Sistemas Operacionais

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

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. Função • Funções básicas de um computador são: • Processamento de dados • Armazenamento de dados • Movimentação de dados • Controle

7. Visão funcional Visão funcional de um computador Facilidade de armazenam. Equip. de moviment. de dados Mecanismo de controle Ambiente de operação Facilidade de processam.

8. Estrutura: visão macro Computador Periféricos UCP Memória principal Computador Sistema de comunicação E/S Linhas de comunicação

9. Estrutura: a UCP UCP Computador E/S Registradores ULA Sistem. Com. UCP Interconexão interna à UCP Memória Unidade de controle

10. Estrutura: unidade de controle Unid. de controle UCP Seqüencia- mento ULA Unid. controle Barra int. Registradores e decodificadores Regist. Memória de controle

11. Computador: visão macro

12. Ciclo de instrução Ciclo de busca Ciclo de execução Busca nova instrução Executa Instrução Início Parada

13. 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!)

14. 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

15. Organização da UCP • Funções da UCP: • buscar instruções • interpretar instruções • buscar dados • processar dados • UCP precisa fazer armazenamento temporário: registradores

16. 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

17. 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)

18. 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

19. 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)

20. Fluxo de controle em programa

21. Transferência de controle Programa do usuário Tratador de interrupção 1 2     i   i+1    M

22. 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

23. 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

24. 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

25. 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

26. Tratamento seqüencial

27. 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

28. Tratamento com prioridades

29. 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 ……

30. Técnicas de comunicação de E/S • E/S programado: (a) • E/S por interrupção: (b) • E/S por DMA: (c)

31. 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)