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Curso de Sistemas OperacionaisPetrópolis 30 de Agosto de 2008

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Sistemas OperacionaisSistemas OperacionaisUnidade I – IntroduçãoUnidade I – Introdução

http://www.lncc.br/~lrodrigohttp://www.lncc.br/~lrodrigo

Professor: Luís Rodrigo – [email protected]: Luís Rodrigo – [email protected]


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Unidade I: IntroduçãoUnidade I: Introdução

✔ O que é um sistema operacional

✔ Evolução Histórica dos Sistemas Operacinais

✔ Conceitos Fundamentais de Sistemas Operacionais

✔ Estrutura dos Sistemas Operacionais


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IntroduçãoIntrodução

O que é um sistema operacionalO que é um sistema operacional✔ ..


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Evolução HistóricaEvolução Histórica

De 1945 aos dias atuais De 1945 aos dias atuais

✔ Primeira Fase – 1945 à 1955Primeira Fase – 1945 à 1955✔ Computadores baseados em Computadores baseados em válvulasválvulas;;

✔ AusênciaAusência de sistema operacional de sistema operacional

✔ Programação feita por Programação feita por painéispainéis

✔ SemSem uso de linguagens de programação. uso de linguagens de programação.

✔ Surgimento do: Surgimento do: ENIACENIAC (militar) e (militar) e UNIVAC IUNIVAC I (comercial); (comercial);


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✔ Segunda Fase – 1956 à 1965Segunda Fase – 1956 à 1965✔ Criação do Criação do transistortransistor

✔ Memórias magnéticasMemórias magnéticas

✔ Surgimento das Surgimento das primeiras Linguagensprimeiras Linguagens de Programação de Programação

(Assembly e Fortran) (Assembly e Fortran)

✔ Processamento Processamento batchbatch (em lote) (em lote)

✔ Computadores 7094 da IBMComputadores 7094 da IBM


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De 1945 aos dias atuaisDe 1945 aos dias atuais

✔ Terceira Fase – 1966 à 1980Terceira Fase – 1966 à 1980✔ Diminuição do Diminuição do tamanhotamanho e do e do custocusto

✔ Circuitos integrados (Circuitos integrados (CIsCIs) e microprocessadores) e microprocessadores

✔ Evolução dos processadores de Evolução dos processadores de E/SE/S, ,

✔ Compartilhamento da Compartilhamento da memóriamemória e do e do processadorprocessador

✔ Surgimento da Surgimento da multiprogramaçãomultiprogramação;;

✔ Substituição das Substituição das fitasfitas por por discosdiscos magnéticos magnéticos

✔ Em 1969 surge o Em 1969 surge o UNIXUNIX. .


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✔ Quarta Fase – 1981 à 1990Quarta Fase – 1981 à 1990✔ MiniaturizaçãoMiniaturização dos computadores dos computadores

✔ Surgimento dos microcomputadores pessoais (Surgimento dos microcomputadores pessoais (PCsPCs))

✔ Surgimento do Surgimento do D.O.S.D.O.S. (Disk Operating System) (Disk Operating System)

✔ Sistemas Sistemas multiusuáriomultiusuário e e multitarefamultitarefa - exec. - exec. concorrenteconcorrente

✔ Equipamentos com Equipamentos com múltiplos processadoresmúltiplos processadores

✔ Difusão das Difusão das redesredes de computadores de computadores

✔ Surgimento dos Sistemas Operacionais de rede. Surgimento dos Sistemas Operacionais de rede.


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✔Quinta Fase – 1991 aos dias atuaisQuinta Fase – 1991 aos dias atuais✔ Grandes Grandes avançosavanços de hardware (microeletrônica), software e de hardware (microeletrônica), software e

telecomunicaçõestelecomunicações

✔ Processamento Processamento distribuídodistribuído em sistemas operacionais; em sistemas operacionais;

✔ Novas Novas interfacesinterfaces homem/máquina homem/máquina

✔ Linguagens Linguagens naturaisnaturais, sons e imagens;, sons e imagens;

✔ Sistemas multimídia, bancos de dados distribuídos e Sistemas multimídia, bancos de dados distribuídos e

inteligência artificial. inteligência artificial.

