SISTEMAS OPERACIONAIS (M) FINAL

Annotations:

• Conjunto de Softwares que estabelece a interface entre usuário e hardware e abstrai a parte física do computador.

1. Composição do Hardware
   1. CPU (Central Processing Unit)
      1. ALU (Arithmetic and Logic Unit)
      2. CU (Control Unit)
      3. Registradores
   2. Barramentos
      1. Memória
      2. Endereço
      3. Controle
   3. Gerencia de Memória
      1. Hierarquia de Memória
         1. Memória Primária

            Annotations:

            • Memória RAM. Utilizada pelos processos para armazenar dados vindos da memória secundária Característica: Volatilidade
         2. Memória Secundária

            Annotations:

            • Tipo de memória com grande capacidade de armazenamento e baixo custo por byte. Característica: não-volatilidade
         3. Memória ROM

            Annotations:

            • Read Only Memory, tipo de memória que vem pré-carregada com dados do fabricante. Em geral, é não-reprogramável, com exceção de alguns tipos como a EPROM que demandam um hardware específico para tal
      2. ciclo de execução de uma instrução de processador primeiramente carregará uma instrução da memória para o processador.
         1. A instrução será decodificada e os operandos carregados da memória.
            1. Após a execução da instrução, os resultados são armazenados de volta na memória
      3. Ligação de endereços
         1. Tempo de compilação
            1. possível saber onde o programa residirá em memória
         2. Tempo de carregamento
            1. a ligação final a endereços de memória é realizada no momento da execução do programa
         3. Tempo de execução
            1. se o processo puder ser movido durante sua execução de um segmento de memória para outro
      4. Overlay
         1. técnica para livrar os programas da limitação do tamanho da memória principal disponível
            1. divide- se o programa em partes (módulos) que possam executar independentemente uma da outra
      5. Endereçamento Lógico e Físico
         1. conjunto de todos os endereços lógicos gerados por um programa é chamado de espaço de endereços lógico
         2. conjunto dos endereços físicos correspondentes a estes endereços lógicos é chamado de espaço de endereços físico.
         3. O Mapeamento é feito pela MMU
      6. Alocação em memória
         1. Paginação
            1. dividir a memória destinada aos processos em páginas ou partições fixas
            2. Gera a Fragmentação Interna
               1. Sobrar espaço na caixa criada pela memória
         2. Segmentaçao
            1. espaço de memória é fracionado em segmentos de tamanhos variados
            2. Gera a fragmentação externa
               1. sobra de espaços entre os segmentos
         3. segmentação paginada
            1. memória é divida em segmentos, e cada segmento é dividido em páginas
         4. algoritmos de escolha do espaço
            1. First fit
               1. Ele varre a tabela de espaços livres até encontrar a primeira lacuna que caiba o processo
            2. Next fit
               1. Varre e encontra a primeira lancuna, mas memoriza a posição do último segmento encontrado e recomeça busca a partir desta posição.
            3. Best fit
               1. Varre toda a tabela de espaços livres e percorre a lista inteira, só então escolhe o MENOR SEGMENTO livre de memória possível
                  1. mais lento que o first fit e desperdiça mais memória que o first e next fit, pois gera minúsculos segmentos.
            4. Worst Fit
               1. Ele também varre toda a tabela de espaços livres, mas escolhe MAIOR SEGMENTO disponível
                  1. Gera um segmento suficientemente grande para alocar outro processo
            5. Quick fit
               1. Mais Rápido que couber, mantém listas separadas para alguns tamanhos de segmentos disponíveis
         5. Swapping
            1. Em Round Roubin cada processo que tem seu quantum de tempo expirado, ele será trocado (swapped) por outro processo que estava na área de swapping.
         6. Memória Virtual
            1. memória principal (RAM) e a memória secundária (disco rígido) são combinadas de forma a simular uma memória de tamanho muito maior que a efetivamente existente.
               1. Mapeamento
                  1. Quando ocorre a execução de uma instrução ou qualquer referência à memória virtual uma TRADUÇÃO para o espaço de endereçamento real precisa ocorrer
               2. Paginação
                  1. o espaço de endereçamento total (tanto o virtual como o real) é dividido em blocos de tamanho fixo chamados de páginas
               3. Substituição de páginas
                  1. O maior problema consiste em definir que páginas remover da memória virtual quando um número máximo de páginas foi atingido
            2. Retirada de páginas da memória virtual:
               1. Aleatória (random)
                  1. escolhe uma página qualquer do working set para retirar da memória.
               2. First-in-first-out (FIFO)
                  1. a página que foi carregada primeiro (mais antiga) sairá primeiro.
               3. Least-recently-used (LRU):
                  1. seleciona a página usada menos recentemente (página que está a mais tempo sem ser referenciada).
               4. Not-recently-used (NRU)
                  1. seleciona páginas que não tenham sido usadas recentemente
               5. Least-frequently-used (LFU):
                  1. página menos frequentemente usada é selecionada
   4. Arquitetura Von Neumann

      Annotations:

