Conteúdo ministrado na aula de apresentação no Curso Técnico de Informática para Internet pela Faculdade Estácio João Pessoa/PB.

1. Sistemas
Operacionais
INTRODUÇÃO A SISTEMAS OPERACIONAIS

2. Objetivos
Identificar as funções e os componentes de um Sistema Operacional;
Diferenciar os tipos de Sistemas Operacionais existentes;
Identificar os modelos de estruturas existentes de Sistemas
Operacionais;
Compreender os modos de acesso e o funcionamento de uma
chamada ao sistema ("system call");
Compreender a importância e o funcionamento dos mecanismos de
interrupção;
Compreender os fundamentos de sistemas concorrentes.

3. Introdução
Nesta aula, conheceremos as características de um Sistema Operacional e a
importância desse sistema em um ambiente computacional. Para isso,
trataremos de dois conceitos muito importantes para o entendimento dos
sistemas modernos: interrupções e chamadas ao sistema.
Serão abordados, também, os principais tipos de Sistemas Operacionais e
suas características.
I. Conceitos Fundamentais de Sistemas Operacionais;
II. Classificação de Sistemas Operacionais;
III. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos;
IV. Interrupções;
V. Conceitos de Concorrência.

4. Conceitos Fundamentais de
Sistemas Operacionais
Sistema Operacional é um conjunto de programas (software) responsável por:
fazer a interface com os usuários;
gerenciar recursos;
fazer a interface com o hardware.
Funções adicionais: contabilização de uso, segurança
de acesso, auditoria.

5. Conceitos Fundamentais de
Sistemas Operacionais
O Sistema Operacional é o intermédio entre
o usuário e o hardware

6. Conceitos Fundamentais de
Sistemas Operacionais
Cada parte (módulo ou função) de um Sistema Operacional é
responsável pelo gerenciamento de um recurso específico.
Esses recursos são:
I. Tempo de CPU;
II. Espaço em memória;
III. Espaço em disco;
IV. Acesso aos dispositivos de comunicação;
V. Bibliotecas de software.

7. Conceitos Fundamentais de
Sistemas Operacionais
Gerenciar recursos é garantir a utilização compartilhada do recurso sem
que ocorram erros que possam gerar instabilidade ou falha no sistema.
Na visão do usuário, o Sistema Operacional fornece:
I. Acesso ao sistema;
II. Possibilidade de criar e gerir arquivos e diretórios;
III. Ambiente para execução de programas;
IV. Acesso aos dispositivos de E/S;
V. Acesso ao conteúdo de arquivos;
VI. Detecção de erros.

8. Classificação de Sistemas
Operacionais
A classificação é utilizada como uma forma sintética de apresentar, em poucas
palavras, as características de um Sistema Operacional.
Sistemas Monotarefa x Sistemas Multitarefa
Sistemas Monousuário x Sistemas Multiusuário
Sistemas Monoprocessados x Sistemas Multiprocessados

9. Classificação de Sistemas Operacionais
Definem a capacidade de gerenciar mais de uma tarefa ao mesmo tempo.
Monotarefa: Admite e gerencia apenas uma tarefa em execução por vez.
Exemplo: DOS.
Multitarefa: Admite e gerencia várias tarefas em processamento
concorrente.
Exemplo: Windows XP, Windows 7, Linux, MacOS.
Sistemas Monotarefa x Sistemas Multitarefa

10. Classificação de Sistemas
Operacionais
Executa Espera Executa Espera
Monotarefa
Executa Espera Executa Espera
Espera Executa Espera Executa
Multitarefa
Programa A
Programa B

11. Classificação de Sistemas Operacionais
Definem a capacidade de gerenciar mais de um usuário ao mesmo tempo,
compartilhando os mesmo recursos de software e hardware.
Monousuário: Admite e gerencia apenas um usuário – não permite que
mais de um usuário esteja "logado" simultaneamente.
Exemplo: Windows XP, Windows NT (exceto versão com Terminal Server).
Multiusuário: Admite e gerencia vários usuários – permite que mais de um
usuário esteja "logado" simultaneamente.
Exemplo: Linux, VMS.
Sistemas Monousuário x Sistemas Multiusuário

12. Classificação de Sistemas
Operacionais
Atenção:
Todo Sistema Operacional Multiusuário é,
obrigatoriamente, Multitarefa, pois cada usuário
representa, no mínimo, uma tarefa para ser executada.

13. Classificação de Sistemas Operacionais
Possuem a capacidade de reconhecer e gerenciar computadores com mais
de um processador.
Monoprocessado: Somente reconhece e utiliza um processador.
Exemplo: Windows 98.
Multiprocessado: Reconhece e utiliza mais de um processador.
Exemplo: Windows XP, Windows 7, Linux.
Sistemas Monoprocessados x Sistemas Multiprocessados

14. Classificação de Sistemas Operacionais
Sistemas em Tempo Real
Sistemas que possuem um forte vínculo com o tempo. O resultado só é
considerado correto se a execução acontecer no tempo previsto.
O sistema deve garantir que uma tarefa possua todos os recursos
necessários para sua execução em um intervalo de tempo pré-definido.
Outros sistemas com finalidades específicas
Atenção:
Não se trata de velocidade de processamento, e sim de
garantia de tempo de resposta.