✔ Segurança da InformaçãoSegurança da Informação


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Classificação dos SistemasClassificação dos Sistemas

Diagrama com as principais classificaçõesDiagrama com as principais classificações


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Quanto ao número de usuários que utilizam o sistema Quanto ao número de usuários que utilizam o sistema ✔ monousuáriomonousuário – apenas – apenas um e sóum e só um usuário utiliza o sistema. um usuário utiliza o sistema.

✔ Ex.: DOS, Window95 e Windows NT.Ex.: DOS, Window95 e Windows NT.

✔ multiusuáriomultiusuário – permite o uso da máquina por – permite o uso da máquina por váriosvários usuários usuários

ao mesmo tempo, ou seja, cada usuário pode executar um ou ao mesmo tempo, ou seja, cada usuário pode executar um ou

mais programas simultaneamente. mais programas simultaneamente.

✔ Ex.: Unix e o OpenVMS. Ex.: Unix e o OpenVMS.


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Quanto aQuanto a forma como os programas são executados forma como os programas são executados✔ Monoprogramados/Monotarefas: Monoprogramados/Monotarefas:

✔ Implementação Implementação SimplesSimples

✔ Poucos problemas de proteçãoPoucos problemas de proteção

✔ Considera-se o Considera-se o DOSDOS como um um sistema como um um sistema monoprogramadomonoprogramado especial, especial, visto o suporte aos programas visto o suporte aos programas TSRTSR (Terminate and Stay Resident) têm a (Terminate and Stay Resident) têm a capacidade capacidade guardar o contextoguardar o contexto do que estava sendo executado, ou seja, do que estava sendo executado, ou seja, pode haver um número arbitrário de processos na memória, mas somente pode haver um número arbitrário de processos na memória, mas somente um deles pode estar ativoum deles pode estar ativo. .


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Quanto a forma como os programas são executadosQuanto a forma como os programas são executados

✔Multiprogramados/Multitarefas:Multiprogramados/Multitarefas:

✔ RecursosRecursos alocados de modo dinâmico alocados de modo dinâmico

✔ Definição do Definição do nível de prioridadenível de prioridade ou o estágio de execução ou o estágio de execução

✔ Gerência do Gerência do acesso concorrenteacesso concorrente de forma de forma ordenadaordenada e e

protegidaprotegida

✔ AumentoAumento a produtividade e a produtividade e reduzirreduzir os custos os custos

✔ EnquantoEnquanto um programa um programa esperaespera por uma operação de leitura por uma operação de leitura

ou gravação em disco, ou gravação em disco, outrosoutros programas programas podem estar podem estar

sendo processadossendo processados no mesmo intervalo de tempo. no mesmo intervalo de tempo.


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Quanto Quanto a forma como os programas são executadosa forma como os programas são executados✔ Multiprogramados/Multitarefas:Multiprogramados/Multitarefas:

✔ São mais São mais complexoscomplexos e eficientes e eficientes

✔ Classificados pela forma com que suas aplicações são Classificados pela forma com que suas aplicações são

gerenciadas/interaçãogerenciadas/interação com os usuários com os usuários

✔ BATCH (LOTE)BATCH (LOTE) - Os programas são armazenados em - Os programas são armazenados em

disco ou fitadisco ou fita, onde , onde esperamesperam para serem ‘atendidos’. para serem ‘atendidos’.

Normalmente, os programas (jobs ou tarefas) que são Normalmente, os programas (jobs ou tarefas) que são

executados nesses sistemas executados nesses sistemas não exigem interaçãonão exigem interação com os com os

usuários (por exemplo, compilações e linkedições); usuários (por exemplo, compilações e linkedições);


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Quanto a Quanto a forma como os programas são executadosforma como os programas são executados✔ TIME-SHARINGTIME-SHARING (TEMPO-COMPARTILHADO) – S.O. aloca (TEMPO-COMPARTILHADO) – S.O. aloca

uma uma ‘fatia de tempo’ (time-slice)‘fatia de tempo’ (time-slice) do processador para cada do processador para cada

processo. Caso o programa não esteja concluído nesse processo. Caso o programa não esteja concluído nesse

intervalo de tempo, ele é intervalo de tempo, ele é substituídosubstituído por outro usuário. por outro usuário.

