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Sistema operacional
Um sistema operativo PE ou sistema operacional PB
é um programa ou um conjunto de programas cuja função é servir de
interface entre um computador e o usuário. É comum utilizar-se a
abreviatura SO (em português) ou OS (do inglês Operating System).
Segundo alguns autores (Silberschatz et al, 2005; Stallings, 2004; Tanenbaum, 1999), existem dois modos distintos de conceituar um sistema operacional:
de recursos, i.e., controla quais aplicações (processos) podem ser
executadas, quando, que recursos (memória, disco, periféricos) podem
ser utilizados.
História
Na primeira geração de computadores (aproximadamente 1945-1955), que
eram basicamente construídos com válvulas e painéis, os sistemas
operacionais não existiam. Os programadores, que também eram os
operadores, controlavam o computador por meio de chaves, fios e luzes
de aviso.
Na geração seguinte (aproximadamente 1955-1965), foram criados os sistemas em lote (batch systems),
que permitiram melhor uso dos recursos computacionais. A base do
sistema operacional era um programa monitor, usado para enfileirar
tarefas (jobs). O usuário foi afastado do computador; cada
programa era escrito em cartões perfurados, que por sua vez eram
carregados, juntamente com o respectivo compilador (normalmente Fortran
ou Cobol), por um operador, que por sua vez usava uma linguagem de
controle chamada JCL (job control language).
No início da computação os primeiros sistemas operacionais eram únicos, pois cada mainframe
vendido necessitava de um sistema operacional específico. Esse problema
era resultado de arquiteturas diferentes e da linguagem de máquina
utilizada. Após essa fase, iniciou-se a pesquisa de sistemas
operacionais que automatizassem a troca de tarefas (jobs), pois
os sistemas eram monousuários e tinham cartões perfurados como entrada
(eliminando, assim, o trabalho de pessoas que eram contratadas apenas
para trocar os cartões perfurados).
Um dos primeiros sistemas operacionais de propósito geral foi o CTSS , desenvolvido no MIT . Após o CTSS, o MIT, os laboratórios Bell da AT&T e a General Eletric desenvolveram o Multics ,
cujo objetivo era suportar centenas de usuários. Apesar do fracasso
comercial, o Multics serviu como base para o estudo e desenvolvimento
de sistemas operacionais. Um dos desenvolvedores do Multics, que
trabalhava para a Bell, Ken Thompson , começou a reescrever o Multics num conceito menos ambicioso, criando o Unics (em 1969), que mais tarde passou a chamar-se Unix . Os sistemas operacionais eram geralmente programandos em assembly, até mesmo o Unix em seu início. Então, Dennis Ritchie (também da Bell) criou a linguagem C a partir da linguagem B , que havia sido criada por Thompson. Finalmente, Thompson e Ritchie reescreveram o Unix em C. O Unix criou um ecossistema de versões, onde destacam-se: System V e derivados (HP-UX, AIX); família BSD ( FreeBSD , NetBSD , OpenBSD , etc.), Linux e até o Mac OS X (que deriva do Mach e FreeBSD).
Na década de 1970 , quando começaram a aparecer os computadores pessoais , houve a necessidade de um sistema operacional de utilização mais fácil. Em 1980 , William (Bill) Gates e seu colega de faculdade, Paul Allen , fundadores da Microsoft , compram o sistema QDOS ("Quick and Dirty Operating System") de Tim Paterson por $50.000, batizam-no de DOS (Disk Operating System) e vendem licenças à IBM . O DOS vendeu muitas cópias, como o sistema operacional padrão para os computadores pessoais desenvolvidos pela IBM.
No começo da década de 1990 , um estudante de computação finlandês postou um comentário numa lista de discussão da Usenet
dizendo que estava desenvolvendo um kernel de sistema operacional e
perguntou se alguém gostaria de auxiliá-lo na tarefa. Este estudante
chamava-se Linus Torvalds e o primeiro passo em direção ao tão conhecido Linux foi dado naquele momento.
Visão geral
Um sistema operativo pode ser visto como um programa de grande
complexidade que é responsável por todo o funcionamento de uma máquina
desde o software a todo hardware instalado na máquina. Todos os
processos de um computador estão por de trás de uma programação
complexa que comanda todas a funções que um utilizador impõe à máquina.
Existem vários sistemas operativos; entre eles, os mais utilizados no
dia a dia, normalmente utilizados em computadores domésticos, são o Windows , Linux e Mac OS X .
