SO - Aula 01 - Introducao

Sistemas Operacionais Aula 01. Introdução, funções básicas, histórico, tipos Gabriel Feitosa Vilar

Bibliografia MACHADO, Francisco B.. Arquitetura de sistemas operacionais. TANENBAUM, Andrew S.. Sistemas operacionais modernos. SILBERSCHATZ, Abraham. Sistemas operacionais: conceitos e aplicações. TANENBAUM, Andrew S.. Sistemas operacionais: projeto e implementação. 3ª edição .

Introdução Características do SO Controla o funcionamento do computador Gerencia o uso e o compartilhamento de seus diversos recursos, como processadores, memória e dispositivos de E/S Encapsula os diversos detalhes do hardware, servindo de interface entre o usuário e computador

Funções básicas Facilidade de acesso aos recursos do sistema Cabe ao SO servir de interface entre os usuários e os recursos disponíveis Compartilhamento de recursos de forma organizada e protegida Em sistemas multiusuários, é necessário controlar o uso concorrente desses recursos O compartilhamento permite a redução de custos

Máquina de níveis Nos primeiros computadores, a programação era realizada em painéis através de fios, necessitando um grande conhecimento de hardware Solução: surgimento do SO O computador pode ser visto como uma máquina de níveis ou máquina de camadas, onde inicialmente existem dois níveis: hardware (nível 0) e SO (nível 1) O usuário enxerga apenas o SO, como se o hardware não existisse. Essa visão modular e abstrata é chamada Máquina Virtual

Histórico 1642. Blaise Pascal (primeira máquina de somar) 1673. Leibiniz (máquina de somar e multiplicar) 1822. Babbage (equações polinomiais) 1833. Babbage (máquina analítica) 1854. Boole (álgebra de boole) 1890. Hollerith (perfuração de cartões) 1930. Zuze (Z-1, primeiro computador binário) 1937. Turing (Máquina universal ou de Turing)

Histórico Década de 40 1939. Segunda Guerra Mundial 1943. Turing (Colossus máquina decifradora do Enigma) 1944. Aiken (Mark I, baseada nos trabalhos de Babbage) 1946. Eckert (Eniac, primeiro computador digital e eletrônico, cálculos balísticos e bomba H) Von Neumann (dados e programas armazenados na memória) 1949. Edsac (primeiro computador com programa armazenado Computadores sem interface com usuário

Histórico Década de 50 Surgimento do transistor no final da década de 40 Final de 50, primeiros computadores transistorizados Processamento em lote (batch) Programas ou jobs passaram a ser perfurados em cartões Por meio de uma leitora eram gravados em uma fita de entrada O processamento era gravado em uma fita de saída que ao final era impressa Um conjunto de programas era submetido de uma vez 1953. Primeiro SO criado pela IBM Surgimento das primeiras linguagens de alto nível

Histórico Década de 60 Surgimento dos circuitos integrados Aumento do poder de processamento Inovações Multiprogramação, multiprocessamento, time-sharing, memória virtual Substituição das fitas por discos 1964. IBM lança System/360. Arquitetura escalável. OS/360 1965. DEC lança PDP-8. Computador de pequeno porte e baixo custo 1969. Ken Thompson baseado no MULTICS cria versão que posteriormente viria a ser o UNIX

Histórico Década de 70 Circuitos VLSI Miniaturização e barateamento dos equipamentos 1971. Intel 4004 (4 bits) 1973. Intel 8080 (8 bits) 1976. Apple II (8 bits). Microsoft. Digital Research (CP/M) Arquitetura com mais de um processador Redes distribuídas (Wide Area Network) 1971. Linguagem Pascal 1975. Linguagem C Unix é reescrito em C

Histórico Década de 80 1981. IBM entra no mercado de microcomputadores Primeiro PC. Intel 8088 (16 bits). PC-DOS / MS-DOS (Microsoft) Universidade de Berkeley BSD TCP/IP Redes de computadores Estações de trabalho

Histórico Década de 90 Barateamento do hardware Surgimento da Internet Arquitetura cliente-servidor Sistemas operacionais baseados em interface gráfica Softwares open source Linux, MySQL, Apache, FreeBSD

Histórico Década de 2000 Processamento distribuído Novas interfaces usuário-máquina ...

