Sistemas Operacionais e Redes

1) Evolução dos Sistemas Operacionais (SOs)

• Dois tipos de sistemas:

  1. Monoprocessados

  2. Multiprocessados

• Bem no início: programas eram “rodados” como Jobs

• SOs surgem para simplificar a instalação dos programas

• 1^o Progresso: separação entre usuários e equipamentos

• Início do processamento em lotes (batch processing Fig.3.1)

• Fila: sistema de organização de armazenamento (FIFO)

• Linguagem dos ‘jobs’ (JCL - Job Control Language)

• O ‘Operador de Sistema’: um trabalho que não existe mais

• Desvantagem do processamento em lotes: falta de interação

• SOs atuais propiciam processamento interativo (Fig. 3.2)

• 2^o Progresso: SOs com a técnica de tempo partilhado

• ‘Time Sharing’ e os sistemas multiusuários (grandes comp.)

• Em PCs: a técnica é chamada de multitarefa (multitasking)

• Bem mais tarde: redes de computador

• Compartilhamento de dados e recursos entre as máquinas

• Software de controle de rede pode ser visto como um SO

• Software de rede é visto como extensão do campo de SOs

• Rede é um bom exemplo de projeto de multiprocessador

• Principais problemas envolvidos:

  1. balanceamento de carga dos processos

  2. escalação dos processos

2) Arquitetura dos SOs

• Classificação dos tipos de software (Fig.3.3)

• Software aplicativos: programas para o usuário

• Software de sistema: programas para gerenciar o computador e os seus periféricos

• De sistemas:

• Utilitários

• SO

• SO:

• Shell (concha)

• Kernel (núcleo)

• Shell: é a parte do SO que define a interface entre o núcleo do SO e os usuários (Fig.3.4)

• Objetivo: prover uma comunicação entre núcleo e usuários

• As Shells podem ter uma:

  1. interface de texto

  2. interface gráfica (GUI - Graphical User Interface)

• Possibilidade de várias Shells para um mesmo SO

• Questão da padronização das interfaces (SO e aplicativos)

• Kernel: é o núcleo de um SO

• Contém pequenos programas que executam:

  1. as funções básicas para o computador

  2. os acionadores de dispositivos (device drivers)

  3. o gerenciamento da memória principal

  4. o escalador (scheduler) e o despachante (dispatcher)

• Exemplos:

• gerenciador de arquivos em disco

• ‘drivers’ para monitor, impressora, HD, modem, etc

• gerenciador de memória virtual

• gerenciador de processos (escalador e despachante)

• Conceitos básicos para entender as operações de um SO:

  1. início da execução do SO: ‘booting’

  2. um SO é inicializado no computador ao ligarmos

  3. ‘Contador de Instruções’: qual seu endereço inicial?

  4. a memória ROM e o programa ‘bootstrap’ (Fig.3.5)

  5. Diferença entre processador específico e de uso geral

3) Coordenação das Atividades do Computador

Conceito de Processo:

• Distinção entre um programa e a atividade de executá-lo

  1. Programa: conjunto estático de instruções

  2. Sua execução: atividade dinâmica chamada ‘processo’

• Estado do processo: é a situação corrente da atividade

• Compõe o estado do processo:

  1. o valor do contador de instruções

  2. o valor dos outros registradores

  3. as posições associadas de memória (em rel. aos regist.)

  4. o status do processo (pronto ou em espera)

• Um único programa pode estar associado a mais de um processo, em um mesmo momento

• É tarefa essencial do SO coordenar todos os processos

Administração de Processos:

• As tarefas de coordenação de processos são realizadas pelo escalador (scheduler) e pelo despachante (dispatcher)

• Escalador:

  1. mantém registros sobre os processos em andamento

  2. inclui novos processos

  3. remove processos já executados e terminados

  4. mantém na memória uma tabela de processos

• Cada registro da tabela de processos contém dados sobre:

• área da memória usada pelo processo

• prioridade do processo

• estado do processo (registradores, status, etc)

• Despachante:

  1. garante que processos escalados sejam executados

  2. SO c/ tempo partilhado  divisão do tempo em fatias

  3. realiza um ‘revezamento’ entre os processos, de modo que cada um não exceda o tempo de um ‘quantum’

  4. controla o chaveamento de processos

  5. controla e dispara o sinal de interrupção

• Chaveamento de processos: é o procedimento de alternar o processamento de um processo para outro (o revezamento)

• O chaveamento de processos é realizado, a cada vez, por meio de uma ‘interrupção’ (Fig. 3.6)

• O tratamento de interrupção é realizado pelo despachante, a cada vez que este dispara o sinal de interrupção

• Com o sinal de interrupção o ‘Despachante’:

1. bloqueia o processo em andamento

2. retoma o controle das operações do computador

3. permite que o escalador atualize a tabela de processos

4. seleciona o processo com maior prioridade (daqueles que estiverem com o status ‘pronto’)

5. reinicia o temporizador para uma nova fatia de tempo

6. entrega o controle da operação para processo selecionado

7. dispara o sinal de interrupção após o término do quantum

• Característica fundamental de um sistema de tempo compartilhado: “capacidade de interromper um processo para continuá-lo mais tarde”

• Importância de guardar o estado de um processo

Modelo Cliente/Servidor: (Fig. 3.7)

• Diversas unidades do SO  processos independentes

• Eles competem por tempo sob a supervisão do despachante

• Eles se comunicam para coordenar suas atividades

• Exemplos:

  1. Para escalar um novo processo, o escalador solicita informação ao gerenciador de memória

  2. Para acessar um arquivo em disco, um dado processo deve obter informação do gerenciador de arquivos

• Os SOs são projetados usando o modelo Cliente/Servidor

• Vantagem: padronização da comunicação entre as unidades

• Outra vantagem: com a padronização, a comunicação entre as unidades é a mesma, tanto a interna de um computador, como entre diversas máquinas (Fig. 3.8)

4) Tratamento da Competição entre Processos

• Tarefa do SO: distribuição dos recursos entre os processos

• ‘Recursos’ do computador inclui os elementos internos do computador, bem com os seus periféricos

• Solução do tratamento da competição: uso de Semáforo

• Tipos de Semáforos:

  1. Sinalizador (com estados ligado e desligado)

  2. Sinalizador com instruções de habilitação (enable) e de desabilitação (disable)

  3. Sinalizador com instrução de ‘test-and-set’

• Perigo: ocorrência de ‘Deadlock’ (paralisação completa)

• ‘Deadlock’ acontece quando 2 ou mais processos dependem da conclusão do(s) outro(s)

• Análise dos ‘deadlocks’ revela que eles ocorrem quando:

1. Há competição por recursos não compartilháveis

2. Recursos são solicitados de forma parcial

3. Um recurso não pode ser retomado pelo sistema, a não ser que o processo o libere espontaneamente

• Soluções dos ‘deadlocks’: impedir as situações acima

  1. tornar um recurso compartilhável

  2. forçar os recursos serem solicitados totalmente

  3. solução ao superusuário: ‘kill the process’ (matar)