenamento de informações de paridade
  • 115. Sistemas de entrada/saída  RAID 4 – similar ao RAID 3, só que mais rápido por usar blocos de dados.  RAID 5 - Similar ao RAID 3 e 4, só que grava as informações de paridade dentro dos próprios discos.
  • 116. RAID  Para saber mais sobre RAID acesse: http://www.clubedohardware.com.br/artig os/651 http://pt.wikipedia.org/wiki/RAID
  • 117. Sistemas de entrada/saída  Disco ótico:  A informação gravada em um CD-Rom é lida por um feixe de laser de baixa intensidade.  O feixe de laser atravessa a cobertura de verniz, enquanto o motor gira o disco de resina plástica, e ao encontrar um sulco, a intensidade da luz refletiva muda. Essa intensidade é sentida por um foto-sensor que em seguida converte em um sinal digital.  Os CD-ROMs não têm cilindros concêntricos, como os discos magnéticos. Contem uma única espiral.
  • 119. Sistemas de entrada/saída  Gravação do CD-Rom  É utilizado um laser de alta potência para criar pontos negros na camada refletiva.  Onde o laser não atinge fica transparente.  Essa diferença simula a depressão e a superfície.
  • 120. Sistemas de entrada/saída  Relógios:  Os relógios são considerados essenciais, pois mantêm a hora atualizada e evitam que um processo monopolize a CPU.  Gera interrupções.  Funções:  Manter a hora e o dia  Evitar que processos ocupem a CPU por muito tempo.  Contabilizar o uso da CPU, isto é, saber quanto tempo um processo esteve em execução.
  • 121. Sistemas de entrada/saída  Gerenciamento de energia:  É função do S.O fazer o gerenciamento de energia.  Duas abordagens:  S.O desliga os componentes  S.O diminui a energia, causando perda de desempenho.
  • 122. Sistemas de entrada/saída Consumo de energia de várias partes de um laptop
  • 123. Sistemas de entrada/saída  Monitor:  O S.O coloca o monitor em um estado de “dormindo”.  Qualquer toque no teclado ou movimento no mouse o S.O “acorda” o monitor.
  • 124. Sistemas de entrada/saída  Disco rígido (HD):  Consome muita energia para manter o disco girando mesmo quando não há atividade.  O S.O pode cortar totalmente a energia e qualquer atividade faz o disco voltar a funcionar.  Pode causar atrasos consideráveis.
  • 125. Sistemas de entrada/saída  CPU:   Sempre que a CPU se torna ociosa o S.O reduz a voltagem dela. Memória:  A memória pode ser desligada.  Antes, todo o conteúdo é copiado para o disco rígido.
  • 127. Sistemas de arquivos  Todos os programas precisam armazenar e recuperar dados.  Os processos não podem armazenar grande quantidade de dados no seu espaço de endereçamento.  Quando o processo chega ao final os dados no seu espaço se perdem.  Precisamos que vários processos acessem os mesmos dados.
  • 128. Sistemas de arquivos  A solução é utilizar um meio de armazenamento chamado arquivos.  Para criar arquivos é preciso informar um nome:  No MS-DOS os nomes eram limitados a 8 caracteres.  Nos S.O atuais podem ter até 255 caracteres.
  • 129. Sistemas de arquivos  Estrutura dos arquivos:  Sequência de bytes    O S.O não se importa com o conteúdo do arquivo. O significado deve ser dado pelo programa do usuário. Sequência de registros  Arquivos são uma sequência de registros.  Esses registros possuem tamanho fixo.  Operação de leitura/escrita sobrepõe ou anexa um registro.
  • 130. Sistemas de arquivos  Árvore de registros:  Cada registro contém um campo chave.  A árvore é ordenada pelo campo chave.  Facilita a busca por um registro dentro do arquivo.
  • 132. Sistemas de arquivos  Além do arquivo guardar o nome e os dados, ele pode associar informações como:    Data e hora de criação. Tamanho do arquivo. Esses itens são chamados atributos.
  • 134. Sistemas de arquivos  Diretórios:  Pode conter centenas de arquivos ou nenhum arquivo.  Pode conter outros diretórios.  A diferença do arquivo é que ele mantém uma tabela de ponteiros para outros arquivos/diretórios.
  • 136. Sistemas de arquivos  Nomes de caminhos:  Caminho absoluto:   Formado pelo caminho entre o diretório raiz e o arquivo. Caminho relativo:  Formado pelo caminho entre o diretório atual e o arquivo.
  • 137. Sistemas de arquivos  Sistema de arquivos:  Um disco rígido pode ser dividido em uma ou mais partições.  Todo disco possui um setor 0 que chamamos de MBR (master boot record), que é utilizado para iniciar o computador.  O BIOS lê e executa o setor 0 do disco em busca de uma partição ativa.
  • 138. Sistemas de arquivos  Esquema de partição de disco:  Superbloco: fornece informações tais como: identificação do sistema de arquivos, número de blocos do sistema de arquivos etc.  Blocos livres: informa a quantidade de blocos livres no sistema.  I-nodes: uma estrutura de dados com informações sobre os arquivos.  Diretório raiz: contem o topo da árvore de diretórios.  Arquivos e pastas: conteúdo propriamente dito.
  • 139. Sistemas de arquivos Estrutura geral de uma partição do disco.
  • 140. Sistemas de arquivos  Questão:  Como é feito o controle de quais blocos do disco estão relacionados com quais arquivos?  Em outras palavras, como os arquivos são gravados e distribuídos entre os blocos?  Métodos de gravação:  Alocação contínua.  Alocação por lista encadeada.  I-nodes
  • 141. Sistemas de arquivos  Alocação contínua:  Consiste em armazenar cada arquivo em blocos contíguos.  Implementação simples.  Para localizar um arquivo basta saber o endereço do primeiro bloco e o número de blocos do arquivo.  Bom desempenho para leitura.  Desvantagem que o disco fica fragmentado.
  • 143. Sistemas de arquivos  Alocação por lista encadeada:  Os arquivos são armazenados em blocos lincados.  Os primeiros bits de cada bloco é o ponteiro para o próximo bloco.  Não acontece fragmentação.  Acesso aleatório lento, pois os blocos tem que ser lidos um de cada vez até chegar no arquivo desejado.
  • 145. Sistemas de arquivos  I-node  Estrutura de dados (pequena tabela) que mantém informações e os endereços de disco dos blocos do arquivo.  A principal diferença da tabela de alocação é que apenas o i-node fica na memória apenas quando o arquivo está em uso.
  • 147. Sistemas de arquivos  Confiabilidade dos sistemas de arquivos:  O sistema de arquivos pode ser danificados por vários motivos:   HD defeituoso.   Queda de energia. Erro de software. Deve-se possuir copias de segurança.  Cópia física.  Cópia lógica.
  • 148. Sistemas de arquivos  Exemplos de sistemas de arquivos:  CD-Rom:  ISO 9660: produzido com limitações para atender alguns sistemas operacionais (MS-DOS)  Estendido para Joliet :  Nome de arquivos longos.  Conjuntos de caracteres Unicode.  Diretório com profundidade maior que 8 níveis.
  • 149. Sistemas de arquivos  Exemplos de sistemas de arquivos:   Windows: NTFS: até 16 TB.
  • 150. Sistemas de arquivos  Exemplos de sistemas de arquivos:  Linux:   ext-3: 16 TB com journaling.  ReiserFS: 16 TB com journaling.  JFS: 4 PT (petabytes) com journaling.   ext-2: 16 TB XFS: 16 EX (exabytes) com journaling. Journaling: é um log que o SO faz antes de escrever qualquer dado no disco.