Tipos de SO Sistemas Monoprogramáveis ou monotarefa Multiprogramáveis ou multitarefa Múltiplos processadores

Sistemas monotarefa Executam um único programa O começo de um programa deve esperar pelo término do antecessor Todos os recursos do sistema estão dedicados a um único usuário, nem sempre usados de forma integral Simples implementação Sem compartilhamento de recursos

Sistemas multitarefa Evolução dos SO monotarefa Recursos compartilhados entre diversos usuários e aplicações Enquanto uma aplicação está esperando uma operação de E/S, outra pode estar sendo processada no mesmo intervalo de tempo Redução do tempo de resposta das aplicações Redução de custos Implementação mais complexa

Sistemas multitarefa Quanto ao número de usuários, podem ser classificados como: Sistemas multitarefa monousuários Computadores pessoais, estações de trabalho, onde há apenas um usuário interagindo com o sistema Sistemas multitarefa multiusuários Ambientes interativos que possibilitam diversos usuários conectados ao sistema simultaneamente

Sistemas multitarefa Quanto a forma de gerenciamento de suas aplicações Sistemas em lote (batch) Sistemas de tempo compartilhado (time-sharing) Sistemas de tempo real

Sistemas multitarefa Sistemas em Lote (batch) Primeiros tipos de SO multiprogramáveis Programas (jobs) Não exige a interação com o usuário Todas as entradas e saídas são feitas com alguma memória secundária (arquivos em disco) Programas de longa duração Cálculos numéricos, ordenações, compilações, backups, etc

Sistemas multitarefa Sistemas de tempo compartilhado (time-sharing) Diversos programas executados que compartilham o tempo do processador em pequenos intervalos, chamados fatia de tempo (time-slice) Caso a fatia de tempo não seja suficiente, o programa é suspenso pelo SO e substitúído por outro, enquanto fica aguardando por uma nova fatia de tempo Normalmente há interação com o usuário Também conhecidos como sistema on-line Tempos baixos de resposta Menor custo

Sistemas multitarefa Sistemas de tempo real Real-time Comportamento parecido com os SO de tempo compartilhado O tempo de processamento deve ocorrer dentro de limites rígidos, que devem ser obedecidos, sob pena de erros irreparáveis Não existe a idéia de fatia de tempo A aplicação usa o processador o tempo necessário, até que outra tarefa mais prioritária apareça A prioridade é definida pela aplicação, não pelo SO Presentes em processos críticos

Sistemas com múltiplos processadores Possuem duas ou mais UCPs interligadas e trabalhando em conjunto Vários programas são executados ao mesmo tempo ou o mesmo parte de um programa sendo executados em processadores distintos Uso intensivo dos processadores

Sistemas com múltiplos processadores Benefícios Escalabilidade Ampliar o poder computacional do sistema apenas adicionando novos processadores Disponibilidade Manter o sistema em operação mesmo em casos de falhas Se um dos processadores falhar, os demais podem assumir suas funções de maneira transparente aos usuários e aplicações, embora com menor capacidade de computação Balanceamento de carga Distribuição do processamento entre os diversos processadores da configuração a partir da carga de trabalho de cada processador

Sistemas com múltiplos processadores Forma de comunicação entre as UCPs e o grau de compartilhamento da memória e dos dispositivos de E/S Sistemas fortemente acoplados Sistemas fracamente acoplados

Sistemas fortemente acoplados Tightly coupled Vários processadores compatilham uma única memória física (shared memory) e dispositivos de E/S Gerenciados por um único SO Também conhecidos como multiprocessadores

Sistemas fortemente acoplados Podem ser divididos SMP (Symmetric multiprocessors) Tempo uniforme de acesso à memória principal pelos diversos processadores NUMA (Non-uniform memory access) Diversos conjuntos reunindo processadores e memória principal, sendo que cada conjunto é conectado aos outros através de uma rede de interconexão O tempo de acesso varia em função da localização física

Sistemas fracamente acoplados Loosely coupled Possuem dois ou mais sistemas computacionais conectados por meio de linhas de comunicação Cada sistema funciona independentemente, podendo possuir seu próprio SO, gerenciando seus próprios recursos Também conhecidos como multicomputadores Cada sistema computacional pode ter mais de um processador

Sistemas fracamentes acoplados De acordo com o grau de integração dos sistemas Sistemas operacionais de rede Permitem o compartilhamento de recursos como uma impressora ou diretório com os demais hosts da rede Sistemas distribuídos O SO esconde os detalhes dos hosts individuais e os trata como um conjunto único Permite que uma aplicação seja dividida em partes e cada parte seja executada por hosts diferentes da rede de computadores Para o usuário e aplicações é como se não existisse a rede de computadores

Sistemas fracamentes acoplados De acordo com o grau de integração dos sistemas Clusters Dois ou mais servidores ligados por uma conexão de alto desempenho O usuário não sabe os nomes dos componentes do cluster, nem sabe quantos são Quando precisa de um serviço, basta solicitar ao cluster para obtê-lo Atualmente, clusters encontram aplicação em bancos de dados, web e serviços que necessitem alta disponiblidade, escalabilidade e balanceamento de carga

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