Informática para Internet - Informática Aplicada - Aula 07

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Conteúdo ministrado na aula de apresentação no Curso Técnico de Informática para Internet pela Faculdade Estácio João Pessoa/PB.

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Informática para Internet - Informática Aplicada - Aula 07

  1. 1. Sistemas Operacionais INTRODUÇÃO A SISTEMAS OPERACIONAIS
  2. 2. Objetivos Identificar as funções e os componentes de um Sistema Operacional; Diferenciar os tipos de Sistemas Operacionais existentes; Identificar os modelos de estruturas existentes de Sistemas Operacionais; Compreender os modos de acesso e o funcionamento de uma chamada ao sistema ("system call"); Compreender a importância e o funcionamento dos mecanismos de interrupção; Compreender os fundamentos de sistemas concorrentes.
  3. 3. Introdução Nesta aula, conheceremos as características de um Sistema Operacional e a importância desse sistema em um ambiente computacional. Para isso, trataremos de dois conceitos muito importantes para o entendimento dos sistemas modernos: interrupções e chamadas ao sistema. Serão abordados, também, os principais tipos de Sistemas Operacionais e suas características. I. Conceitos Fundamentais de Sistemas Operacionais; II. Classificação de Sistemas Operacionais; III. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos; IV. Interrupções; V. Conceitos de Concorrência.
  4. 4. Conceitos Fundamentais de Sistemas Operacionais Sistema Operacional é um conjunto de programas (software) responsável por: fazer a interface com os usuários; gerenciar recursos; fazer a interface com o hardware. Funções adicionais: contabilização de uso, segurança de acesso, auditoria.
  5. 5. Conceitos Fundamentais de Sistemas Operacionais O Sistema Operacional é o intermédio entre o usuário e o hardware
  6. 6. Conceitos Fundamentais de Sistemas Operacionais Cada parte (módulo ou função) de um Sistema Operacional é responsável pelo gerenciamento de um recurso específico. Esses recursos são: I. Tempo de CPU; II. Espaço em memória; III. Espaço em disco; IV. Acesso aos dispositivos de comunicação; V. Bibliotecas de software.
  7. 7. Conceitos Fundamentais de Sistemas Operacionais Gerenciar recursos é garantir a utilização compartilhada do recurso sem que ocorram erros que possam gerar instabilidade ou falha no sistema. Na visão do usuário, o Sistema Operacional fornece: I. Acesso ao sistema; II. Possibilidade de criar e gerir arquivos e diretórios; III. Ambiente para execução de programas; IV. Acesso aos dispositivos de E/S; V. Acesso ao conteúdo de arquivos; VI. Detecção de erros.
  8. 8. Classificação de Sistemas Operacionais A classificação é utilizada como uma forma sintética de apresentar, em poucas palavras, as características de um Sistema Operacional. Sistemas Monotarefa x Sistemas Multitarefa Sistemas Monousuário x Sistemas Multiusuário Sistemas Monoprocessados x Sistemas Multiprocessados
  9. 9. Classificação de Sistemas Operacionais Definem a capacidade de gerenciar mais de uma tarefa ao mesmo tempo. Monotarefa: Admite e gerencia apenas uma tarefa em execução por vez. Exemplo: DOS. Multitarefa: Admite e gerencia várias tarefas em processamento concorrente. Exemplo: Windows XP, Windows 7, Linux, MacOS. Sistemas Monotarefa x Sistemas Multitarefa
  10. 10. Classificação de Sistemas Operacionais Executa Espera Executa Espera Monotarefa Executa Espera Executa Espera Espera Executa Espera Executa Multitarefa Programa A Programa B
  11. 11. Classificação de Sistemas Operacionais Definem a capacidade de gerenciar mais de um usuário ao mesmo tempo, compartilhando os mesmo recursos de software e hardware. Monousuário: Admite e gerencia apenas um usuário – não permite que mais de um usuário esteja "logado" simultaneamente. Exemplo: Windows XP, Windows NT (exceto versão com Terminal Server). Multiusuário: Admite e gerencia vários usuários – permite que mais de um usuário esteja "logado" simultaneamente. Exemplo: Linux, VMS. Sistemas Monousuário x Sistemas Multiusuário
  12. 12. Classificação de Sistemas Operacionais Atenção: Todo Sistema Operacional Multiusuário é, obrigatoriamente, Multitarefa, pois cada usuário representa, no mínimo, uma tarefa para ser executada.
  13. 13. Classificação de Sistemas Operacionais Possuem a capacidade de reconhecer e gerenciar computadores com mais de um processador. Monoprocessado: Somente reconhece e utiliza um processador. Exemplo: Windows 98. Multiprocessado: Reconhece e utiliza mais de um processador. Exemplo: Windows XP, Windows 7, Linux. Sistemas Monoprocessados x Sistemas Multiprocessados
  14. 14. Classificação de Sistemas Operacionais Sistemas em Tempo Real Sistemas que possuem um forte vínculo com o tempo. O resultado só é considerado correto se a execução acontecer no tempo previsto. O sistema deve garantir que uma tarefa possua todos os recursos necessários para sua execução em um intervalo de tempo pré-definido. Outros sistemas com finalidades específicas Atenção: Não se trata de velocidade de processamento, e sim de garantia de tempo de resposta.
