Sistemas-Operacionais - Introdução Historico Conceitos

1. Sistemas
Operacionais
PROF SILVANO OLIVEIRA
prof.silvano.oliveira@gmail.com

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.
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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.
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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.
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5. Introdução
 Sistemas operacionais rodam em diversos tipos
de equipamentos:
 Computadores pessoais;
 Telefones celulares;
 Automóveis;
 Etc.
 Exemplos de sistemas operacionais...
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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...
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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.
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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.
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9. Introdução 9
Programas de sistemas e usuários
Sistema Operacional
Hardware

10. Introdução 10

11. Introdução
Sistema
operacional
Gerência
do
processador
Gerência
de memória
Gerência
de
dispositivos
Gerência
de arquivos
Interface
gráfica
Gerência
de
proteção
Outros
suportes
Suporte de
rede
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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.
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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.
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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.
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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”;
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16. Histórico
 1ª Geração (1945 – 1955)
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• Necessário conhecimento
do funcionamento do
hardware;
• Programação feita através
de linguagem de
máquina;
• Computadores utilizavam
válvulas;
• Inexistência do conceito
de Sistema Operacional.

17. Histórico (1ª Geração) 17
MARK I

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

19. Histórico (2ª Geração) 19
IBM 1401

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)
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• 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

23. Histórico (4ª Geração) 23

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.
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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.
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27. Sistemas Monotarefa 27

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.
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29. Sistemas Multitarefa 29

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.
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31. Sistemas Multitarefa
Sistema
Multitarefa
Monousuário Multiusuário
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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.
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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.
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34. Sistemas Multitarefa
Sistemas
Multitarefas
Batch (lote)
Tempo
compartilhado
Tempo real
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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.
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36. Sistemas Multitarefa - Batch 36

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;
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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.
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39. Sistemas Multitarefa – Tempo Compartilhado
(Time Sharing) - Escalonamento
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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?
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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.
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42. Sistemas Multiprocessadores
Escalabilidade (?);
Disponibilidade (?);
Balanceamento de carga (?).
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43. Sistemas Multiprocessadores
Podem ser classificados em:
Fortemente acoplados
Apenas uma memória compartilhada.
Fracamente acoplados
Cada sistema tem sua própria
memória.
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