15. Classificação de Sistemas Operacionais
Sistemas Embarcados
Sistemas inseridos em produtos com funções específicas, como telefones
celulares.
Outros sistemas com finalidades específicas
Atenção:
Nem todo dispositivo eletrônico possui um microcontrolador, e
nem todo aparelho com microcontrolador possui um Sistema
Operacional.

16. Estruturas dos Sistemas
Operacionais Modernos
Um velho conhecido pelos usuários de microcomputadores é a famosa "tela
azul". Quem já utilizou sistemas operacionais antigos, como o Windows 95,
certamente já se deparou com este problema. A "tela azul" era de fato uma
violação de acesso que tornava o sistema instável.

17. Estruturas dos Sistemas
Operacionais Modernos
A partir do 80386, esse problema foi solucionado em termos de
hardware através da possibilidade de 2 modos de execução: o modo
protegido e o modo real. Ficava a cargo do sistema operacional a
comutação entre esses dois modos por questões de compatibilidade.
A instabilidade evidenciada pela "tela azul" tem razões históricas. Os
primeiros processadores da linha x86 possuíam um único modo de
operação: o modo real. Dessa forma, todas as operações poderiam ser
executadas diretamente pelas aplicações que, ao produzir erros,
geravam panes no sistema.

18. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos
As aplicações são executadas em modo usuário, ou seja, modo que não
possui privilégios para operações que coloquem o sistema em risco, tais
como, escrever no disco, criar novas tarefas, etc.
Quando essas aplicações precisam executar tarefas críticas, é necessário que
haja uma mudança para modo Kernel (núcleo do Sistema Operacional,
responsável pelas tarefas críticas do sistema). Essa mudança ocorre através
de uma "system call" (chamada ao sistema).
Modo Usuário x Modo Kernel
System Call (Chamada ao Sistema): Mecanismo responsável pela
mudança de modo usuário para modo kernel. Ao invés de executar
diretamente funções no kernel, a aplicação executa uma função
intermediária, que verifica se o acesso ao kernel é seguro e, só então,
completa a operação.

19. Estruturas dos Sistemas
Operacionais Modernos
Voltando à "tela azul"...
As aplicações podiam executar diretamente as funções do kernel sem a
proteção da mudança de modo, ou seja, o erro acontecia após a
execução de uma função do kernel. Com a mudança de modo, se a
execução não for segura, a aplicação será impedida de continuar a
execução e o sistema permanecerá estável.

20. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos
Exemplo do Linux de uma chamada ao sistema

21. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos
Exemplo do Linux de uma chamada ao sistema
setitimer(ITIMER_VIRTUAL, &timer, NULL);
_syscall1(unsigned int, alarm, unsigned int, seconds)
_system_cal()
unsigned int alarm(unsigned int seconds)
Invocação
Wrapper
Handler
Rotina de serviço
Mudança de Modo

22. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos
Os sistemas são classificados em relação às atribuições do kernel e a relação
entre seus módulos em monolíticos, camadas e microkernel.
Os sistemas modernos são divididos em dois grandes grupos:
 Arquitetura monolítica;
 Microkernel.
A diferença entre elas está nas atribuições do núcleo do Sistema
Operacional, denominado KERNEL.
Tipos de Estrutura

23. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos
Essa característica é muito importante no projeto de um Sistema Operacional e
foi alvo de discussão entre dois grandes nomes da computação: Andrew
Tanenbaum e Linus Torvalds.
De um lado, Torvalds defendia um kernel monolítico por ser mais rápido e, de
outro, Tanenbaum defendia o microkernel pela elegância e facilidade de
adaptação e substituição de módulos.
Quem ganhou? Os dois.
Link: http://oreilly.com/catalog/opensources/book/appa.html
Tipos de Estrutura

24. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos
Todo o kernel é compilado e "linkado" em um único bloco, tornando o
código eficiente, porém de difícil manutenção. A inclusão ou exclusão de um
módulo requer que todo o kernel seja recriado.
Arquitetura Monolítica
Nota:
O kernel do Linux incorporou características modulares.

25. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos
Arquitetura Monolítica

26. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos
Somente as funções críticas fazem realmente parte do kernel. Demais
funções são tratadas como tarefas e executam em modo usuário, fazendo
chamadas ao kernel quando necessário.
Essa arquitetura simplifica a manutenção, inclusão e exclusão de módulos
do Sistema Operacional, não sendo necessário gerar um novo kernel a cada
modificação e nem mesmo reiniciar o computador para ativação e
desativação do módulo.
Arquitetura Microkernel

27. Estruturas dos Sistemas Operacionais Modernos
Arquitetura Microkernel

28. Interrupções
São sinais de hardware fundamentais para a existência de sistemas multitarefa,
pois provocam a suspensão da tarefa em execução pela ocorrência de um
evento externo, permitindo que outras tarefas compartilhem o tempo de uso
do processador.
ATENÇÃO:
Neste caso, o que está sendo
compartilhado é o TEMPO DE
USO do processador e NÃO o
processador em si.
Cada tarefa utiliza 100% do
processador.

