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Tipos de SOs Monoprogramável Multiprogramáveis Multiprocessados Referências

Tipos de Sistemas Operacionais

Prof. M.Sc. Rodrigo [email protected]

Fortaleza-CE, Brasil

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Sumário

1 Tipos de SOs

2 Monoprogramável

3 MultiprogramáveisInterrupção

4 MultiprocessadosFortemente AcopladosFracamente Acoplados

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Tipos de SOs

O Compartilhamento de Memória e Unidade Central deProcessamento (UCP)

Consistem na principal forma de classificação dos tipos de SistemasOperacionais (SOs).

Figura 1: tipos de Sistema Operacional. Fonte: [1].

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Tipos de SOs

Caracteŕısticas fundamentais dos tipos de SOs:

Monoprogramável ou Monotarefa

Além do S.O., apenas uma aplicação reside na memória em cada instante;

Multiprogramável ou Multitarefa

Vários processos compartilham memória e uma única Unidade Central deProcessamento (UCP), simulando a execução de tarefas “simultâneas”;

MultiprocessadosVários processos compartilham a memória, podendo ter dois ou maisprocessos em execução simultânea (um em cada processador).

Ti d SO M ´ l M l i ´ i M l i d R f ˆ i

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Subclassificações

Figura 2: classificação com tipos e subtipos de sistemas operacionais. Fonte: [1].

Ti d SO M ´ l M lti ´ i M lti d R f ˆ i

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Monoprogramável

Caracteŕıstica Principal

Além do Sistema Operacional (SO), apenasuma aplicação reside na memória em cadainstante.

Execução

Os programas são executadosinstrução-a-instrução, até que seuprocessamento seja conclúıdo.

Figura 3: divisão da memória de um

Sistema Monoprogramável. Fonte: [2].


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Tipos de SOs Monoprogramavel Multiprogramaveis Multiprocessados Referencias

Caracteŕısticas do SO monoprogramável

Implementação simples

Aplicações com o controle total dosistema;

Não existe a preocupação com

proteção;

Máquinas utilizadas por apenas umusuário.

Dedicação exclusiva de todos os dispositivosa um único programa;

Ociosidade dos dispositivos.

Grande tempo de espera pordispositivos.

Principal ProblemaProcessador dedicado a um únicoprograma causando Grande Tempoocioso na espera por Entrada/Sáıda(E/S).

Figura 4: sistema monoprogramável.

Fonte: [3].


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Multiprogramação

Motivação:

Tornar mais eficiente o aproveitamento dos recursos do computador;

Execução “simultânea” de vários programas;

Diversos programas são mantidos na memória;

O próprio Sistema Operacional (SO) é um programa.

Figura 5: importância da multiprogramação. Fonte: [3].


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Multiprogramação

Solicitação deEntrada/Sáıda (E/S)

Processo solicita à chamada

de Sistema

Término de Entrada/Sáıda(E/S)

Dispositivo envia a

Interrupção.

E como ocorre a Interrupção? Figura 6: forma de implementação de um sistemamultiprogramável. Fonte: [4]


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Interrupção

Ao ocorrer uma interrupção:

1 processador acaba execução da instrução atual;

2 processador testa existência de interrupção;

3 transferência de controle (processador salva estado atual, carregacontador de programa com endereço da rotina de tratamento,transfere controle para a rotina de tratamento);

4 rotina de tratamento executa ... acaba ;

5 restaura estado anterior;

6 retorna a execução da rotina interrompida.



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p p g p g p

Interrupção

Figura 7: eventos que ocorrem durante a interrupção. Fonte: [1].


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p p g p g p

Interrupção

Importância

Permite que módulos interrompam processamento normal do processador.

Tipos

Gerado pelo programa: divisão por zero, referência a memória forado espaço permitido, etc.

Gerado pelos dispositivos:

relógio (timer): disparo de um programa em um tempodeterminado;condição de erro: overflow, violação de memória ou instruçãoinválida.


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g g

Surgimento do processamento em lotes

Figura 8: exemplos do sistema em lotes. Fonte: [2].

Caracteŕıstica

Vários programas dividindo os mesmos recursos da máquina.


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Sistemas Multiprogramáveis I

Concorrências gerenciadas pelo Sistema OperacionalO Sistema Operacional (SO) gerencia o acesso concorrente aos recursosde forma ordenada e protegida.

Aumento da produtividade dos usuários e a redução dos custos

Devido ao compartilhamento de recursos do sistema;

Utilização de vários usuários;

Realiza diversas tarefas concorrente ou simultaneamente.

Aplicações com limitações no sistema

Preocupação com a proteção;

Necessidade de hardware adequado capaz de alterar os modos deoperação do processador.



