Prof. Gregorio Perez [email protected] 2007 I... · Sistemas Operacionais I Parte II – Tipos...
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Sistemas Operacionais I
Parte II – Tipos dos SOs
Prof. Gregorio Perez
2007
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Roteiro
Tipos
• 1.1 Sistemas Mainframe
• 1.2 Sistemas Desktop
• 1.3 Sistemas Multiprocessados
• 1.4 Sistemas Distribuídos
• 1.5 Sistemas em Clusters
• 1.6 Sistemas de Tempo Real
• 1.7 Sistemas Portáteis
• 1.8 Sistemas de Cartões Inteligentes
Migração de recursos
Ambientes de computação
Ambientes de trabalho
Questões
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Objetivos da Parte II
Conhecer os tipos de Sistemas Operacionais atualmente em
uso
Diferenciar os diversos tipos de Sistemas Operacionais e os
ambientes de trabalho para possibilitar uma configuração
adequada à necessidade dos usuários e organizações
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Tipos de Sistemas Operacionais
Monoprogramável / Monotarefa
Características
• Apenas uma Tarefa executada
• 1 Operador (1 usuário) tem acesso à máquina
• Sistemas Dedicados para Tarefa fim
Vantagens
• Todos os recursos ficam a disposição
da tarefa
Desvantagens
• Recursos passam muito tempo ociosos
• Sem recursos de Segurança
Programa
/ Tarefa
Programa
/ Tarefa
CPUCPU
Dispositivos
de E/S
Dispositivos
de E/S
MemóriaMemória
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Tipos de Sistemas Operacionais
Mainframe
Sistemas de Processamento de Lotes (Batch)
ü Lote de várias tarefas é organizado no dispositivo de entrada
ü Tarefas são lidas e processadas seqüencialmente na ordem
ü Reduz o tempo de configuração agrupando tarefas semelhantes
• Maior eficiência para uma única tarefa
• CPU ociosa
• Velocidade dos dispositivos mecânicos de I/O
são menores que os dispositivos eletrônicos
Sistema
Operacional
Sistema
Operacional
Área dos
Programas
Aplicativos
Área dos
Programas
Aplicativos
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Tipos de Sistemas Operacionais
Mainframe
Sistemas Batch Multiprogramados
ü Várias tarefas são mantidas na memória e o processador é
“multiplexado” entre elas
• Uso contínuo do processador
• Atrasos na execução individual
• Requer sistema de prioridade:
Escalonamento de tarefas
Sistema
Operacional
Sistema
Operacional
Área dos
Programas
Aplicativos
Área dos
Programas
Aplicativos
0
512 k
0
512 k
Sistema
Operacional
Sistema
Operacional
Job 1Job 1
Job 2Job 2
Job 3Job 3
Job 4Job 4
Job 5Job 5
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Tipos de Sistemas Operacionais
Multiprogramável / Multitarefa
Características
• Série de trabalhos executados simultaneamente
• Compartilhando os recursos
Vantagens
• Aumento de Produtividade
• Redução de Custos
Requisitos do Sistema
• Definição das Rotinas de E/S
• Gerenciamento de Memória
• Agendar CPU para as tarefas prontas para execução
• Alocar dispositivos
Programa
/ Tarefa
Programa
/ Tarefa
Programa
/ Tarefa
Programa
/ Tarefa
Programa
/ Tarefa
Programa
/ Tarefa
Programa
/ Tarefa
Programa
/ Tarefa
Programa
/ Tarefa
Programa
/ Tarefa
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Tipos de Sistemas Operacionais
Sistemas de Tempo Compartilhado
Computação Interativa
ü Interação de vários usuários com o sistema
ü Reserva de tempo (Time-Slice) para cada usuário
ü Uma tarefa (um usuário) alterna na memória do sistema
• Necessita sistema on-line para acesso dos usuários
• Quantidade de trabalhos limitado por configuração
• Maior Produtividade
• Menor Custo de utilização do sistema
Job 1Job 1 Job 2Job 2 Job 3Job 3 Job 1Job 1 Job 2Job 2 ......
