O documento discute o papel dos sistemas operacionais em sistemas distribuídos, abordando como o SO fornece abstrações dos recursos físicos, como processamento, memória e rede. Também descreve os tipos de SO, incluindo centralizado, de rede e distribuído, e como cada um lida com comunicação e compartilhamento de recursos.

1. SISTEMAS
DISTRIBUÍDOS
SUPORTE DO SISTEMA
OPERACIONAL
ARTHUR EMANUEL DE OLIVEIRA
CAROSIA
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2. ROTEIRO
Introdução
Camada do SO
Proteção
Processos e Threads
Custos de Invocação
Arquitetura de SO
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3. ROTEIRO
Introdução
Camada do SO
Proteção
Processos e Threads
Custos de Invocação
Arquitetura de SO
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4. CONTEXTUALIZAÇÃO
Classificação de Sistemas Distribuídos
Arquiteturas de Sistemas Distribuídos
Camada de Middleware
• Modelo Send/ Receive
• RMI e RPC
• Comunicação Indireta
Camada do Sistema Operacional (S.O.)
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5. SISTEMA
OPERACIONAL
“Um sistema operacional é um programa que age como
intermediário entre o usuário do computador e o hardware. O
propósito de um sistema operacional é prover um ambiente no
qual um usuário possa executar programas de forma
conveniente e eficiente.”
SILBERSCHATZ et al. Operating Systems Concept
5

6. SISTEMA
OPERACIONAL
O S.O. provê meios para o uso apropriado dos recursos de
hardware, software e dados durante a operação do sistema
computacional.
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7. SERVIÇOS OFERECIDOS
PELO S.O.
Os S.O.s, em geral, fornecem algumas classes comuns de
serviços:
• Execução de programas:
• carregar um programa na memória e executá-lo
• Operações de E/S;
• envolver um arquivo ou um dispositivo de E/S
• Manipulação de sistemas de arquivos
• ler e escrever em arquivos
• Criar e remover arquivos
• Comunicação
• permitir que um processo troque informações com
outro(s) processo(s)
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8. SERVIÇOS OFERECIDOS
PELO S.O.
• Detecção de Erros
• Alocação de Recursos
• necessário quando há múltiplos usuários ou múltiplos
processos
• Registro de usuários
• manutenção do controle de quais usuários usam quanto e
quais recursos
computacionais
• Proteção
• garantia de que todos os acessos aos recursos do sistema
sejam controlados
pelo S.O.
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9. SISTEMAS
OPERACIONAIS
As funções providas pelo S.O são então estruturadas
em duas categorias:
• Serviços do sistema: funções de alto nível tal como
são vistas pelas aplicações (visão para o usuário de uma
máquina estendida);
• Kernel (núcleo): funções essenciais que são
dependentes da arquitetura sob a qual o S.O vai
executar (visão do administrador do sistema de um
gerenciador de recursos).
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10. SISTEMAS
OPERACIONAIS
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11. ROTEIRO
Introdução
Camada do SO
Proteção
Processos e Threads
Custos de Invocação
Arquitetura de SO
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12. CAMADA DO S.O.
• Sistema Distribuído = Compartilhamento de Recursos.
• Recursos distribuídos em múltiplos nós físicos.
• Aplicativos utilizam middleware para viabilizar a interação
entre recursos.
• Middleware se relaciona com o sistema operacional para
realizar as tarefas que os serviços e aplicativos requisitam.
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13. PAPEL DO S.O.
Prover abstrações dos recursos da camada física
• Processadores
• Memória
• Rede
• Armazenamento (hard-disk, etc)
Exemplos
• Arquivos versus blocos de disco
• Soquetes versus acesso direto à rede
• S.O. gerencia recursos físicos através de interfaces
denominadas “chamadas de sistema”
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14. S.O. CENTRALIZADO
Nessa classe de sistemas operacionais, a comunicação e
compartilhamento de recursos é feita via memória
compartilhada ou interrupções.
Como características principais destaca-se:
• Sistema altamente acoplado, com todos os recursos
compartilhados internamente;
• Comunicação entre processos via memória compartilhada.