✔ REAL-TIMEREAL-TIME (TEMPO-REAL) - Semelhante ao time-sharing, (TEMPO-REAL) - Semelhante ao time-sharing,

sendo a maior diferença o sendo a maior diferença o tempo de respostatempo de resposta exigido na exigido na

execução. Nos sistemas de tempo real os tempos de execução. Nos sistemas de tempo real os tempos de

resposta devem estar dentro de resposta devem estar dentro de limites rígidoslimites rígidos. .


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Quanto ao Quanto ao número de processadores número de processadores✔ monoprocessadosmonoprocessados - possui - possui um único processadorum único processador, sendo , sendo

este controlado pelo sistema operacional instalado. este controlado pelo sistema operacional instalado.

✔ Ex.: Microcomputador PC com Windows 98Ex.: Microcomputador PC com Windows 98

✔ multiprocessadomultiprocessado - possuir - possuir mais de um processadormais de um processador, sendo , sendo

que estes podem compartilhar o mesmo sistema operacional, que estes podem compartilhar o mesmo sistema operacional,

ou podem possuir o seu próprio sistema.ou podem possuir o seu próprio sistema.


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MultiprocessadoMultiprocessado✔ Vários programas Vários programas executados ao mesmoexecutados ao mesmo tempo ou ... tempo ou ...

✔ Dividido em subprogramas Dividido em subprogramas comcom execução simultânea execução simultânea

✔ AumentaAumenta a capacidade computacional com menor custo a capacidade computacional com menor custo

✔ Permite a reconfiguração e o balanceamento do sistema.Permite a reconfiguração e o balanceamento do sistema.

✔ ReconfiguraçãoReconfiguração - sistema - sistema continua a operarcontinua a operar, mesmo se , mesmo se

um dos processadores um dos processadores falhafalha

✔ BalanceamentoBalanceamento - distribuir a carga de processamento entre - distribuir a carga de processamento entre

os diversos sistemas , melhorando o desempenho como um os diversos sistemas , melhorando o desempenho como um

todo.todo.


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MultiprocessadoMultiprocessado✔ Mesmos conceitos de Mesmos conceitos de multiprogramaçãomultiprogramação, só que aplicados à , só que aplicados à

vários processadoresvários processadores. .

✔ Novos problemas:Novos problemas:

✔ Acesso Acesso as mesmas áreas de memóriaas mesmas áreas de memória

✔ InterligaçãoInterligação eficiente dos processadores, memória e eficiente dos processadores, memória e

periféricos.periféricos.

✔ Um S.O. para múltiplos processadores deve conhece a fUm S.O. para múltiplos processadores deve conhece a forma orma

de comunicaçãode comunicação entre esses processadores e o entre esses processadores e o grau de grau de

compartilhamentocompartilhamento da memória principal e dos dispositivos de E/ da memória principal e dos dispositivos de E/

S.S.


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Classificação dos sistemas multiprocessadosClassificação dos sistemas multiprocessados

✔ Fortemente Acoplados:Fortemente Acoplados:✔ 2 ou +2 ou + processadores (multiprocessadores) processadores (multiprocessadores) compartilhandocompartilhando

uma uma única memóriaúnica memória e um único e um único sistema operacionalsistema operacional..

✔ Divididos conforme a simetria entre os processadores, ou seja, Divididos conforme a simetria entre os processadores, ou seja,

se todos os processadores executam as mesmas tarefasse todos os processadores executam as mesmas tarefas


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Classificação dos sistemas multiprocessadosClassificação dos sistemas multiprocessados

✔ Fracamente Acoplados:Fracamente Acoplados:✔ 2 ou +2 ou + processadores (multicomputadores), conectados processadores (multicomputadores), conectados

através de linhas de comunicação, através de linhas de comunicação,

✔ Em cada um desses sistemas Em cada um desses sistemas funcionafunciona de forma de forma

independenteindependente

✔ SSeu(s) eu(s) próprio(s)próprio(s) processador(es), memória principal e processador(es), memória principal e

dispositivos de E/S.dispositivos de E/S.