29. Interrupções
Parte do mecanismo é executada pelo hardware (identificação do dispositivo,
empilhamento dos registradores de sistema) e parte é feita por software
através da Rotina de Tratamento da Interrupção (interrupt handler).

30. Interrupções
As interrupções são geradas por dispositivos de hardware e podem ocorrer de
forma síncrona ou assíncrona.
Relógio (temporizador)  síncrona
Dispositivos de E/S (sinalização de conclusão)  assíncrona
Falha de hardware (paridade de memória, erro de disco, etc.)  assíncrona

31. Interrupções
O termo interrupção é muitas vezes utilizado para qualquer atividade que
suspenda a execução de uma tarefa, mesmo que seja solicitada pelo próprio
programa.
Utilizaremos, para este fim, o termo "estado de exceção".
Estados de exceção: são provocados pela própria aplicação.
Estouro aritmético;
Divisão por zero;
Instrução ilegal;
Acesso não permitido;
Chamadas ao sistema.

32. Interrupções
ATENÇÃO:
Mascaramento de interrupções: Capacidade de inibir a ação de uma
interrupção. As interrupções de segurança não podem ser mascaradas.

33. Interrupções
As interrupções podem acontecer de forma sequencial ou em cascata.
Tipos de Interrupções

34. Interrupções
Uma interrupção só poderá ser atendida se nenhuma outra estiver em
atendimento.
 A Rotina de Serviço desabilita as interrupções;
 Uma nova interrupção só é tratada após o retorno;
 A interrupção pode demorar a ser tratada, o que pode eventualmente
ocasionar uma perda de dados;
 Finalizada a Rotina de Serviço de Interrupção, o processador verifica por
interrupções adicionais.
Interrupção Sequencial

35. Interrupções
Interrupção Sequencial

36. Interrupções
Uma interrupção pode interromper a ação de uma rotina de tratamento de
outra interrupção.
 Interrupções têm prioridade;
 Interrupções com alta prioridade interrompem Rotinas de Serviço de
Interrupções de menor prioridade.
Interrupção em Cascata

37. Interrupções
Interrupção em Cascata

38. Concorrência
Compartilhar recursos significa que diferentes usuários ou programas
usam os recursos de forma concorrente.
Os recursos são limitados e, assim, o uso dos mesmos pelos diferentes
programas ou usuários precisa ser controlado e administrado de forma a
evitar possíveis conflitos ou uma alocação por tempo indeterminado de
algum recurso.

39. Concorrência
Concorrência é a capacidade de execução concorrente de tarefas,
permitindo um melhor aproveitamento de recursos.
Uma tarefa pode deixar a CPU por vontade própria, quando precisa
aguardar por um recurso, ou por uma interrupção.
Em particular, uma interrupção de temporizador provoca a substituição
da tarefa em execução, criando uma alternância entre as tarefas.

40. Concorrência
ATENÇÃO:
A alternância entre as tarefas pode dar a impressão de execução
simultânea de tarefas, mas não é o que ocorre.

41. Introdução a
Sistemas
Operacionais
EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO

42. Exercícios de Fixação
1. São funções do Sistema Operacional:
a) Gerenciar recursos de hardware e fornecer um aplicativo para
navegação na Internet.
b) Gerenciar recursos de hardware e interface com o usuário.
c) Interface com o usuário e correção ortográfica.
d) Gerenciar recursos de software e interromper uma tarefa em execução.

43. Exercícios de Fixação
1. São funções do Sistema Operacional:
a) Gerenciar recursos de hardware e fornecer um aplicativo para
navegação na Internet.
b) Gerenciar recursos de hardware e interface com o usuário.
c) Interface com o usuário e correção ortográfica.
d) Gerenciar recursos de software e interromper uma tarefa em execução.

44. Exercícios de Fixação
2. Para que uma aplicação execute instruções privilegiadas deverá
executar um(a):
a) Arquivo específico para gerenciamento de hardware.
b) Interrupção de hardware.
c) Solicitação ao administrador do sistema.
d) Chamada ao sistema.

45. Exercícios de Fixação
2. Para que uma aplicação execute instruções privilegiadas deverá
executar um(a):
a) Arquivo específico para gerenciamento de hardware.
b) Interrupção de hardware.
c) Solicitação ao administrador do sistema.
d) Chamada ao sistema.

46. Exercícios de Fixação
3. O uso de interrupções permite a utilização de:
a) Sistemas concorrentes.
b) Comunicação de dados.
c) Dispositivos de hardware como, teclado e mouse.
d) Bibliotecas de software

47. Exercícios de Fixação
3. O uso de interrupções permite a utilização de:
a) Sistemas concorrentes.
b) Comunicação de dados.
c) Dispositivos de hardware como, teclado e mouse.
d) Bibliotecas de software

48. Introdução a
Sistemas
Operacionais
OBRIGADO!