Time SliceTime Slice
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Tipos de Sistemas Operacionais
Sistemas Desktop
Computadores pessoais
• computador dedicado a um único usuário
Dispositivos de E/S
• teclados, mouses, monitores, impressoras
• Conveniência e responsabilidade do usuário
Tecnologia de SO “maiores”
• Podem adotar tecnologia desenvolvida para SO maiores
• Podem executar vários tipos diferentes de sistemas operacionais
(Windows, MacOS, UNIX, Linux)
• Os usuários normalmente fazem um único uso do computador
• não precisam de utilização avançada de CPU dos recursos de
proteção
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Tipos de Sistemas Operacionais
Sistemas Paralelos
Sistemas Multiprocessados
• Sistemas com mais de uma CPU em perfeita comunicação
ü Tempo de Processamento total é maior que a soma das partes
(Sistema de Controle de Processamento)
Fator Chave
• Forma de Comunicação
• Grau de Compartilhamento de Memória e Dispositivos de E/S
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Tipos de Sistemas Operacionais
Sistemas Paralelos
Sistemas Fortemente Acoplados (Tightly Coupled)
• os processadores compartilham barramento, memória e clock
• comunicação ocorre através da memória compartilhada
Concorrência
• Processadores acessando o mesmo espaço de memória
Vantagens do Sistema Multiprocessado:
• Maior produção (Throughput)
• Mais processadores executam mais tarefas em menos tempo
• Cuidado! Aumento da velocidade de n processadores < n !
• Economia
• Custo de processador inferior ao custo do computador
• Maior confiabilidade (Sistema Tolerante a Falha)
• Degradação controlada
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Tipos de Sistemas Operacionais
Multiprocessamento Assimétricos
Sistemas Fortemente Acoplados Assimétricos
• Uma tarefa específica é atribuída a cada processador
• Mais comum em sistemas extremamente grandes
Mestre / Escravo
• Só o Processador Mestre executa o SO
• Um processador mestre escalona e aloca
trabalho para os processadores escravos
Ineficiente
• Número excessivo de Interrupções do processador escravo
• Se o Mestre falhar, sistema inoperante
Escravo
Mestre
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Tipos de Sistemas Operacionais
Multiprocessamento Simétricos (SMP)
Sistemas Fortemente Acoplados Simétricos
• Cada processador executa uma cópia idêntica do SO
• Muitos processos podem ser executados ao mesmo tempo sem
queda do desempenho
• A maioria dos sistemas operacionais modernos suporta SMP
Características
• Sem Hierarquia entre Processadores
• Recursos compartilhados
• SO responsável pelo gerenciamento
Mais Poderoso que Assimétricos
• Melhor Distribuição da carga de Trabalho e Operações de E/S
• Se um processador falhar, outro processador assume a tarefa
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Tipos de Sistemas Operacionais
Sistemas Distribuídos
Sistemas Fracamente Acoplados (Loosely Coupled)
• Distribuem a computação entre vários processadores físicos
• Cada processador possui sua própria memória local
• Processadores se comunicam através de linhas de comunicação
• barramento de alta velocidade ou linhas telefônicas
Requerem infra-estrutura de rede
• Redes locais (LANs) ou redes de longa distância (WANs)
• Podem ser sistemas cliente-servidor ou peer-to-peer
Padrões
• DCE – Distributed Computing Environment
• CORBA – Common Object Request Broker Architecture
• OLE – Object Linking and Embedding
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Tipos de Sistemas Operacionais
Sistemas Distribuídos
Sistemas Operacionais de Rede
• Fornece recursos através da rede
• Troca de mensagens entre computadores
• Atua independente dos outros computadores da rede
Sistemas Operacionais Distribuídos
• Menos autônomo
• SO interagem o suficiente para dar a impressão de um único SO
Vantagens dos Sistemas Distribuídos
• Compartilhamento de recursos
• Computação mais rápida
• Compartilhamento de carga
• Segurança
• Capacidade de Redundância – Sistema de Tolerância a Falhas
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Tipos de Sistemas Operacionais
Sistemas em Cluster
Sistema de Compartilhamento de Armazenamento
• Permite que dois ou mais sistemas compartilhem armazenamento
• Computadores de rede que funcionam como Sistemas Paralelos
• Arquitetura Intermediária entre Computação Distribuída e
Multiprocessamento
• Fornecem alta confiabilidade
• Tolerância à falhas
Clustering assimétrico
• um servidor executa a(s) aplicação(ções)
enquanto outros ficam em espera
Clustering simétrico
• todos os hosts estão executando a(s) aplicação(ções)
The Borg, um cluster beowulf
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Tipos de Sistemas Operacionais
Sistemas de Tempo Real
Definidos pelos Requisitos de Tempo do Sistema
• Restrições de bem definidas e Tempo de Resposta rígido
• Aloca recursos para o processo de maior prioridade – sempre
• Monitoramento de Sistemas Críticos
Dispositivo de controle em uma aplicação dedicada
• experiências científicas de controle
• sistemas de geração de imagens médicas
• sistemas de controle industrial
• alguns sistemas de vídeo ...
