Sistemas operacionais
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Sistemas Operacionais. Revisão: UCP, Memória, Processos e Interrupções Processos e threads Concorrência Deadlocks Gerenciamento de Memória Memória Virtual Escalonamento de Processos Sistemas de Arquivos. Sistemas Operacionais. Livro texto

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Presentation Transcript


Sistemas operacionais

Sistemas Operacionais

Revisão: UCP, Memória, Processos e Interrupções

Processos e threads

Concorrência

Deadlocks

Gerenciamento de Memória

Memória Virtual

Escalonamento de Processos

Sistemas de Arquivos


Sistemas operacionais1

Sistemas Operacionais

Livro texto

Operating Systems: Internals and Design Principles, W. Stallings, Ed. Prentice Hall

Bibliografia Complementar:

Sistemas Operacionais, R.S. Oliveira, A.S. Carissimi e S.S. Toscani, Ed. Sagra Luzzatto

Operating Systems Concepts, A. Silberschatz e P.B. Galvin, Ed. Prentice Hall (há edição em português)

Modern Operating Systems, A. Tanenbaum, Ed. Prentice Hall


Arquitetura x organiza o de computadores

Arquitetura X Organização de computadores

  • Arquitetura de computadores refere-se às características visíveis pelo programador

    • conjunto de instruções, número de bits de dados, mecanismos de E/S, modos de endereçamento

  • Organização de computadores refere-se a como estas características são implementadas

    • detalhes de h/w como sinais de controle, interfaces, tecnologia de memória


Arquitetura x organiza o

Arquitetura x Organização

  • Fabricantes oferecem famílias de modelos, com mesma arquitetura e diferentes organizações

    • custo e desempenho diferentes

    • compatibilidade de código

    • mudança da organização com tecnologia


Estrutura e fun o

Estrutura e Função

  • Um computador é um sistema hierárquico – máquina multiníveis

  • Em cada nível, o projetista se preocupa com sua estrutura e sua função

    • Estrutura é a forma como os componentes se relacionam

    • Função é a operação de cada componente parte dessa estrutura


Fun o

Função

  • Funções básicas de um computador são:

    • Processamento de dados

    • Armazenamento de dados

    • Movimentação de dados

    • Controle


Vis o funcional

Visão funcional

Visão funcional de um computador

Facilidade

de

armazenam.

Equip. de

moviment.

de dados

Mecanismo

de controle

Ambiente de

operação

Facilidade

de

processam.


Estrutura vis o macro

Estrutura: visão macro

Computador

Periféricos

UCP

Memória

principal

Computador

Sistema de

comunicação

E/S

Linhas de

comunicação


Estrutura a ucp

Estrutura: a UCP

UCP

Computador

E/S

Registradores

ULA

Sistem.

Com.

UCP

Interconexão

interna à UCP

Memória

Unidade

de

controle


Estrutura unidade de controle

Estrutura: unidade de controle

Unid. de controle

UCP

Seqüencia-

mento

ULA

Unid.

controle

Barra

int.

Registradores e

decodificadores

Regist.

Memória

de

controle


Computador vis o macro

Computador: visão macro


Ciclo de instru o

Ciclo de instrução

Ciclo de busca

Ciclo de execução

Busca nova

instrução

Executa

Instrução

Início

Parada


Ciclo de busca

Ciclo de busca

  • PC contém o endereço da próxima instrução

  • Instrução é buscada e colocada no IR para ser interpretada

  • PC é incrementado (quase sempre!)


Ciclo de execu o

Ciclo de execução

  • UCP interpreta instrução e executa ação:

    • UCP  memória: transferência de dados

    • UCP  E/S: transferência de dados

    • processamento de dados: operação lógica ou aritmética

    • controle: alteração da seqüência de operação

    • combinação dessas ações


Organiza o da ucp

Organização da UCP

  • Funções da UCP:

    • buscar instruções

    • interpretar instruções

    • buscar dados

    • processar dados

  • UCP precisa fazer armazenamento temporário: registradores


Registradores

Registradores

  • Espaço de trabalho temporário

  • Quantidade e função varia entre processadores

  • Uma das principais decisões de projeto

  • Nível superior da hierarquia de memória

    Classificação:

    • vísiveis

    • restritos

      • controle

      • estado


Registradores vis veis

Registradores visíveis

  • São os que podem ser referenciados através de linguagem de máquina

    • de uso geral (dados e endereçamento)

    • de dados (e.g., acumulador)

    • de endereço: segmento, índice, pilha, ...