  15. 15. Classificação de Sistemas Operacionais Sistemas Embarcados Sistemas inseridos em produtos com funções específicas, como telefones celulares. Outros sistemas com finalidades específicas Atenção: Nem todo dispositivo eletrônico possui um microcontrolador, e nem todo aparelho com microcontrolador possui um Sistema Operacional.
  16. 16. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos Um velho conhecido pelos usuários de microcomputadores é a famosa "tela azul". Quem já utilizou sistemas operacionais antigos, como o Windows 95, certamente já se deparou com este problema. A "tela azul" era de fato uma violação de acesso que tornava o sistema instável.
  17. 17. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos A partir do 80386, esse problema foi solucionado em termos de hardware através da possibilidade de 2 modos de execução: o modo protegido e o modo real. Ficava a cargo do sistema operacional a comutação entre esses dois modos por questões de compatibilidade. A instabilidade evidenciada pela "tela azul" tem razões históricas. Os primeiros processadores da linha x86 possuíam um único modo de operação: o modo real. Dessa forma, todas as operações poderiam ser executadas diretamente pelas aplicações que, ao produzir erros, geravam panes no sistema.
  18. 18. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos As aplicações são executadas em modo usuário, ou seja, modo que não possui privilégios para operações que coloquem o sistema em risco, tais como, escrever no disco, criar novas tarefas, etc. Quando essas aplicações precisam executar tarefas críticas, é necessário que haja uma mudança para modo Kernel (núcleo do Sistema Operacional, responsável pelas tarefas críticas do sistema). Essa mudança ocorre através de uma "system call" (chamada ao sistema). Modo Usuário x Modo Kernel System Call (Chamada ao Sistema): Mecanismo responsável pela mudança de modo usuário para modo kernel. Ao invés de executar diretamente funções no kernel, a aplicação executa uma função intermediária, que verifica se o acesso ao kernel é seguro e, só então, completa a operação.
  19. 19. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos Voltando à "tela azul"... As aplicações podiam executar diretamente as funções do kernel sem a proteção da mudança de modo, ou seja, o erro acontecia após a execução de uma função do kernel. Com a mudança de modo, se a execução não for segura, a aplicação será impedida de continuar a execução e o sistema permanecerá estável.
  20. 20. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos Exemplo do Linux de uma chamada ao sistema
  21. 21. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos Exemplo do Linux de uma chamada ao sistema setitimer(ITIMER_VIRTUAL, &timer, NULL); _syscall1(unsigned int, alarm, unsigned int, seconds) _system_cal() unsigned int alarm(unsigned int seconds) Invocação Wrapper Handler Rotina de serviço Mudança de Modo
  22. 22. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos Os sistemas são classificados em relação às atribuições do kernel e a relação entre seus módulos em monolíticos, camadas e microkernel. Os sistemas modernos são divididos em dois grandes grupos:  Arquitetura monolítica;  Microkernel. A diferença entre elas está nas atribuições do núcleo do Sistema Operacional, denominado KERNEL. Tipos de Estrutura
  23. 23. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos Essa característica é muito importante no projeto de um Sistema Operacional e foi alvo de discussão entre dois grandes nomes da computação: Andrew Tanenbaum e Linus Torvalds. De um lado, Torvalds defendia um kernel monolítico por ser mais rápido e, de outro, Tanenbaum defendia o microkernel pela elegância e facilidade de adaptação e substituição de módulos. Quem ganhou? Os dois. Link: http://oreilly.com/catalog/opensources/book/appa.html Tipos de Estrutura
  24. 24. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos Todo o kernel é compilado e "linkado" em um único bloco, tornando o código eficiente, porém de difícil manutenção. A inclusão ou exclusão de um módulo requer que todo o kernel seja recriado. Arquitetura Monolítica Nota: O kernel do Linux incorporou características modulares.
  25. 25. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos Arquitetura Monolítica
  26. 26. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos Somente as funções críticas fazem realmente parte do kernel. Demais funções são tratadas como tarefas e executam em modo usuário, fazendo chamadas ao kernel quando necessário. Essa arquitetura simplifica a manutenção, inclusão e exclusão de módulos do Sistema Operacional, não sendo necessário gerar um novo kernel a cada modificação e nem mesmo reiniciar o computador para ativação e desativação do módulo. Arquitetura Microkernel
  27. 27. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos Arquitetura Microkernel
  28. 28. Interrupções São sinais de hardware fundamentais para a existência de sistemas multitarefa, pois provocam a suspensão da tarefa em execução pela ocorrência de um evento externo, permitindo que outras tarefas compartilhem o tempo de uso do processador. ATENÇÃO: Neste caso, o que está sendo compartilhado é o TEMPO DE USO do processador e NÃO o processador em si. Cada tarefa utiliza 100% do processador.
