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Introdução

Linux

  • O linux é apenas o kernel, em torno do qual orbitam as distribuições.
  • É um sistema veloz e possui comunidade ampla e atuante.
  • Segurança satisfatória.

MINIX

  • SO criado pelo Tanenbaum com fins didáticos.

  • O Linux foi desenvolvido com base no MINIX. A primeira compilação do Linux foi em um MINIX do Linus Torvalds.

  • Poucas opções de plataformas: x86 e arm.

FreeBSD

  • Não é apenas um kernel, mas um sistema completo.
  • UNIX.
  • Derivado do Linux.
  • Poucas opções de plataformas: x86, amd64 e arm.

OpenBSD

  • Foco em segurança em corretude.
  • Red Team Field Manual.
  • Provedor de ferramentas importantes para o mundo *nix: OpenSSH, OpenNTPD, OpenSMPD, realyd, spamd, httpd, tmux etc.

  • Suporte a ampla gama de arquiteturas. NetBSD

  • Amplo suporte a hardware.

  • Propôs gerenciador de pacotes (pckgsrc) que serviu de inspiração aos gerenciadores de pacotes dos outros BSDs e Linux.
  • Uso de linguagens não usuais no kernel (LUA).

O que é um SO?

Um sistema operacional é um programa que gerencia o hardware de um computador. É um intermediário entre o usuário de um computador e o hardware deste.

Os principais objetivos de um sistema operacional são:

  • Executar programas do usuário e facilitar a resolução de problemas do usuário.
  • Tornar o uso de um sistema computacional conveniente para o usuário.
  • Usar o hardware de um computador de maneira eficiente.

Como um sistema operacional é extenso e complexo, ele deve ser criado parte por parte. Cada uma dessas partes deve ser uma porção bem delimitada do sistema, com entradas, saídas e funções cuidadosamente definidas.

O que SOs fazem

Um sistema computacional pode ser dividido em quatro componentes:

  • Hardware: provê recursos computacionais básicos.
  • CPU, memória, dispositivos I/O.
  • Sistema Operacional
  • Controla e coordena o uso do hardware por diversas aplicações e usuários.
  • Aplicações: define a forma como recursos computacionais são usados para resolver problemas computacionais do usuário.
  • Editores de texto, compiladores, navegadores de internet, sistemas de banco de dados, jogos.
  • Usuários
  • Pessoas, máquinas ou outros computadores.

Componentes do sistema computacional

Figure: Componentes do sistema computacional. Source: [1]

Podemos explorar os sistemas operacionais de dois pontos de vista:

  • Ponto de vista do usuário

Para a maioria dos usuários um sistema operacional é projetado para um único usuário usufruir dos recursos, tal sistema tem o objetivo de facilitar o uso, com algum cuidado em relação à performance e nenhuma ao uso de recursos.

Em outros casos, o usuário utiliza um terminal conectado a um mainframe ou minicomputador, acessado também por outros usuários por meio de outros terminais. Nesse caso, o sistema operacional é projetado para maximizar a utilização de recursos, para garantir que CPU, memória e I/O são utilizados de forma eficiente e equilibrada entre os usuários.

Há também os usuários de workstations conectadas à redes de workstations e servidores. Esses usuários têm recursos próprios, porém partilham recursos de rede e servidores. Nesse caso, o sistema operacional é projetado para encontrar um meio termo entre usabilidade pessoal e uso dos recursos.

  • Ponto de vista do sistema

Do ponto de vista do computador, o SO é o programa mais intimamente ligado ao hardware. Podemos ver um sistema operacional como um alocador de recursos, agindo como gerenciador desses recursos e resolvendo os conflitos de acesso a eles.

Um sistema operacional também pode ser visto como um programa de controle, isto é, um programa que controla a execução dos programas para prevenir erros e uso impróprio do computador. Ele preocupa-se, especialmente, com a operação e controle dos dispositivos I/O.

Definição de Sistema Operacional

A definição mais comum é: o sistema operacional é o programa sendo executado durante todo o funcionado no computador, geralmente chamado de kernel.

Sistemas computacionais

Organização

Um computador moderno de propósito geral consiste de uma ou mais CPUs e uma quantidade de controladores de dispositivos conectados por meio de um barramento comum, que provê acesso à memória compartilhada. A CPU e os dispositivos podem funcionar em paralelo, competindo por ciclos de memória, e para assegurar o acesso ordenado à memória, o controlador da memória sincroniza o acesso à ela.

Organização de um sistema computacional moderno

Figure: Organização de um sistema computacional moderno. Source: [1]

Para que o computador comece a funcionar, após ser ligado ou reiniciado, é necessário que ele tenha um programa inicial para rodar, chamado de bootstrap program, que tende a ser simples. Geralmente tal programa é armazenado no hardware do computador na memória de leitura (ROM) ou na memória programável e apagável elétrica (EEPROM) e é conhecido por firmware. Ele inicializa todos os aspectos do sistema, desde os registradores da CPU, até os controladores de dispositivos e conteúdo da memória. O programa de bootstrap deve saber como carregar o sistema operacional e executá-lo, localizando o kernel do sistema operacional e carregando-o na memória.

Após o carregamento do kernel, ele pode começar a fornecer serviços para o sistema e seus usuários. Alguns serviços são fornecidos fora do kernel, por programas de sistema que são carregados na memória em tempo de inicialização e tornam-se processos do sistema, ou daemons do sistema, que rodam durante todo o tempo de execução do kernel.

A ocorrência de um evento geralmente é sinalizada por meio de uma interrupção, tanto do hardware quanto do software. O hardware pode provocar uma interrupção a qualquer instante enviando um sinal para a CPU, geralmente por meio do barramento. O software pode provocar uma interrupção executando uma chamada de sistema (system call ou monitor call).

Quando a CPU é interrompida, ela para imediatamente o que estiver executando e transfere a execução para uma localização fixada, que geralmente contém o endereço de início da rotina a ser executada. A rotina de interrupção é executada e, após sua finalização, a CPU continua a computação que foi interrompida.

Linha do tempo de interrupções

Figure: Linha do tempo de interrupções. Source: [1]

Como existe uma quantidade predeterminada de interrupções possíveis, uma tabela de ponteiros para rotinas de interrupção pode ser usada para aumentar a velocidade de execução. Geralmente essa tabela é armazenada em endereços baixos de memória, onde são guardados os endereços para as rotinas de interrupção de diversos dispositivos. Esse array, ou vetor de interrupções, é indexado por um número único por dispositivo, fornecendo o endereço da rotina a ser executada.

O endereço de retorno após a interrupção também deve ser armazenado, geralmente na pilha do sistema, e é recuperado para o contador de programa após a interrupção.

Computer-System Operation

  • I/O devices and the CPU can execute concurrently
  • Each device controller is in charge of a particular device type and has a local buffer
  • CPU moves data from/to main memory to/from local buffers
  • I/O goes from the device to the controller's buffer
  • Device controller informs CPU that it's finished its operation by causing and interrupt

Common Functions of Interrupts

  • The interrupt vector contains the addresses of all the service routines.
  • interrupt architecture must save the address of the interrupted instruction
  • A trap or exception is a software-generated interrupt caused either by and error or user request
  • An operating system is interrupt driven

Interrupt Handling

  • The operating system preserves the state of the CPU by storing registers and the program counter
  • Determines which type of interrupt has occurred:
  • polling
  • vectored interrupt system
  • Separate segments of code determine what action should be taken for each type of interrupt

I/O Structure

Referência Bibliográfica

  • SILBERSCHATZ A., GALVIN P., GAGNE G. Operating System Concepts, 9th Edition.