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Multiprocessamento

Figura 9: sistema multiprocessado, com suporte a spooling. Fonte: [2].


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Classificação quanto ao tempo de resposta

Sistemas em Lotes (Batch): alto tempo de resposta;Sistemas em Tempo Compartilhado: baixo tempo de resposta;

Sistemas em Tempo Real: respostas imediatas.


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Sistemas Batch:

Objetivo

centralizar o processamento em CPDs (máquinas muito caras).

CaracteŕısticasProgramas executados sequencialmente;

Não exigem a interação do usuário durante a execução;

O programa é preparado e encaminhado para execução.

Tempo de resposta pode ser longo devido ao processamentoseqüencial.



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Sistemas de tempo compartilhado / On-line

Timesharing

Uma “fatia de tempo” (time slice ) do processador é alocada para cada processo.Possui caracteŕısticas:

O sistema cria um ambiente próprio ao usuário;

Dá a impressão de que todo o sistema esta dedicado a ele;

Implementação complexa com alta produtividade e redução de custo de

utilização do sistema.

Figura 11: execução simultânea de processos. Fonte: [3].


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Sistemas de tempo compartilhado / On-line

Interação do usuário com o sistema através de terminais

O usuário submete requisições ao sistema e recebe as respostasimediatamente;

O sistema possui um Interpretador de Comandos, que lê a linha decomando contendo o nome do programa a ser executado;

Após a execução de um comando, o Interpretador de Comandosvolta a ler o terminal.

Funcionamentoo tempo de resposta pode variar sem comprometer as aplicações emexecução.



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Sistemas de tempo real

Real Time: Resposta imediata

Semelhantes em implementação aos sistemas de tempocompartilhado;

Diferem no tempo de resposta exigido no processamento dasaplicações;

Não existe a ideia de fatia de tempo: um programa executa otempo que for necessário, ou até que apareça outro prioritário em

função de sua importânciaControlado pela propria aplicação e não pelo SO.


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Sistemas Multiprocessados

Definição

Possuem uma ou mais UCPs interligadas, trabalhando em conjunto.

Caracteŕısticas importantes:

A forma de comunicação entre as UCPs e o Grau decompartilhamento da memória e dos dispositivos de Entrada/Sáıda(E/S) define o tipo de sistema multiprocessados;

Podem compartilhar o mesmo sistema operacional ou cada um podepossuir o seu próprio sistema.


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Caracteŕısticas:

Permitem que vários programas sejam executados ao mesmo tempoou que um programa seja dividido em subprogramas para execuçãosimultânea por mais de um processador;

O multiprocessamento mantém todos os conceitos demultiprogramação, mas aplicados a vários processadores.


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ProblemasCom o multiprocessamento, novos problemas de concorrência foramsurgindo, pois vários processadores podem estar acessando as mesmasáreas de memória, além da dificuldade de interligação dos componentes.

Fortemente x Fracamente Acoplados

Os sistemas podem ser classificados de acordo com a forma decompartilhamento de memória e dispositivos, sendo subclassificadoscomo:

Sistemas fortemente acoplados- existe apenas um espaço deendereçamento compartilhado;

Sistemas fracamente acoplados- cada sistema tem sua própriamemória.


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Fortemente Acoplados

Um sistema fortemente acoplado tem mais de um processador

ligado ao barramento controlados por apenas um sistemaoperacional.

Aumento da capacidade de processamento;

Compartilhamento de periféricos e memória ;

Tolerância a falhas;

Processamento Paralelo;

Sistemas de detecção de falhas

Duplicação de hardware (+ de 2 processadores).

Podem ser divididos conforme a forma de divisão de funções entreos processadores

Simétricos: mesma função; Assimétricos: funções diferentes.


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Fortemente Acoplados

Caracteŕıstica Principal

Uma única memória para todos os processadores.

Figura 12: ilustração mostrando um exemplo de sistema multiprocessado fortementeacoplado. Fonte: [1].


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Tipos de Sistemas Fortemente Acoplados

AssimétricosProcessadores comfuncionalidadesespećıficas. Um mestre eum escravo.

Exemplo

Figura 13: ilustração de um sistema assimétrico. Fonte: [1].


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Sistemas Assimétricos

Caracteŕısticas

Somente um processador (mestre) pode executar serviços dosistema operacional.

Processadores podem ter tarefas pré-definidas;

Sempre que o processador do tipo escravo precisar realizar umaoperação de E/S, tera que requisitar o serviço ao processadormestre;

Se o processador mestre falhar, todo o sistema ficara comprometido.


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Tipos de Sistemas Fortemente Acoplados

SimétricosTodos osprocessadoresrealizam asmesmas funções.

Exemplo

Figura 14: exemplo de um sistema simétrico. Fonte: [1].