      • Arquitetura de Sistemas Operacionais que permitiu os softwares estarem armazenados na mesma máquina do SO.
2. Tipos de Sistemas
   1. Lotes (Batch)
   2. Tempo Real
      1. Restrição Temporal
         1. Regulador de Tarefas
         2. Relação Deadline
      2. Testes de Escalonamento
         1. Conjunto de Tarefas
            1. Escalonáveis
            2. Não-escalonáveis
         2. Testes
            1. Necessários
            2. Exato
            3. Suficiente
      3. Algoritmos
         1. Prioridade Dinâmica
            1. Rate Monotonic
         2. Prioridade de Tempo de Execução
            1. Deadline Monotonic
      4. Abordagem
         1. Carga Dinâmica
            1. Online
         2. Projeto
            1. Conhecimento Prévio
            2. Cíclico
               1. Rígido
            3. Dirigido a Prioridade
               1. Flexível
   3. Tempo Compartilhado
   4. MonoProcessado

      Annotations:

      • Capaz de executar apenas uma thread por vez, não permitindo a utilização de artifícios, como escalonamento - usado no multiprocessamento
      1. MonoProgramação

         Annotations:

         •  Todo o escopo do software está atribuído a uma única thread
         1. Todo o escopo do software está atribuído a uma única thread
      2. Apenas uma Thread por vez
   5. Multiprocessado

      Annotations:

      • Capaz de processar múltiplas threads "ao mesmo tempo"
      1. Multiprogramação

         Annotations:

         • Programação multithread
         1. é ter sempre algum processo em execução para maximizar a utilização da CPU
      2. Escalonamento
         1. Estados do Processo
            1. Pronto

               Annotations:

               • Processo pronto para executar
            2. Espera

               Annotations:

               • Processo aguardando alguma informação (como uma entrada no teclado, por exemplo) para executar
            3. Execução

               Annotations:

               • Processo em execução
            4. Início

               Annotations:

               • Criação do processo
            5. Término

               Annotations:

               • Fim do processo
            6. Troca de Contexto

               Annotations:

               • Consiste da troca do estado de um processo a partir da degradação de sua prioridade.
               1. Troca do estado de um processo a partir da degradação de sua prioridade.
               2. salvamento das informações que permitam a manutenção do estado
            7. Premptivo
               1. atribui um período de tempo ao processo. Ao final do período fixado, se o processo ainda estiver em execução, será suspenso e outro processo será escolhido
            8. Nao -Premptivo
               1. deixa um processo em execução enquanto for necessário, sem permitir retiradas forçadas
         2. Algoritmos
            1. FIFO

               Annotations:

               • First In First Out nada mais do que uma fila na qual os processos são atendidos na ordem de chegada
               1. não preemptivo
               2. First In - First Out
               3. despachados de acordo com sua ordem de chegada na fila de processos prontos
            2. Round Robin

               Annotations:

               • Algoritmo que estabelece uma "timeslice" (fatia de tempo) na qual cada processo poderá ter posse do processador.
               1. adicionado um controle de tempo de execução para cada processo
               2. preemptivo
            3. Shortest Job First

               Annotations:

               • Shortest Job First. Tipo de Escalonamento que considera o menor processo. Ele gera um problema chamado starvation
               1. Problema: Starvation

                  Annotations:

                  • Processos maiores nunca são atendidos devido ao fato de os menores terem preferência.
                  1. Processos maiores nunca são atendidos devido ao fato de os menores terem preferência.
               2. menores tempos médios de execução e de espera
            4. Devem Priorizar
               1. Justiça
               2. Eficiencia
               3. Tempo de Reposta
               4. Tempo de Turnaround
                  1. minimizar o tempo que usuários devem esperar pelo resultado
                     1. Tempo que o processo consome desde a sua criação até seu término, considerando-se o tempo gasto na espera para alocação de memória
               5. Throughput
                  1. maximizar o número de tarefas processadas por unidade de tempo
            5. Multilevel Feedback Queues
               1. múltiplas filas de processos, com níveis de prioridades distintos
            6. Short Remaining Time
               1. comparar a duração prevista de cada nova tarefa que ingressa no sistema com o tempo restante
         3. Prioridade

            Annotations:

            • Fator de ordenação no atendimento dos processamentos. Quão maior for a prioridade, mais rápido será seu atendimento
            1. Estática (`Pré-definida)

               Annotations:

               • Prioridade pré-determinada pelo administrador do sistema 
            2. Dinâmica

               Annotations:

               • Tipo de prioridade na qual o valor dos processos pode variar de acordo com vários critérios, como o tempo de espera, por exemplo.
         4. é quem decide a ordem de execução das tarefas prontas
         5. Quando existe apenas um processador, cada processo é executado um pouco de cada vez, de forma intercalada. O sistema operacional aloca a CPU um pouco para cada processo, em uma ordem que a princípio não é previsível, em geral, pois depende de fatores externos. Isto é o que chamamos escalonamento
         6. Tipo de escalonador
            1. swapper
               1. Seleciona os processos que irão da memória secundária para a área comum
                  1. ligado à gerencia de memória
            2. agendador (scheduler)
               1. transfere o processo da área comum para a fila de pronto
                  1. É dito escalonador de longo prazo e determina o grau de multiprogramação
            3. dispatcher
               1. transfere os processos da fila de pronto para a cpu
                  1. escalonador de curto prazo, pois toma decisões mais frequentes que os demais
      3. Time-Slice