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Sistemas Fortemente AcopladosSistemas Fortemente Acoplados✔ Sistemas Assimétricos ou mestre/escravo:Sistemas Assimétricos ou mestre/escravo:

✔ somente somente um processadoum processador (mestre) pode executar r (mestre) pode executar serviços serviços

do sistemado sistema operacional, como realizar operações de E/S. operacional, como realizar operações de E/S.

✔ Sempre que um processador do tipo escravo precisar realizar Sempre que um processador do tipo escravo precisar realizar

uma operação de E/S, terá que requisitar o serviço ao uma operação de E/S, terá que requisitar o serviço ao

processador mestre. processador mestre.


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Sistemas Fortemente AcopladosSistemas Fortemente Acoplados✔ Sistemas Simétricos (SMP – Simmetric MultiProcessing):Sistemas Simétricos (SMP – Simmetric MultiProcessing):

✔ todos os processadores realizam as todos os processadores realizam as mesmas funçõesmesmas funções

✔ ficando a cargo de um único processador algumas poucas ficando a cargo de um único processador algumas poucas

funções, como, por exemplo, a inicialização (boot). funções, como, por exemplo, a inicialização (boot).

Ex.:Ex.: microcomputadores PC com vários processadores que microcomputadores PC com vários processadores que

servem de servidores de redes departamentais com sistema servem de servidores de redes departamentais com sistema

operacional Windows NT, que implementa SMP; operacional Windows NT, que implementa SMP;


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Sistemas Fracamente Acoplados:Sistemas Fracamente Acoplados:✔ Sistemas Operacionais de Redes:Sistemas Operacionais de Redes:

✔ O nó possui seu O nó possui seu próprio SOpróprio SO, além de hardware e software , além de hardware e software

que possibilitam ao sistema ter acesso o outros nós da rede. que possibilitam ao sistema ter acesso o outros nós da rede.

✔ TotalmenteTotalmente independente independente, podendo possuir S.O.s , podendo possuir S.O.s diferentesdiferentes..

✔ Prover o Prover o compartilhamentocompartilhamento de recursos e de recursos e trocatroca de de

informações. informações.

✔ Permitem: (i) cópia de arquivos, (ii) impressão, (iii) gerência Permitem: (i) cópia de arquivos, (ii) impressão, (iii) gerência

remotas, (iv) serviços de correio eletrônico, (v) emulação de remotas, (iv) serviços de correio eletrônico, (v) emulação de

terminais e etc.terminais e etc.


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Sistemas Fracamente Acoplados:Sistemas Fracamente Acoplados:

✔ Sistemas Operacionais Distribuídos:Sistemas Operacionais Distribuídos:

✔ Possui seu Possui seu própriopróprio S.O., memória principal, processador e S.O., memória principal, processador e

dispositivos de E/S. dispositivos de E/S.

✔ Existe um Existe um “relacionamento” mais forte“relacionamento” mais forte entre esses nós entre esses nós

✔ Geralmente, possuem o Geralmente, possuem o mesmomesmo SO. SO.

✔ Computadores é “visto” como Computadores é “visto” como um únicoum único sistema. sistema.

✔ Possibilidade do Possibilidade do balanceamento balanceamento de cargade carga

✔ CompartilhamentoCompartilhamento de recursos independentemente do de recursos independentemente do

computador em que a aplicação estiver sendo executado computador em que a aplicação estiver sendo executado

((ClusterCluster))


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Conceitos Fundamentais de S.O.Conceitos Fundamentais de S.O.

Implementação multitarefaImplementação multitarefa✔ Visa prover: (I) o Visa prover: (I) o ganho na utilizaçãoganho na utilização do processador, do processador,

memória, periféricos e (ii) memória, periféricos e (ii) reduçãoredução do no tempo de reposta. do no tempo de reposta.

