Introdução aos Sistemas Operativos Flashcards

Question

Tipos de interrupções - Programas/Processos

Answer 1

✓ Programas/Processos – Resultam da execução de uma instrução tal como divisão por zero, overflow aritmético, tentativa de executar instrução inválida ou inacessível

Answer 2

✓ Timer – Interrupção criada por um temporizador existente no sistema. Esta interrupção permite que o SO tome periodicamente o controlo do CPU

Answer 3

✓ Entrada/Saída – Notificar o CPU do término de uma operação ou de erro

Answer 4

✓ Falha de hardware ▪ Erro de hardware, como falha na paridade da memória

Answer 5

✓CPU está a executar um processo ✓CPU recebe pedido de interrupções ✓Ao acabar o tratamento, o CPU regressa ao que estava a fazer ✓O que sucede quando ocorre uma interrupção: 1. Intervenção do hardware 2. Intervenção do software

Answer 6

✓Exemplo – CPU a processar interrupção do controlador do disco (bloco acaba de ser lido do disco duro) quando recebe interrupção do relógio de tempo real (interrupção periódica do sistema)? – Como atuar? ▪ Sistema aplica prioridades nas interrupções ▪ Sistema desativa interrupções quando está a tratar uma interrupção – Usualmente é seguida estratégia mista

Answer 7

✓Quando o CPU encontra uma instrução de E/S, o CPU envia um comando ao módulo apropriado de E/S – Exemplos: placa de rede (chegou novo pacote), controlador de disco (para leitura ou escrita de bloco)... ✓ A interação com E/S pode decorrer de três formas (dependendo do tipo de dispositivo) – E/S programado – E/S através de interrupções – Acesso direto à memória (DMA – Direct Access Memory)

Answer 8

✓O módulo de E/S executa a operação solicitada e quando terminada, ativa os bits correspondentes no registo de estado (“status register”) ✓O CPU verifica periodicamente o registo de estado por forma a determinar quando é que a operação solicitada está completa ✓Análise ao E/S programado – O nível de desempenho do sistema baixa substancialmente dado o CPU ter que periodicamente analisar o registo de estado

Answer 9

✓O CPU lança comando de E/S ao módulo apropriado e prossegue para executar outro processo ✓O módulo de E/S executa a operação, interrompendo o CPU quando precisa de interagir (e.g., dados estão disponíveis para serem transferidos pelo CPU) ✓O processador processa a interrupção (e.g., efetua a transferência dos dados) ✓Análise ao E/S através de interrupções – Melhor do que E/S programado, mas CPU ainda envolvido na transferência dos dados

Answer 10

✓Acesso direto à memória (DMA) – Os dados a transferir de/para o dispositivo são lidos/escritos diretamente na memória – O CPU praticamente apenas intervém no início da operação (para indicar a operação, a quantidade de dados, endereço em memória, etc.) ▪ CPU fica livre para efetuar outras operações ✓Análise ao E/S via DMA – Requer suporte de DMA por parte do dispositivo de E/S – Apenas se justifica para dispositivos que manipulam elevadas volumes de dados (e.g., discos duros, placas gráficas)

Answer 11

✓SO de desktops – Windows 1.0 a Windows 11, Linux, BSD (e outras variantes de unix), Mac OS X, etc. ✓SO para dispositivos móveis – Android, Apple iOS, Windows Phone 7, symbian OS, bada (Samsung) ✓SO de tempo real – Sistemas de hard realtime – Sistemas de soft realtime

Answer 12

✓Um computador é um conjunto de recursos orientados para o movimento, armazenamento e processamento de dados – O SO é responsável pela gestão desses recursos

Answer 13

✓Programa que controla a execução das aplicações – Na realidade trata-se de um conjunto (vasto) de programas ▪ Kernel do Linux 3.2 (2012): 15 milhões de linhas... ✓Interface entre aplicações e o hardware – Exemplo ▪ Uma aplicação não manipula diretamente um ficheiro ▪ A aplicação recorre a serviços do sistema operativo (através das funções “open”, “close”, “write”, “read”...)