    • códigos de condição (só leitura)


Registradores de controle e estado

Registradores de controle e estado

  • visibilidade restrita

  • essenciais: PC, IR, MAR, MBR

  • PSW: Program Status Word

    • códigos de condição =

      sinal + zero + vai-um + estouro + permissão/inibição de interrupção + modo supervisor/não

  • Outros registradores importantes: SP, apontador de PCB, interrupção vetorizada


Interrup o

Interrupção

  • Mecanismo pelo qual outros módulos interrompem processamento normal da UCP

    • Basicamente associado a E/S

  • Tipos mais comuns de interrupção:

    • programa (e.g., 0)  traps

    • temporização  escalonamento de processo

    • E/S (e.g., fim de escrita em disco)

    • falha de h/w (e.g., falta de energia)


Fluxo de controle em programa

Fluxo de controle em programa


Transfer ncia de controle

Transferência de controle

Programa do usuário

Tratador de interrupção

1

2

i

i+1



M


Tratador de interrup o

Tratador de interrupção

  • Programa que determina a natureza da interrupção e que realiza o tratamento adequado

  • Controle é transferido para este programa após salvamento de algumas informações

  • É parte do sistema operacional


Ciclo de interrup o

Ciclo de interrupção

Ciclo de busca

Ciclo de execução

Ciclo de interrupção

Interrupções

inibidas

Executa

instrução

Verifica inter-

rupção: processa

interrupção

Busca nova

instrução

Início

Interrupções

permitidas

Parada


Tratamento da interrup o

Tratamento da interrupção

Algum controlador de

dispositivo gera uma

interrupção

Salva o resto da

informação de estado

do processador

UCP termina execução

da instrução corrente

H/W

S/W

UCP sinaliza

reconhecimento da

interrupção

Processa interrupção

UCP armazena

PSW e PC na

pilha de controle

Restaura a

informação de estado

do processador

UCP carrega novo

valor do PC baseada

na interrupção

Restaura PSW e PC

anteriores


Interrup es m ltiplas 1

Interrupções múltiplas (1)

  • Desabilita outras interrupções: seqüencial

    • UCP ignora outras interrupções enquanto processa uma interrupção

    • interrupções pendentes só são verificadas ao fim do tratamento da interrupção corrente

    • interrupções tratadas na ordem seqüencial de ocorrência

    • Quando terminar o tratamento, as interrupções são habilitadas.

  • Vant: simplicidade

  • Desv.: falta de critério


Tratamento seq encial

Tratamento seqüencial


Interrup es m ltiplas 2

Interrupções múltiplas (2)

  • Definição de prioridades

    • interrupções de menor prioridade podem ser interrompidas por interrupções de maior prioridade

    • quando há o término do tratamento da(s) de maior prioridade, UCP trata a(s) de menor prioridade


Tratamento com prioridades

Tratamento com prioridades


Tratamento com prioridades1

Tratamento com prioridades

t=0  instruções sendo executadas

t=10  interrupção devido impressora

  • passos de hardware e software

    t=15  rotina de tratamento ainda sendo executada

    linha de comunicação interrompe

    rotina é interrompida e estado salvo

    trata interrupção devido a linha de comunicação

    t=25  termina o tratamento devido a linha de com.

    restaura o tratamento devido a impressora

    ……


T cnicas de comunica o de e s

Técnicas de comunicação de E/S

  • E/S programado: (a)

  • E/S por interrupção: (b)

  • E/S por DMA: (c)


Exemplo leitura de um bloco

Insert Read

command to

I/O Module

Insert Read

command to

I/O Module

CPU I/O

CPU I/O

Do something

else

Read Status

of I/O

Module

Read Status

of I/O

Module

Issue Read

block command

to I/O module

Interrupt

CPU DMA

I/O CPU

Do something

else

I/O CPU

Not

Ready

Error

Condition

Error

Condition

Read status

of DMA

module

Check

Status

Check

Status

Interrupt

DMA CPU

Ready

Ready

Read word

from I/O

Module

Read word

from I/O

Module

Next Instruction

I/O CPU

I/O CPU

Write word

into memory

Write word

into memory

CPU Memory

CPU Memory

No

No

Done?

Done?

Yes

Yes

Next Instruction

Next Instruction

Exemplo: leitura de um bloco

(c)

(b)

(a)


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