✔ Resulta em Resulta em maior complexidademaior complexidade do sistema operacional. do sistema operacional.

✔ São necessários alguns controles que:São necessários alguns controles que:

(1)(1) programas sejam executados de programas sejam executados de forma ordenadaforma ordenada

(2)(2) sem a ocorrencia da sem a ocorrencia da invasãoinvasão a área dos outros a área dos outros

(3)(3) O programa volta a executar do ponto onde parou O programa volta a executar do ponto onde parou


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Implementação multitarefaImplementação multitarefa


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Um S.O. por default busca:Um S.O. por default busca:

1)1) Otimizar a Otimizar a utilização da CPUutilização da CPU – o processador deve – o processador deve

permanecer a maior parte do seu tempo ocupado.permanecer a maior parte do seu tempo ocupado.

2)2) Aumentar o Aumentar o throughputthroughput

3)3) Diminuir os tempos de Diminuir os tempos de turnaroundturnaround dos processos dos processos

4)4) Tornar razoável o Tornar razoável o tempo de resposta tempo de resposta


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Reentrância:Reentrância:✔ Capacidade de um Capacidade de um códigocódigo de programa ser de programa ser compartilhadocompartilhado

✔ Exigindo apenas Exigindo apenas uma cópiauma cópia do programa na memória. do programa na memória.

✔ O O não pode ser modificadonão pode ser modificado enquanto estiver em execução. enquanto estiver em execução.

✔ Pode estar executando um Pode estar executando um ponto diferenteponto diferente e manipulando e manipulando

sua sua própria área de dadosprópria área de dados. .


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Estruturas dos Sistemas Operacionais:Estruturas dos Sistemas Operacionais:✔ Criar um sistema tão grande e complexo somente Criar um sistema tão grande e complexo somente dividindodividindo--

o em pequenas partes. o em pequenas partes.

✔ Cada parte deve ser uma porção Cada parte deve ser uma porção bem delineadabem delineada do sistema, do sistema,

com com entradas, saídas e funçõesentradas, saídas e funções, cuidadosamente definidas. , cuidadosamente definidas.

✔ Logicamente, nem todos os sistemas têm a mesma Logicamente, nem todos os sistemas têm a mesma

estrutura, ou seja, não apresentam a mesma forma de estrutura, ou seja, não apresentam a mesma forma de

ligação entre as partes. ligação entre as partes.


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Estruturas dos Sistemas Operacionais:Estruturas dos Sistemas Operacionais:✔ S.O.s modernos geralmente possuem as seguintes partes:S.O.s modernos geralmente possuem as seguintes partes:

1)1) Gerenciamento de ProcessosGerenciamento de Processos

2)2) Gerenciamento de Entrada/SaídaGerenciamento de Entrada/Saída

3)3) Gerenciamento de ArquivosGerenciamento de Arquivos

4)4) Gerenciamento da Memória PrincipalGerenciamento da Memória Principal

5)5) Gerenciamento de Memória SecundáriaGerenciamento de Memória Secundária

6)6) Proteção do Sistema - SegurançaProteção do Sistema - Segurança

7)7) Networking/Rede Networking/Rede

8)8) Interpretador de Comandos (Texto/Gráfico)Interpretador de Comandos (Texto/Gráfico)


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System Calls:System Calls:✔ Fornecem a Fornecem a interfaceinterface entre os processos e o sistema entre os processos e o sistema

operacional. operacional.

✔ Geralmente disponíveis como instruções da linguagem Geralmente disponíveis como instruções da linguagem

AssemblyAssembly


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System Calls - Tipos:System Calls - Tipos:✔ Controle de processosControle de processos (end, abort, load, execute, create, (end, abort, load, execute, create,

terminate, wait event, signal event, set attributes);terminate, wait event, signal event, set attributes);

✔ Manipulação de arquivosManipulação de arquivos (create, delete, open, close, read, (create, delete, open, close, read,

write, set attributes)write, set attributes)

✔ Manipulação de dispositivosManipulação de dispositivos (request, release, read, write, (request, release, read, write,

logically attach or detach);logically attach or detach);