Answer 14

✓Conveniência – Facilitar a vida ao utilizador/programador ✓Eficiência – Uso eficiente dos recursos dos sistemas ✓Capacidade para evoluir – As plataformas de hardware vão evoluíndo (rapidamente!) bem como as exigências dos utilizadores

Answer 15

▪ Desenvolvimento de aplicações ▪ Execução de programas ▪ Acesso a dispositivos de E/S ▪ Acesso controlado a ficheiros ▪ Acesso ao sistema ▪ Deteção de erros ▪ Contabilização de uso, recursos, etc.

Answer 16

✓Um SO tem quatro classes de utilizadores – Utilizador de aplicações – Programador de aplicações – Programador de sistemas – Administrador de sistemas ✓Cada classe de utilizadores tem necessidade diferentes

Answer 17

✓Utilizador de aplicações pretende... – SO fácil de usar e aprender (Idealmente, que nem seja preciso aprender) – SO que se adapte ao utilizador – SO que responda rapidamente às solicitações – SO sem surpresas (e.g.: apagar ficheiro sem avisar) – SO com alternativas na realização de tarefas ▪ Exemplo: – Alguns utilizadores preferem o rato, outros utilizadores preferem o teclado

Answer 18

✓Programador de aplicações – Acesso fácil a chamadas de baixo nível do SO ▪ Leitura de input via teclado, posição do rato – Visão consistente do sistema ao programador – Uso fácil de serviços de alto nível ▪ Criação de janelas, acesso a canais de comunicação via rede, ... – Portabilidade para outras plataformas

Answer 19

✓SO deve possibilitar... – fácil criação de programas corretos – fácil depuração de programas incorretos – fácil manutenção de programas – Fácil alterar/expandir programas

Answer 20

✓SO deve possibilitar... – Fácil acréscimo/remoção de dispositivos como discos, impressoras, ligações de rede, etc. – Segurança para e de todos os utilizadores do sistema, dados, etc. – Fácil atualização do sistema para novas versões – Fácil gestão de utilizadores – Boa gestão dos recursos do sistema

Answer 21

✓Tipos – SO mono utilizador, mono tarefa – SO multitarefa – SO não interativo (batch mode – processamento lotes) – SO multiutilizador / time-sharing – SO de tempo real – Sistemas virtualizados (Não é bem um sistema operativo)

Answer 22

✓O SO apenas executa um processo de cada vez ✓SO típico dos primórdios dos computadores pessoais: – SO simples e limitados – Interface de texto sem gráficos (linha de comandos) ✓Exemplo: – Microsoft DOS ▪ Limitado a 640 KB de memória

Answer 23

✓ SO suporta a execução “simultânea” de várias aplicações – Embora um só utilizador interativo ✓Requer a capacidade de comutação de tarefas – CPU executa parte de um processo, depois executa parte de outro, etc. – Tudo isso num curto intervalo de tempo – Utilizador pensa que os processos estão em execução simultânea ✓Qualquer SO recente é multitarefa (“Windows”, Linux, Mac OS X...) ✓O SO vai comutando as tarefas – Uma tarefa é substituída por outra quando: ▪ Já está há demasiado tempo a executar no CPU ▪ Requer o uso de um dispositivo de Entrada/Saída

Answer 24

✓Os recursos de um sistema de computação de alto desempenho são caros (e.g., supercomputador) ✓O SO não permite o uso interativo do sistema – Utilizadores recebem “lote de horas de computação” ✓Exemplo: 1000 horas ✓As tarefas devem ser autónomas: – Não podem parar a meio a pedir indicações aos utilizadores – Tarefas em lote (“batch processing”) – Existe um computador de acesso ▪ Frontend machine ✓Exemplos: – Computadores para a criação de imagens de síntese (“rendering farms”)