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15. S.O. DE REDE
UNIX, Windows, Mac OS, Linux… são sistemas operacionais
de rede
• Possuem acesso a recursos remotos
• Clientes podem executar processos em outros nós
• Cada nó tem controle sobre sua área de memória e
processador
• Cada nó possui uma imagem própria do sistema
• Usuários normalmente estão a par da localização dos
seus arquivos e movem eles através de transferências
explícitas;
• Sistema possui pouco ou nenhum recurso de tolerância a
falhas.
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16. S.O. DISTRIBUÍDO
A implementação de um sistema verdadeiramente
distribuído tem como objetivo a obtenção de um conjunto
de máquinas ligadas em rede que funcionem como um
uniprocessador virtual.
Características
• Única imagem para todos os nós
• Um SO controla todos os nós, seu processamento e
memória.
• O uso de múltiplos processadores deve ser invisível
para o usuário.
• O usuário vê o sistema como um uniprocessador
virtual, não como uma coleção de máquinas distintas
conectadas.
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17. S.O. DISTRIBUÍDO
O SO Distribuído deve:
• Controlar a alocação de recursos da rede para permitir seu
uso no modo mais eficiente.
• Prover ao usuário com um computador virtual
conveniente que serve como um ambiente de
programação de alto nível.
• Esconder a distribuição dos recursos.
• Prover mecanismos para proteção dos recursos do
sistema contra acesso por usuários não autorizados.
• Prover comunicação segura.
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18. S.O. DISTRIBUÍDO
S.O. DE REDE
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19. CARACTERÍSTICAS
DOS S.O.
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20. A CAMADA DO S.O.
Middleware pode ser executado sobre vários hardwares e
sistemas operacionais diferentes
O par SO-Hardware = Plataforma
Responsabilidades do núcleo do SO e dos processos
• Encapsulamento
• Proteção
• Processamento concorrente
• Comunicação
• Escalonamento
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21. A CAMADA DO S.O.
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22. ROTEIRO
Introdução
Camada do SO
Proteção
Processos e Threads
Custos de Invocação
Arquitetura de SO
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23. RESPONSABILIDADE
DO NÚCLEO
Proteção
• Recursos da máquina exigem proteção contra acesso
ilegítimo
• Ameaças
• Código malicioso
• Código bem intencionado, porém mal feito
• Exemplo
• Acesso indevido a arquivos, solução: criptografia
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24. RESPONSABILIDADE
DO NÚCLEO
Proteção
• Código executado com privilégio total sobre os recursos
lógicos e de máquina
• Controla processador, memória, registradores, etc. de
forma que nenhum acesso ocorra de forma diferente do
“aceitável”
• Modo supervisor versus modo usuário
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25. ROTEIRO
Introdução
Camada do SO
Proteção
Processos e Threads
Custos de Invocação
Arquitetura de SO
25

26. PROCESSOS E THREADS
Processo = ambiente de execução com uma ou mais threads
Processo
• Espaço de endereçamento
• Comunicação e sincronização entre threads (semáforos, etc)
• Recursos de alto nível: janelas, arquivos, etc
Ambiente de execução é um domínio de proteção criado pelo
sistema operacional para compartilhamento de recursos entre
várias threads
Ambiente de execução (ou processo) fornece proteção contra
threads que estão fora dele
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27. PROCESSOS E THREADS
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28. ROTEIRO
Introdução
Camada do SO
Proteção
Processos e Threads
Custos de Invocação
Arquitetura de SO
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29. RESPONSABILIDADES
DO NÚCLEO
Comunicação e Invocação
• Invocação
• Realizar chamada de sistema
• Enviar uma mensagem a um objeto
• Chamar procedimento ou método
• Chamar procedimento ou método remoto
• Invocação Remota
• executar uma operação sobre um recurso em um
espaçamento de memória diferente de quem executa o
pedido.
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30. RESPONSABILIDADES
DO NÚCLEO
Comunicação e Invocação
• Cada invocação implica em execução fora do escopo do
procedimento
• Problemas
• Quais primitivas de comunicação são fornecidas pelo SO
• Quais protocolos são suportados pelo SO e qual sua
abertura
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31. COMUNICAÇÃO E
INVOCAÇÃO
Primitivas de Comunicação
• Sistema Amoeba (S.O. distribuído)
• Fornece diretivas como doOperation, getRequest,
sendReply diretamente como parte do núcleo do SO
• UNIX e família Windows
• fornecem maior parte do middleware executando em modo
usuário e não como parte do núcleo.