✔ Manutenção de informaçãoManutenção de informação (get and set time or date, get (get and set time or date, get

and set process or file);and set process or file);

✔ ComunicaçãoComunicação (create and delete communication connection, (create and delete communication connection,

send and receive messages) send and receive messages)


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System Calls – Modos de Acesso:System Calls – Modos de Acesso:✔ Garantir a Garantir a integridadeintegridade do sistema os dispositivos do sistema os dispositivos

✔ Níveis de severidadeNíveis de severidade::

✔ PrivilegiadasPrivilegiadas : podem comprometer a estabilidade do : podem comprometer a estabilidade do

sistema;sistema;

✔ Não-privilegiadasNão-privilegiadas : não oferecem risco ao sistema. : não oferecem risco ao sistema.

✔ Modos de acessoModos de acesso::

✔ Modo usuárioModo usuário : as instruções não-privilegiadas; : as instruções não-privilegiadas;

✔ Modo kernel ou supervisorModo kernel ou supervisor: todo conjunto de instruções : todo conjunto de instruções

pode ser executado.pode ser executado.


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System Calls – Modos de Acesso:System Calls – Modos de Acesso:✔ O O SOSO executa em executa em modo kernelmodo kernel, protegendo o hardware do , protegendo o hardware do

usuário, usuário,

✔ Outros Outros programasprogramas (editores, compiladores) executam em (editores, compiladores) executam em

modo usuáriomodo usuário. .

✔ As As system callssystem calls controlam to controlam to tipo de acessotipo de acesso ao sistema; ao sistema;

✔ Caso o programa tente executar uma instrução privilegiada, Caso o programa tente executar uma instrução privilegiada,

sem o processador estar em modo kernel, uma sem o processador estar em modo kernel, uma exceçãoexceção é é

gerada e o programa encerrado. gerada e o programa encerrado.


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Organização da Estrutura Interna:Organização da Estrutura Interna:✔ Estrutura SimplesEstrutura Simples::

✔ Fornecer o máximo de funcionalidade no menor espaçoFornecer o máximo de funcionalidade no menor espaço

✔ Limitado pelo hardwareLimitado pelo hardware no qual era executado no qual era executado


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Organização da Estrutura Interna:Organização da Estrutura Interna:✔ Estrutura em CamadasEstrutura em Camadas::

✔ ModularizaçãoModularização do Sistema Operacional do Sistema Operacional

✔ DividirDividir o S.O. em um número de o S.O. em um número de camadas hierarquicascamadas hierarquicas

✔ Módulos da camada N Módulos da camada N fornece serviçosfornece serviços camadas camadas

superiores; superiores;

✔ Cada camada é implementada usando somente aquelas Cada camada é implementada usando somente aquelas

operações fornecidas pelas camadas de mais baixo nível. operações fornecidas pelas camadas de mais baixo nível.


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Organização da Estrutura Interna:Organização da Estrutura Interna:✔ Estrutura em camadasEstrutura em camadas: :


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Organização da Estrutura InternaOrganização da Estrutura Interna✔ Estrutura MicrokernelEstrutura Microkernel::

✔ RetiraRetira todos os componentes não-essenciais do kernel e os todos os componentes não-essenciais do kernel e os

implementa como implementa como programas de sistema - Daemonsprogramas de sistema - Daemons

✔ Kernel passa a ser responsável pela comunicação entre Kernel passa a ser responsável pela comunicação entre

processos e pela implementação de operações que seriam processos e pela implementação de operações que seriam

difíceisdifíceis de serem executadas a partir dos processos de serem executadas a partir dos processos

servidores.servidores.

✔ A A maioriamaioria dos serviços passam a ser dos serviços passam a ser prestadosprestados por um por um

conjunto de conjunto de processos servidoresprocessos servidores que seriam executados que seriam executados

em modo usuário.em modo usuário.


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Organização da Estrutura InternaOrganização da Estrutura Interna✔ Estrutura MicrokernelEstrutura Microkernel::


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[email protected]@lncc.brhttp://lrodrigo.lncc.brhttp://lrodrigo.lncc.br

mailto:[email protected]

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