Visão Geral: Introdução

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Os objetivos desta apresentação são: * Fazer um tour pelos principais conceitos relacionados a sistemas operacionais * Fazer uma revisão rápida sobre conceitos de organização de computadores

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  • 1. Viso Geral: IntroduoSistemas Operacionais IProf. Alexandre Duarte : http://alexandrend.comCentro de Informtica / Universidade Federal da Paraba

2. Objetivos Fazer um tour pelos principais conceitosrelacionados ao sistemas operacionais Fazer uma reviso rpida sobre conceitos deorganiza o de computadores 3. O que um sistema operacional? Um programa que atua como intermedirio entreo usurio de um computador e o hardware Objetivos de um sistema operacional: Executar programas do usurio de forma a ajud-loa resolver seus problemas de forma mais simples Facilitar o uso de um sistema computacional Utilizar o hardware disponvel de forma eficiente 4. Estrutura de um sistema computacional Os sistemas computacionais podem serdivididos em quatro componentes Usurios Aplicativos Sistema Operacional Hardware 5. Definio de sistema operacional No huma defini o universalmente aceita Tudo que o vendedor entrega quanto voccompra um sistema operacional uma boaaproxima o Varia amplamente O programa que estem execu o o tempo todono computador o ncleo Todo o resto so programas de sistema (vm juntocom o SO) ou aplicativos. 6. Definio de sistema operacional SO um a alocador de recursos Gerencia todos os recursos da mquina Decide entre requisi es conflitantes de forma afazer uso eficiente e justo dos recursos SO um programa de controle Controla a execu o dos programas paraprevenir erros e uso indevido do computador 7. Organizao de um sistema computacional Um ou mais CPUs e controladores de dispositivosconectados atravs de um barramento nico que provacesso a uma mem ria compartilhada Execu o concorrente das CPUs e dispositivos competindo porciclos de acesso mem ria 8. Operao de um sistema computacional Dispositivos de E/S e CPU podem executarconcorrentemente Cada controlador de dispositivo possui um buffer local Opera es de E/S so realizadas do dispositivo para obuffer local do seu controlador O controlador de dispositivo informa CPU quandotermina de realizar uma opera o de E/S atravs deuma interrup o O CPU move dados entre a mem ria principal eos buffers locais dos controladores (nemsempre!) 9. Funcionamento das interrupes A ocorrncia de uma interrup o transfere ocontrole para uma rotina de tratamento deinterrup o, preciso salvar o endere o da instru ointerrompida A ocorrncia de novas interrup es fica desabilitadaenquanto uma interrup o estsendo processada Um trap uma interrup o gerada por software Um sistema operacional baseado eminterrup es ! 10. Tratamento de interrupes O sistema operacional preserva o estado da CPUarmazenando seus registradores e o contador deprograma Determina que tipo de interrup o ocorreu: Polling Sistema vetorial Segmentos separados de c digo determinam quea es devem ser tomadas para cada tipo deinterrup o 11. Timeline de uma interrupo 12. Estrutura de E/S E/S sncrona: o controle retorna para o programa dousurio somente ap s a concluso da opera o No mximo uma opera o de E/S em execu o por vez No hparalelismo de E/S E/S assncrona: o controle retorna para o programa dousurio antes da concluso da opera o Interrup es so utilizadas para informar o programa dousurio sobre concluso das opera es de E/S O programa do usurio pode utilizar uma chamada de sistemapara esperar explicitamente pela concluso de uma opera ode E/S 13. Estrutura para acesso direto memria Utilizado por dispositivos de E/S rpidos,capazes de transmitir dados a velocidadespr ximas a da mem ria principal O controlador de dispositivo transfere blocosde dados diretamente do buffer local para amem ria principal sem interven o da CPU 14. Estrutura da armazenamento Mem ria principal: nica unidade de mem ria dealta capacidade acessada diretamente pela CPU Armazenamento secundrio: extenso no voltil ede alta capacidade da mem ria principal Discos magnticos: pratos rgidos de metal ouvidro cobertos por um material magntico gravvel A superfcie do disco dividida logicamente emtrilhas, que so subdivididas em setores O controlador de disco determine a intera ol gica entre o dispositivo e o computador 15. Hierarquia de armazenamento Sistemas de armazenamento so organizadosde forma hierrquica Velocidade Custo Volatilidade Cache: c pia armazenada em uma mem riamais rpida; a mem ria principal pode servista com um cache para dispositivos dearmazenamento secundrio 16. Hierarquia de dispositivos dearmazenamento 17. Cache Princpio muito importante, realizado em vrios nveis diferentes emum computador (hardware, sistemas operacional, software) Os dados em uso so copiados de um armazenamento mais lentopara um mais rpido O dispositivo mais rpido (cache) consultado primeiro paradeterminar se os dados esto disponveis Se esto, os dados so utilizados diretamente do cache (rpido) Se no, os dados so copiados para o cache e utilizados a partir dele O cache tem menor capacidade do que o dispositivo mais lentoassociado Gerenciamento de cache um importante problema de projeto Polticas para tamanho do cache e substitui o de dados 18. Arquitetura de um sistema computacional A maioria dos sistemas utiliza um nico processador deprop sito geral (de PDAs a mainframes) A maioria dos sistemas possuem tambm processadores deprop sito especfico Multiprocessadores tm aumentando em uso e em importncia Tambm conhecidos como sistemas paralelos, sistemas de altoacoplamento Vantagens incluem1. Maior vazo (throughput)2. Economia de escala3. Maior confiabilidade: degrada o suave ou tolerncia a falhas Dois tipos1. Multi-processamento Assimtrico2. Multi-processamento Simtrico 19. Arquitetura de multi-processamento simtrico 20. Dual-Core 21. Clusters Como multiprocessadores, porm formado pormltiplos sistemas trabalhando juntos Geralmente compartilham armazenamento atravsde uma rede Fornece um servi o com alta disponibilidade, quesobrevive a falhas Clusters so comumente utilizados para computa ode alto desempenho (HPC) As aplicaes precisam ser projetadas para explorar oparalelismo! 22. Estrutura do sistema operacional Multiprograma o necessria para garantir usoeficiente dos recursos Um nico usurio no consegue manter a CPU e osdispositivos de E/S ocupados o tempo todo Multiprograma o organiza jobs (c digo e dados) deforma a permitir que a CPU sempre tenha algo paraexecutar Um subconjunto de todos os jobs do sistema mantido emmem ria Um dos jobs selecionado para executar por umescalonador de jobs Quando o job precisar esperar por algo (E/S, por exemplo), oSO passa a executar outro job 23. Estrutura do sistema operacional Compartilhamento de tempo (multi-tarefas) Rpida alternncia da CPU entre vrios jobs Fundamental para a computa o interativa Tempo de resposta deve ser