• Chamadas são realizadas via soquete através de TCP e
UDP
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32. COMUNICAÇÃO E
INVOCAÇÃO
Primitivas de Comunicação
• Vantagens de diretivas no núcleo
• rapidez
• eficiência
• menos operações
• Desvantagens de diretivas no núcleo
• muito complexo para implementar
• inviabiliza portabilidade do middleware
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33. COMUNICAÇÃO E
INVOCAÇÃO
Protocolos e abertura
• SO deve fornecer protocolos padrão para interligação de
recursos através de implementações de middleware em
diferentes plataformas
• Exigido compatibilidade com padrão TCP e UDP
• Protocolos são organizados como pilhas de camadas
• Muitos SO’s permitem que se adicione novos protocolos
dinamicamente
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34. CUSTO DE
INVOCAÇÃO
Desempenho
• Fator crítico em projetos de SD
• Maior abstração
• mais chamadas remotas e trocas de mensagens
• Tempo de invocação não tem diminuído na proporção do
aumento da largura e disponibilidade de rede
• Custo de invocação
• Passagem de parâmetros
• Retorno de valores
• Sincronismo (send/receive bloqueantes)
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35. CUSTO DE
INVOCAÇÃO
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36. CUSTO DE
INVOCAÇÃO
Invocação via Rede
• RPC/RMI nula – chamada/invocação sem parâmetros de
entrada e sem retorno
• Cenário
• Dois processos, dois computadores de 500 MHz, rede de
100 Megabits/s
• RPC/RMI – dura na ordem de décimos de milisegundos
• Uma chamada convencional demora uma fração de
microsegundo
• Grande parte do atraso
• Ações do núcleo do sistema operacional
• Execução do código no objeto remoto
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37. CUSTO DE
INVOCAÇÃO
Invocação via Rede
• Custos de invocação de RPC/RMI nula mede a latência
• Custos aumentam com o tamanho e a quantidade dos
argumentos e resultados
• Cenário de exemplo
• RPC que solicita dados a um servidor
• Um argumento de entrada (numérico)
• Dois argumentos de saída (numérico / array de bytes)
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38. CUSTO DE
INVOCAÇÃO
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39. CUSTO DE
INVOCAÇÃO
Invocação via Rede
• Responsáveis pelo atraso em uma RMI (além da
transmissão)
• Empacotamento
• Cópia de dados
• Entre usuário e núcleo do SO
• Entre cada camada do protocolo
(RPC/TCP/IP/Ethernet)
• Entre a rede e os buffers do SO no destino
• Inicialização de pacotes
• Escalonamento de Threads
• Espera por confirmações
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40. ROTEIRO
Introdução
Camada do SO
Proteção
Processos e Threads
Custos de Invocação
Arquitetura de SO
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41. ARQUITETURAS
DE S.O.
Kernel Monolítico
Os Sistemas Operacionais que possuem Kernels Monolíticos têm
tudo construído neles desde o início. Isso significa que eles
são totalmente auto-suficientes, mas também maiores e um
pouco mais lentos.
• Executam cada serviço básico do sistema espaço do kernel:
• Gerenciamento de memória.
• Manipulação de interrupções e comunicação I/O.
• Sistemas de arquivos.
• Inconvenientes:
• Tamanho do kernel.
• Falta de extensibilidade.
• Manutenibilidade ruim.
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42. ARQUITETURAS
DE S.O.
Microkernel
Microkernels adicionam ganchos para manipulação de módulos
externos. Como resultado, eles são bastante compactos por
si só e são bastante rápidos em funções embutidas.
• Reduzem o kernel a comunicações de processos básicos e
controle de I/O, e deixam os outros serviços de sistemas
situados no user-space em forma de processos.
• Garantem maior flexibilidade.
• Inconvenientes:
• Módulos infectados,Trojan modules, apresentam um grande
risco de segurança
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43. ARQUITETURAS
DE S.O.
Núcleo Monolítico versus Micro-núcleo
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44. SISTEMAS
DISTRIBUÍDOS
SUPORTE DO SISTEMA
OPERACIONAL
ARTHUR EMANUEL DE OLIVEIRA
CAROSIA
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