         Annotations:

         • Período de tempo qual o processador estará em posse de um processo
      4. Thread

         Annotations:

         • Thread é uma tarefa a ser executada pelo processador. Uma Thread é sempre contida por um processo.
         1. Subdivisão de Processos

            Annotations:

            • Apresentam uma abstração para a nova subdivisão necessária para os processos (Espaço de Usuário  e Espaço de Kernel)
         2. Estados Similares aos Processos

            Annotations:

            • As Threads possuem estados similares aos processos, ou seja: Criação, Execução, Espera, Pronta e Exclusão.
         3. Multithreading

            Annotations:

            • Termo utilizado para um processo que contém várias Threads. Os sistemas multithread executam as threads tão rapidamente que estas aparentam estar sendo executadas paralelamente.
         4. Comunicação Entre Processos
            1. Troca de Mensagens
               1. Sincronização
                  1. Blocking Send
                  2. Blocking Receive
                  3. Nonblocking Receive
                  4. Nonblocking Send
               2. Bufferização
                  1. Zero-Capacity
                  2. Bounded Capacity
                  3. Unbounded Capacity
               3. Problemas
                  1. Race Condition

                     Annotations:

                     • Acontece quando dois processos acessam um mesmo recurso (Discos, Memória, Arquivos, Impressora) compartilhado ao mesmo tempo. A solução para este problema é a exclusão mútua, que é quando há garantias de que o processo não terá acesso a regiões críticas quando outro estiver acessando. O uso é sincronizado Convém ressaltar que a exclusão mútua demanda a desativação da preempção.
         5. uma tarefa a ser executada pelo processador.
         6. Sempre contida por um processo.
         7. São mais fáceis do SO criar ou destruir que os processos
         8. threads de usuário
            1. Threads executando dentro de um processo de usuário
         9. threads de núcleo
            1. fluxos de execução gerados pelo SO.
         10. threads híbridas
             1. o núcleo conhece as de núcleo que, por seu turno, multiplexam threads de usuário
   6. Mainframes
   7. Distribuídos

      Annotations:

      • Sistemas Operacionais que rodam em diferentes estações como se estas fossem uma só
      1. rodam em diferentes estações como se estas fossem uma só
   8. Distribuídos
      1. Fortemente Acoplados
   9. Rede
      1. Fracamente Acoplados
   10. Híbridos

       Annotations:

       • Sistemas que reúnem características dos demais
3. Modos de Acesso ao Processador
   1. Não-´Preemptivo

      Annotations:

      • Incapacidade de alterar a prioridade de um processo. Sua prioridade é constante.
   2. DMA

      Annotations:

      • Direct Memory Access, o acesso à memória é feito diretamente através de uma controladora de DMA
   3. Preemptivo

      Annotations:

      • Capacidade de alterar a prioridade de um processo para que este possa acessar o processador mais rapidamente
4. Arquiteturas
   1. Monolítica

      Annotations:

      • Arquitetura na qual todo funcionamento do SO acontece no mesmo nível. Exemplo: Linux
   2. Camadas

      Annotations:

      • Arquitetura que divide as atribuições do SO em camadas. Exemplo: Windows
   3. Máquina Virtual

      Annotations:

      • Máquina que abstrai ações do SO. Exemplo: JVM (Máquina Virtual Java), que executa bytecodes
      1. JVM
      2. DVM
      3. CLR
   4. Microkernel

      Annotations:

      • Arquitetura de SO na qual as funções do Kernel são reduzidas
5. Tipos de Usuário

   Annotations:

   • Os usuários de um sistema podem ser pessoas ou outros sistemas
   1. Aplicações
      1. System Calls

         Annotations:

         • São requisições feitas por uma aplicação ao Sistema Operacional.
   2. Pessoas
6. Gerência de Arquivos
   1. Formas de Acesso
      1. Direto
      2. Sequencia.l
      3. Indexado
   2. Blocos
      1. físicos
      2. lógicos
7. Gerência de E/S
   1. Categoria
      1. Dispositivo de Bloco
         1. Discos
         2. Pen Drive
      2. Dispositivo de Caractere
         1. Teclado
         2. Mouse
         3. IImpressora
   2. Comunicação
      1. Interface Serial
      2. Interface Paralela
   3. Formas
      1. DMA
      2. Interrupção
      3. Interação Processador X Dispositivo
         1. Programada
         2. Polling
8. Processos
   1. Conjunto de recursos alocados a uma tarefa
   2. É o programa em execução
   3. CPU Bound
      1. muito processamento e pouco precisa dos dispositivos de entrada e saída
   4. I/O Bound
      1. pouco processador e precisa muito dos dispositivos de entrada e saída
9. Tarefa
   1. Execução das instruções definidas em um programa
   2. Comportamento, duração e importancia variam
10. pipe
    1. forma de encadeamento entre a saída de um processo e a entrada de outro