Máxima confiabilidade com mínimo de intervenção humana
• Nem sempre é possível utilizar time-slice
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Tipos de Sistemas Operacionais
Sistemas de Tempo Real
Tempo Real Rígido (ou Crítico)
• Limites de tempo obedecidos de maneira rígida
• Armazenamento secundário limitado ou ausente
• Dados armazenados na memória de curta duração ou ROM
• Conflitos com Sistemas de Tempo Compartilhado
• Não suportados pelos SOs de finalidade geral
• Tarefas críticas que não permitem atraso
Atrasos tem dano significativo
Tempo Real Flexível (ou Não Crítico)
• Integrável com sistemas de tempo compartilhado
• Utilidade limitada no controle industrial da robótica
• Aplicações que exigem tempos de resposta curtos e não rígidos
• multimídia, realidade virtual, ...
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Tipos de Sistemas Operacionais
Sistemas Portáveis
Computadores de Mão e Sistemas Embarcados
• Personal Digital Assistants (PDAs)
• Telefones celulares
Desvantagens:
• Limitação de Memória e Consumo de Energia
• Processadores lentos
• Telas pequenas
Exemplos
• Windows CE (Consumer Eletronics)
• PalmOS
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Tipos de Sistemas Operacionais
Sistemas de Cartões Inteligentes
Dispositivos que contém um chip de CPU
• Realizar poucas ou um única função
• Pagamentos eletrônicos
• Normalmente são sistemas proprietários
Problemas
• Restrições severas de consumo de energia e memória
Cartões Inteligentes Orientados à Java
• ROM possui um interpretador para a Máquina Virtual Java (JVM)
• Alguns podem tratar múltiplas Applets
• Multiprogramação e conseqüente escalonamento
• Gerenciamento de Recursos e Proteção
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Migração de Recursos e Conceitos
de Sistemas Operacionais
Silberschatz, et al.Silberschatz, et al.
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Ambiente de Computação
Computação tradicional
• PCs, servidores, acesso remoto limitado
Computação baseada na Web
• Cliente-servidor e Web Services
• Acesso remoto conveniente
• Servidores sem local
Computação incorporada
• A maioria dos computadores
(controladores de motores de automóveis, microondas)
• Recursos de sistema operacional bastante limitados
• Pouca ou nenhuma interface, acesso remoto
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Ambiente de Trabalho
Descentralizado
• Cada usuário cuida de seu sistema
• Equipamento, aplicativos e arquivos
• Duplicação de Dados, Inconsistências e Redundâncias
• Maior custo de equipamento, manutenção e operação
Centralizado
• Um computador acomoda os recursos da Organização
• Terminais remotos (“Burros”)
• (não necessariamente uma rede)
• Economia nos custos de equipamento e manutenção
• Facilidade de gerenciamento, suporte e comunicação
• Ponto de Falha Único:
Se o computador parar, tudo para
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Questões
Qual é a principal vantagem da
multiprogramação?
Em um ambiente de
multiprogramação e tempo
compartilhado, vários usuários
compartilham o sistema
simultaneamente. Essa situação
pode resultar em diversos
problemas de segurança.
• Cite dois desses problemas.
• Podemos garantir o mesmo grau de
segurança em uma máquina de
tempo compartilhado que temos em
uma máquina dedicada?
• Explique sua resposta.
Quais são as principais diferenças
entre os SOs para mainframes e
PCs?
Defina as propriedades essenciais
dos seguintes tipos de SOs
• Batch
• Interativo
• Tempo compartilhado
• Tempo real
• Rede
• SMP
• Distribuído
• Em clusters
• Portátil
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Questões
Sob quais circunstâncias seria
melhor para um usuário usar um
sistema de tempo compartilhado
em vez de um PC ou estação de
trabalho monousuário?
Descreva as diferenças entre o
multiprocessamento simétrico e
assimétrico.
• Cite três vantagens e uma
desvantagem dos sistemas
multiprocessados.
Qual é a principal dificuldade que
um programador precisa contornar
na escrita de um sistema
operacional para um ambiente de
tempo real?
Quais são as escolhas inerentes
aos computadores portáteis?
Em seu trabalho, qual sistema e
qual ambiente é utilizado ? Poderia
ser melhorado ?
• Explique sua resposta.
Considere um cluster de
computadores consistindo em dois
nós executando um banco de
dados.
• Descreva uma maneira como o
software do cluster pode gerenciar
o acesso aos dados no disco.
Discuta os benefícios e as
desvantagens da escolha
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Referência Bibliográfica
Sistemas Operacionais
• Deitel, Deitel e Choffnes;
• Ed. Pearson 3a Edição
• www.prenhall.com/deitel_br
Sistemas Operacionais, Conceitos e Aplicações
• A. Silberschatz, P. Galvin, G. Gagne;
• Ed. Campus Tradução da 6a Edição
• www.wiley.com/college/silberschatz6e/
0471417432/slides/slides.html
Sistemas Operacionais Modernos
• Andrew Tanenbaum;
• Ed. Pearson 2a Edição
• www.prenhall.com/tanenbaum_br
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