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Estrutura do SO
Prof. Paulo Cesar F. de Oliveira, BSc, PhD
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Capítulo 04 Estrutura SO
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Seção 1.1 Introdução
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Capítulo 04 Estrutura SO
Hardware
Rotinas do Sistema Operacional
Aplicações Utilitários Linguagem de
Comandos
Núcl
eo d
o Si
stem
a ou
ke
rnel
Usuários
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Capítulo 04 Estrutura SO
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Seção 1.2 Funções do Núcleo
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Capítulo 04 Estrutura SO ² Funções do Núcleo
² Tratamento de interrupções e exceções ² Criação e eliminação de processos/threads (p/t) ² Sincronização e comunicação entre p/t ² Escalonamento e controle dos p/t ² Gerência de memória ² Gerência do sistema de arquivos ² Gerência de dispositivos de E/S ² Suporte a redes locais e distribuídas ² Contabilização do uso do sistema ² Auditoria e segurança do sistema
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Capítulo 04 Estrutura SO
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Seção 1.3 Modos de Acesso
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Capítulo 04 Estrutura SO
Modo Usuário § Aplicação só pode executar instruções
não privilegiadas
§ Tem acesso número reduzido de instruções
§ Instruções não privilegiadas: não oferecem risco ao SO
Modo Kernel § Aplicação tem acesso ao conjunto
total de instruções do processador, ou seja, instruções privilegiadas
§ Aplicação pode gravar algo numa área de memória reservada ao SO
Modos de acesso: implementações de segurança ou mecanismos de proteção ao núcleo do sistema
e acesso aos seus serviços
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Capítulo 04 Estrutura SO
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Seção 1.4 Rotinas do SO – System Calls
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Capítulo 04 Estrutura SO Chamada a uma rotina do SO
Modo Usuário
Modo Usuário
Modo Kernel
§ Controle de execução de rotinas do SO é feita pelo System Call (chamada do Sistema)
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Capítulo 04 Estrutura SO
Por Software
§ Aplicação deseja chamar uma rotina do SO, o System Call é ativado
§ SO verifica se aplicação possui privilégios necessários § Caso negativo, SO impede o desvio para a rotina § Aciona o mecanismo de proteção
§ SO garante que somente aplicações autorizadas previamente poderão executar estas rotinas
Por Hardware
§ Quando aplicação tenta executar diretamente uma instrução privilegiada, sem usar a chamada à rotina do SO § Mecanismo de proteção é acionado § O erro é sinalizado pelo próprio hardware § Exceção é gerada e execução do programa é interrompida
Mecanismo de Proteção
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Capítulo 04 Estrutura SO
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Seção 1.5 Chamadas a Rotinas do SO
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Capítulo 04 Estrutura SO Chamada a Rotinas do SO
§ Rotinas do SO e System Call § Porta de entrada ao núcleo
§ Aplicação desejar serviço do sistema deve ser feita uma chamada às rotinas do SO via System Call
§ Solicitação é processada e resposta é retornada à aplicação junto com estado de conclusão
§ Nomes Diferentes § System Call (Unix/Linux) § System Services (OpenVMS) § Application Program Interface (Windows)
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Capítulo 04 Estrutura SO
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Seção 1.6 Linguagem de Comandos
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Capítulo 04 Estrutura SO Linguagem de Comandos
§ Linguagem de comandos: interface direta entre usuário e SO
§ Forma de comunicação simples do usuário com o SO
Comando Descrição dir Lista o conteúdo de um diretório
cd Altera o diretório default
type Exibe o conteúdo de um arquivo
del Elimina um arquivo
mkdir Cria um diretório
ver Mostra a versão do Windows
§ Comandos do Windows
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Capítulo 04 Estrutura SO
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Seção 1.7 Ativação/Desativação do Sistema
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Capítulo 04 Estrutura SO Ativação do Sistema (Boot)
§ SO é carregado para memória a partir de um dispositivo
§ SO está localizado no setor de boot (boot sector) do dispositivo
Área do Sistema Operacional
Memória Principal
Sistema Operacional
Disco
Boot
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Capítulo 04 Estrutura SO
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Seção 1.8 Arquiteturas de Núcleo
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Capítulo 04 Estrutura SO Arquitetura Monolítica
§ SO é formado por vários módulos executáveis, formando um único programa
§ Cada módulo pode funcionar livremente
Modo k erne l
a p lica çã o a p lica çã o
Modo u suá rio
S ystem ca ll
H a rdw a re
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Capítulo 04 Estrutura SO Arquitetura em Camadas
§ SO é dividido em níveis sobrepostos
§ Cada camada oferece funções que podem ser usadas só pelas camadas superiores
§ Camadas mais internas mais privilegiadas do que as mais externas
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Capítulo 04 Estrutura SO Máquina Virtual
§ Existe um nível intermediário entre Hardware e SO chamado Gerência de Máquinas Virtuais (GMV)
§ GMV cria diversas máquinas independentes entre si com hardware, SO, aplicações próprios
A p 1
VM 1
VM 2
VM n
G erê ncia de Má qu in a s V irtu a is
H a rdw a re
SO 1
H V 1
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SO n
H V n
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Capítulo 04 Estrutura SO Máquina Virtual – Aplicações Aplicação Características
Portabilidade de Código
§ Programa executável depende do hardware § Programa é gerado em uma linguagem
intermediária e MV o traduz para plataforma onde será executado
§ Aplicação pode ser portada para qualquer plataforma sem precisar reescrever o programa
Consolidação de Servidores
§ Poder executar diversas aplicações executadas em vários servidores em apenas uma máquina, e cada uma delas usando uma MV
§ Reduz custos, e.g. Energia elétrica, espaço físico, cabeamento
Aumento da disponibilidade § Efetuar cópia da MV para um HD § Se houver problema com ela, restaurar a sua
cópia em outro servidor, tornando-o disponível
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Capítulo 04 Estrutura SO Máquina Virtual – Aplicações Aplicação Características
Facilidade de escalabilidade e balanceamento de carga
§ Em caso de sobrecarga do SO, a MV pode ser migrada para outro ambiente com mais capacidade
Facilidade de desenvolvimento de software
§ MV permite criação de ambiente independente para desenvolvimento e teste de software
§ Teste pode ser efetuado em SO diferentes
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Capítulo 04 Estrutura SO Arquitetura Microkernel
§ Serviços do SO estão disponíveis em forma de processos, chamados de servidores
§ Quando aplicação solicita serviço (i.e. cliente), o processo que responde é o servidor
§ Comunicação entre cliente/servidor feito através de mensagens
§ Núcleo (kernel) realiza a troca de mensagens
Modo k erne l
Modo u suá rio
Microk erne l
men
sag e
m
men sa g em
H a rdw a re
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