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Sistemas Simétricos

Caracteŕısticas

Todos os processadores realizam as mesmas funções;

Cópias do sistema operacional em cada processador;

Um programa pode ser executado por qualquer processador ou por váriosprocessadores ao mesmo tempo.

Quando um processador falha, o sistema não e comprometido, porem commenor capacidade.

Comunicação entre os processadores;

Escalonamento de tarefas para as Unidade Central de Processamentos (UCPs);


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Fracamente Acoplados

DefiniçãoDois ou mais sistemas de computação conectados através de linhas decomunicação.

Figura 15: ilustração de um sistema fracamente acoplado. Fonte: [1].


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Fracamente Acoplados

Caracteŕısticas

Comunicação através de redes de computadores;

Cada sistema tem seu Sistema Operacional (SO) gerenciando seuspróprios recursos;

Caracteriza-se por processamento distribúıdo pelos seus diversosprocessadores.


S O d R d

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Sistemas Operacionais de Rede

Definição

é um conjunto de módulos que ampliam os sistemas operacionais,complementando-os com um conjunto de funções básicas, e de uso geral,que tornam transparente o uso de recursos compartilhados da rede.

Caracteŕısticas

Cada nó possui seu próprio Sistema Operacional (SO), aĺem dehardware e software

Possibilitam ao sistema ter acesso o outros nós da rede.Cada nó é totalmente independente um do outro e podem tersistemas operacionais diferentes:


Si O i i d R d

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Sao independentes e caso a conexão entre um dos nos sofraqualquer problema, os demais não são comprometidos.

Se uma estação falhar, a rede continua funcionando sem osrecursos daquela que falhou;

Semelhante a um Sistema Operacional (SO) monotarefa

incrementado com interface para rede;

Cada no possui seu proprio sistema operacional e permite

Copia remota de arquivos.

Emulação de terminal.

Impressão remota.

Gerencia remota.

Correio eletrônico.


Si O i i d R d

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Tolerância à falhas

Se um a estação falhar, a rede continua funcionando sem os recursos

daquela que falhou.

Objetivo

A ideia é prover o compartilhamento de recursos e troca de informações.


Si t O i i d R d

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Para ser considerado um Sistemas Operacionais de Rede (SOR),este deve possuir as seguintes caracteŕısticas:

baixa utilização do hardware da estação cliente;

transparência dos recursos remotos;

facilidade de Utilização;

alta confiabilidade;

segurança no acesso e utilização.

Exemplos

Os sistemas operacionais de redes permitem cópia de arquivos, impressãoe até gerência remotas, além de servi̧cos de correio eletrônico, emulaçãode terminais.


Si t Di t ib d́

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Sistemas Distribuıdos

Existe um relacionamento mais forte entre seus componentesSistemas operacionais iguais.

um único sistema centralizado.

Para o usuário e suas aplicações e como se não existisse uma rede decomputadores

Dinâmica

Possibilidade de balanceamento de carga.

Funcionamento

Para o usuário e suas aplicações e como se não existisse uma rede decomputadores e sim um único sistema centralizado.


Sistemas Distribúıdos

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Sistemas Distribuıdos

Software fortemente acoplado em hardware fracamente acoplado

Ilusão de um sistema único ou maquina virtual

Middleware

Caracteŕısticas principais:

Mecanismo único de comunicação entre processos

Gerenciamento único de processo (criação, destrui̧cão,escalonamento, etc..)

Sistema de arquivos uniforme

Chamada de sistemas e comandos uniformes


Comparacão

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Comparaçao

Caracteŕıstica SO de Rede SO DistribúıdoImagem do sistema usuários enxergam o

sistema como um conjuntode maquinas

fornece a ideia de umamaquina virtual

Autonomia constrúıdo sobre sistemascentralizados(independentes)

ideia de um sistema único

Gerenciamento local derecursos

Gerenciamento global derecurso

Sistema de Arquivos Podem ser diferentes são iguaisTolerância a falhas perda de

funcionalidades/capacidades

perda de desempenho


bibliografia I

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bibliografia I

[1] MACHADO, F. M.; MAIA, L. P. Arquitetura de Sistemas Operacionais . 4. ed. Riode Janeiro: Grupo Gen: LTC, 2007.

[2] MASSA, P. E. 2010. Dispońıvel em: .

[3] TANENBAUM, A. S. Sistemas Operacionais Modernos. 3. ed. São Paulo: Pearsondo Brasil, 2010.

[4] GOMES, E. A. Sistemas Operacionais . 2010. Dispońıvel em:.


Abreviaturas I

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Abreviaturas I

E/S Entrada/Sáıda

SO Sistema Operacional

SOR Sistemas Operacionais de Rede

UCP Unidade Central de Processamento
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