Um computador com o sistema operativo instalado poderá não dar
acesso a todo o seu conteúdo dependendo do utilizador. Com um sistema
operativo, podemos estabelecer permissões a vários utilizadores que
trabalham com este. Existem dois tipos de contas que podem ser criadas
num sistema operativo, as contas de Administrador e as contas
limitadas. A conta Administrador é uma conta que oferece todo o acesso
à máquina, desde a gestão de pastas, ficheiros e software de trabalho
ou entretenimento ao controlo de todo o seu Hardware instalado. A conta
Limitada é uma conta que não tem permissões para aceder a algumas
pastas ou instalar software que seja instalado na raiz do sistema ou
então que tenha ligação com algum Hardware que altere o seu
funcionamento normal ou personalizado pelo Administrador. Para que este
tipo de conta possa ter acesso a outros conteúdos do disco ou de
software, o administrador poderá personalizar a conta oferecendo
permissões a algumas funções do sistema como também poderá retirar
acessos a certas áreas do sistema.
O sistema operativo funciona com a iniciação de processos que este
irá precisar para funcionar correctamente. Esses processos poderão ser
ficheiros que necessitam de ser frequentemente actualizados, ou
ficheiros que processam dados úteis para o sistema. Poderemos ter
acesso a vários processos do sistema operativo a partir do gestor de
tarefas, onde se encontram todos os processos que estão em
funcionamento desde o arranque do sistema operativo até a sua
utilização actual. Pode-se também visualizar a utilização da memória
por cada processo, no caso de o sistema operativo começar a mostrar
erros ou falhas de acesso a programas tornando-se lento, pode-se
verificar no gestor de tarefas qual dos processos estará bloqueado ou
com elevado número de processamento que está a afectar o funcionamento
normal da memória.
Funcionamento
Um sistema operacional possui as seguintes funções:
- gerenciamento de processos;
- gerenciamento de memória;
- sistema de arquivos;
- entrada e saída de dados.
Gerenciamento de processos
O sistema operacional multitarefa é preparado para dar ao usuário a
ilusão que o número de processos em execução simultânea no computador é
maior que o número de processadores instalados. Cada processo recebe
uma fatia do tempo e a alternância entre vários processos é tão rápida
que o usuário pensa que sua execuão é simultânea.
São utilizados algoritmos para determinar qual processo será executado em determinado momento e por quanto tempo.
Os processos podem comunicar-se, isto é conhecido como IPC ( Inter-Process Communication ). Os mecanismos geralmente utilizados são:
O sistema operacional, normalmente, deve possibilitar o multiprocessamento ( SMP ou NUMA ). Neste caso, processos diferentes e threads podem ser executados em diferentes processadores. Para essa tarefa, ele deve ser reentrante e interrompível , o que significa que pode ser interrompido no meio da execução de uma tarefa.
Gerenciamento de memória
O sistema operacional tem acesso completo à memória do sistema e
deve permitir que os processos dos usuários tenham acesso seguro à
memória quando o requisitam.
Vários sistemas operacionais usam memória virtual, que possui 3 funções básicas:
- assegurar que cada processo tenha seu próprio espaço de
endereçamento, começando em zero, para evitar ou resolver o problema de
relocação (Tanenbaum, 1999); - prover proteção da memória para impedir que um processo utilize um endereço de memória que não lhe pertença;
- possibilitar que uma aplicação utilize mais memória do que a fisicamente existente.
Sistema de arquivos
A memória principal do computador é volátil, e seu tamanho é limitado pelo custo do hardware. Assim, os usuários necessitam de algum método para armazenar e recuperar informações de modo permanente.
Um arquivo é um conjunto de bytes, normalmente armazenado em
um dispositivo periférico não volátil (p.ex., disco), que pode ser lido
e gravado por um ou mais processos.
O sistema de arquivos é a estrutura que permite o gerenciamento de arquivos -- criação, destruição, leitura, gravação, controle de acesso, etc.
Classificações
Em relação ao seu projeto (arquitetura), segundo Tanenbaum (1999):
consiste de funções mínimas (comunicação e gerenciamento de processos),
e outras funções, como sistemas de arquivos e gerenciamento de memória,
são executadas no espaço do usuário como serviços; as aplicações
(programas) são os clientes. Ex.: GNU Hurd , Mach .
Quanto à capacidade de processamento, pode-se usar a seguinte classificação:
além do próprio SO, vários processos de utilizador (tarefas) estão
carregados em memória, sendo que um pode estar ocupando o processador e
outros ficam enfileirados, aguardando a sua vez. O compartilhamento de
tempo no processador é distribuído de modo que o usuário tenha a
impressão que vários processos estão sendo executados simultaneamente.
Ex: Windows , Linux , FreeBSD e o Mac OS X .
Referências