RICARDO DE MAGALHÃES SIMÕES - Sobre o Autor
Doutorando em Engenharia Elétrica, Mestre em
Informática (2006) e Bacharel em Ciência da Computação (2003), todos
pela Universidade Federal do Espírito Santo. Atualmente, Professor
Substituto de Informática no CEFET-ES, Professor de
Programação I no Curso Superior de Tecnologia em Análise e
Desenvolvimento de Sistemas à Distância no CEFET- ES, professor de
Sistemas Operacionais pela ESAB. Tem experiência na área de Ciência da
Computação, com ênfase em Desenvolvimento de Algorítmos, Educação de
Informática para estudantes do Ensino Médio, atuando principalmente nos
seguintes temas: Informática Básica, Programação nas linguagem C/C++/C#,
Java, Pascal.
Página pessoal:
Curriculo Lattes::
UNIDADE 4
Objetivo: Apresentar a estrutura de funcionamento dos
sistemas operacionais modernos e a relação existente entre as funções
do sistema operacional e os programas executados no computador.
1. Estrutura Do Sistema
O sistema operacional é utilizado para organizar e
controlar a realização das tarefas feitas no computador. Para que isso
aconteça de maneira ordenada, a relação atualmente utilizada entre os
componentes do sistema, isto é, o computador, o sistema operacional, os
programas, e até mesmo o usuário, é a seguinte:
O Usuário utiliza programas para realizar suas
atividades, esses programas são: aplicativos (Word, AutoCAD, Oracle),
utilitários (WinZip, MediaPlayer, MSN) e jogos (FIFA, Ragnarok,
Warcraft). Até mesmo o Painel de Controle do Windows XP é um programa:
“C:\Windows\System32\control.exe”.
Os programas em execução necessitam em determinados
instantes realizar o acesso a algum dispositivo, como o monitor de vídeo
ou a impressora, para apresentar o resultado de uma tarefa ou interagir
com o usuário. Imagine que um programa atualize um arquivo no disco-rígido.
O programa não pode acessar diretamente os dados no disco, pois é um
recurso compartilhado e sua utilização deve ser gerenciada pelo sistema
operacional. Para que isso aconteça, os programas executam algumas
operações com o auxílio do sistema operacional, essas operações são
realizadas utilizando-se funções denominadas “Chamadas ao Sistema”, ou “System Calls” em inglês.
O Sistema Operacional deve verificar qual usuário
está utilizando o computador naquele instante, se os programas em
execução estão ativos ou esperando alguma conclusão de uma tarefa, se não existe conflito entre os
programas, se os dispositivos conectados ao computador estão disponíveis
para utilização, dentre outras tarefas.
2. Funções do Sistema Operacional
As principais funções do Sistema Operacional são:
•Tratamento
de Interrupções: Durante a execução dos programas, o Sistema
Operacional deve estar preparado para tratar eventos inesperados. A
interrupção é gerada por um evento externo ao programa em execução, não
dependente da instrução que está sendo executada, como por exemplo, a
movimentação do mouse. Ao término de cada instrução do programa, o
processador verifica se houve a ocorrência de alguma interrupção e caso
haja, avisa o sistema operacional, para que o mesmo possa realizar as
devidas operações. O programa em execução será momentaneamente
paralisado, e para que possa retornar à execução posteriormente, um
determinado conjunto de informações sobre sua execução será armazenada.
As interrupções sempre são geradas por algum dispositivo do computador: disco-rígido, impressora, teclado, processador, etc.
•Tratamento
de Exceções: as exceções são semelhantes às interrupções, pois ambas
ocasionam a paralisação da execução dos programas ativos no computador. A
diferença entre ambas é que nas exceções a causa da paralisação é
originada em algum programa em execução. Por exemplo, em um programa que
realiza operações matemáticas não pode existir uma instrução que faça a
divisão de um número por zero, caso isso aconteça, essa instrução não
poderá ser executada (pois não existe resposta).
Quando ocorre uma exceção, o sistema operacional deve
emitir um aviso apenas no programa que causou a exceção indicando que
uma operação inválida foi executada. (De fato, a operação em si é
executada, se o sistema operacional estiver preparado para lidar com a
situação, apenas um aviso será exibido ao usuário, caso contrário, o
sistema inteiro pode falhar. Atualmente é comum o tratamento preventivo
de exceções dentro do próprio programa).
•Gerenciamento
de Programas: o sistema operacional é responsável por colocar em
execução, administrar e finalizar todos os programas executados no
computador. No gerenciamento é feita a alocação de memória, a
disponibilização de recursos, a administração dos programas em execução é
feita fornecendo a cada programa o devido tempo de utilização do
processador e dos dispositivos do computador.
•Gerenciamento
da Memória RAM: O sistema operacional deve a todo instante verificar a
disponibilidade de memória RAM no computador, para evitar que haja
travamento do sistema inteiro por falta de espaço para armazenamento dos
programas ou dados.
•Gerenciamento
de Arquivos: a criação, edição e exclusão de qualquer arquivo no
computador só acontecem com a permissão do sistema operacional. Nesta
etapa é feita a verificação do usuário que está solicitando acesso a um
determinado arquivo, qual programa será executado para manipulá-lo, e em alguns sistemas, é feito também o registro em um local separado do acesso ao arquivo pelo usuário, para fins de controle.
•Gerenciamento
de Dispositivos: todos os dispositivos conectados ao computador são
gerenciados pelo sistema operacional, onde é feita a verificação de
utilização do dispositivo, disponibilidade do dispositivo, liberação
para uso, entre outras funções.
•Suporte a
Redes: praticamente todos os principais sistemas operacionais
comercializados atualmente oferecem mecanismos de gerenciamento e acesso
às redes de computadores. Isto é feito por meio de controle de
computadores interconectados, protocolos de comunicação utilizados e
usuários que estão autorizados a utilizar os recursos disponíveis na
rede.
Além das tarefas citadas, atualmente os sistemas operacionais tem que possuir a seguinte característica:
Sistema
de Segurança: característica de muita importância nos dias de hoje,
devido à grande utilização da internet e dos recursos por ela
oferecidos. O sistema operacional deve garantir entre outras coisas que:
- Apenas programas confiáveis (que tenham a permissão do usuário) sejam executados no computador;
- Apenas usuários cadastrados previamente (ou autorizados momentaneamente) tenham acesso aos recursos do computador;
-
As informações armazenadas no computador só podem ser acessadas por usuários e programas autorizados a
manipulá-las.
3. Chamadas ao Sistema
Durante o projeto de Sistemas Operacionais as
maiores preocupações são: proteção do núcleo do sistema (kernel) e
controle do acesso aos recursos do computador. Se um determinado
programa realizar uma operação que comprometa ou bloqueie,
indevidamente, um ou mais recursos do computador, todos os outros
programas podem ficar comprometidos. Imagine que um programa acesse o disco-rígido
para gravar um arquivo, e não libere o disco mesmo depois de gravar,
todos os programas não terão acesso ao disco por causa disso.
Para organizar a execução dos programas, os sistemas
operacionais são feitos com um conjunto de rotinas denominado “Chamadas
ao Sistema”. Essas rotinas são responsáveis por executarem as operações
especiais de acesso aos recursos do computador e de acesso ao núcleo do
sistema. Através das informações passadas a uma rotina, que será
executada pelo próprio sistema operacional, garantindo assim o controle
de todos os recursos disponíveis no computador. Ao término da execução
da rotina uma resposta será enviada ao programa que solicitou a sua
execução.
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