  29. 29. Interrupções Parte do mecanismo é executada pelo hardware (identificação do dispositivo, empilhamento dos registradores de sistema) e parte é feita por software através da Rotina de Tratamento da Interrupção (interrupt handler).
  30. 30. Interrupções As interrupções são geradas por dispositivos de hardware e podem ocorrer de forma síncrona ou assíncrona. Relógio (temporizador)  síncrona Dispositivos de E/S (sinalização de conclusão)  assíncrona Falha de hardware (paridade de memória, erro de disco, etc.)  assíncrona
  31. 31. Interrupções O termo interrupção é muitas vezes utilizado para qualquer atividade que suspenda a execução de uma tarefa, mesmo que seja solicitada pelo próprio programa. Utilizaremos, para este fim, o termo "estado de exceção". Estados de exceção: são provocados pela própria aplicação. Estouro aritmético; Divisão por zero; Instrução ilegal; Acesso não permitido; Chamadas ao sistema.
  32. 32. Interrupções ATENÇÃO: Mascaramento de interrupções: Capacidade de inibir a ação de uma interrupção. As interrupções de segurança não podem ser mascaradas.
  33. 33. Interrupções As interrupções podem acontecer de forma sequencial ou em cascata. Tipos de Interrupções
  34. 34. Interrupções Uma interrupção só poderá ser atendida se nenhuma outra estiver em atendimento.  A Rotina de Serviço desabilita as interrupções;  Uma nova interrupção só é tratada após o retorno;  A interrupção pode demorar a ser tratada, o que pode eventualmente ocasionar uma perda de dados;  Finalizada a Rotina de Serviço de Interrupção, o processador verifica por interrupções adicionais. Interrupção Sequencial
  35. 35. Interrupções Interrupção Sequencial
  36. 36. Interrupções Uma interrupção pode interromper a ação de uma rotina de tratamento de outra interrupção.  Interrupções têm prioridade;  Interrupções com alta prioridade interrompem Rotinas de Serviço de Interrupções de menor prioridade. Interrupção em Cascata
  37. 37. Interrupções Interrupção em Cascata
  38. 38. Concorrência Compartilhar recursos significa que diferentes usuários ou programas usam os recursos de forma concorrente. Os recursos são limitados e, assim, o uso dos mesmos pelos diferentes programas ou usuários precisa ser controlado e administrado de forma a evitar possíveis conflitos ou uma alocação por tempo indeterminado de algum recurso.
  39. 39. Concorrência Concorrência é a capacidade de execução concorrente de tarefas, permitindo um melhor aproveitamento de recursos. Uma tarefa pode deixar a CPU por vontade própria, quando precisa aguardar por um recurso, ou por uma interrupção. Em particular, uma interrupção de temporizador provoca a substituição da tarefa em execução, criando uma alternância entre as tarefas.
  40. 40. Concorrência ATENÇÃO: A alternância entre as tarefas pode dar a impressão de execução simultânea de tarefas, mas não é o que ocorre.
  41. 41. Introdução a Sistemas Operacionais EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO
  42. 42. Exercícios de Fixação 1. São funções do Sistema Operacional: a) Gerenciar recursos de hardware e fornecer um aplicativo para navegação na Internet. b) Gerenciar recursos de hardware e interface com o usuário. c) Interface com o usuário e correção ortográfica. d) Gerenciar recursos de software e interromper uma tarefa em execução.
  43. 43. Exercícios de Fixação 1. São funções do Sistema Operacional: a) Gerenciar recursos de hardware e fornecer um aplicativo para navegação na Internet. b) Gerenciar recursos de hardware e interface com o usuário. c) Interface com o usuário e correção ortográfica. d) Gerenciar recursos de software e interromper uma tarefa em execução.
  44. 44. Exercícios de Fixação 2. Para que uma aplicação execute instruções privilegiadas deverá executar um(a): a) Arquivo específico para gerenciamento de hardware. b) Interrupção de hardware. c) Solicitação ao administrador do sistema. d) Chamada ao sistema.
  45. 45. Exercícios de Fixação 2. Para que uma aplicação execute instruções privilegiadas deverá executar um(a): a) Arquivo específico para gerenciamento de hardware. b) Interrupção de hardware. c) Solicitação ao administrador do sistema. d) Chamada ao sistema.
  46. 46. Exercícios de Fixação 3. O uso de interrupções permite a utilização de: a) Sistemas concorrentes. b) Comunicação de dados. c) Dispositivos de hardware como, teclado e mouse. d) Bibliotecas de software
  47. 47. Exercícios de Fixação 3. O uso de interrupções permite a utilização de: a) Sistemas concorrentes. b) Comunicação de dados. c) Dispositivos de hardware como, teclado e mouse. d) Bibliotecas de software
  48. 48. Introdução a Sistemas Operacionais OBRIGADO!

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