Answer 25

✓SO permite o uso simultâneo de vários utilizadores – Utilizadores ligados em sessões separadas – O tempo de CPU é partilhado pelos utilizadores (Timesharing) – Tarefas interativas devem ser tratadas rapidamente – Empregues inicialmente em sistemas de grande porte ▪ IBM OS 360, multics (anos 1960) – Atualmente: servidores de ficheiros, de bases de dados, servidores web

Answer 26

“Um sistema de tempo real é aquele em que o a exatidão dos cálculos não depende apenas sobre a exatidão lógica do cálculo, mas também no momento em que o resultado é produzido. Se as restrições de tempo não forem atendidas, diz-se que ocorreu uma falha no sistema." ✓Conceito de “latência”: – Na computação, designa-se por latência o tempo que medeia entre um evento e a resposta a esse mesmo evento

Answer 27

– Sistemas de hard realtime – garantem a execução das tarefas críticas dentro dos limites de tempo estabelecidos (e.g.: sistema ABS de uma viatura) – Sistemas de soft realtime – apenas é dada prioridade às tarefas críticas, não sendo garantida a sua execução dentro de limites de tempo estritos ▪ Muitas vezes, o “soft” realtime é especificado através de probabilidades

Answer 28

– Sistemas de suporte de vida (“e-care”) – Sistemas de controlo industrial – Sistemas de comunicações – Sistemas de controlo de tráfego aéreo, aeronaves – Sistemas de controlo de motores – Robótica, exploração espacial – Etc.

Answer 29

✓Definição de máquina virtual – Implementação via software de uma máquina (por exemplo, um computador) que executa programas / processos

Answer 30

✓Existem dois tipos de máquinas virtuais – Máquina virtual software – Máquina virtual sistema

Answer 31

– Máquina abstrata que implementa uma determinada “Instruction Set Architecture” (arquitetura virtual) – A máquina virtual disponibiliza alguns serviços ▪ Gestão de memória, gestão de fluxos de execução (threads), ... – Exemplos ▪ bytecode da JVM (Java Virtual Machine) ▪ CLI (Common Language Interface) do Microsoft .NET ▪ O código fonte dos programas é compilado para a arquitetura virtual: bytecode no java, CLR no .NET

Answer 32

✓(+) Portabilidade – Código pode ser executado em qualquer máquina física/SO, desde que exista uma implementação da máquina virtual para o SO em causa ✓(+) Programação – As máquinas virtuais software disponibilizam várias funcionalidades que facilitam a programação (Gestão de memória dinâmica, mecanismos de threading e sincronização, ...) ✓(-) Lentidão – Código é interpretado, o que torna a sua execução mais demorada

Answer 33

1. Escrita do código java (.java) 2. Compilação: o compilador cria uma representação em bytecode 3. O bytecode é executado na Java Virtual Machine (JVM)

Answer 34

* Software que cria a ilusão de um sistema físico (PC) dentro de um outro SO – (e.g. VmWare, Xen, Parallels, Virtual PC, Virtualbox, Virtual Iron, QEMU) * Uma máquina virtual sistema implementa uma máquina...dentro de outra máquina

Answer 35

✓ Uma máquina virtual sistema deve providenciar as seguintes funcionalidades: ➢Similitude ▪ O comportamento da máquina virtual sistema deve ser indistinto do comportamento de uma máquina física ➢Eficiência ▪ A máquina virtual deve providenciar um desempenho similar ao das máquinas físicas ➢Gestão de recursos ▪ A máquina virtual deve ter pleno controlo sobre os recursos que implementa (e.g. disco virtuais, rede virtual, etc.) ▪ A máquina virtual deve isolar as aplicações do sistema operativo hospedeiro

Answer 36

✓Quando se fala no contexto de máquinas virtuais sistema, fala-se em... – SO Hospedeiro ▪ SO que efetivamente executa o software de virtualização ▪ Aulas práticas: SO Windows dos laboratórios – SO Hóspede ▪ SO que corre na máquina virtual ▪ Raspbian (ou Ubuntu) no caso das aulas práticas ✓Designação anglo-saxonica – Host OS (hospedeiro) and guest OS (hóspede)

Answer 37

✓As máquinas virtuais ganharam muita relevância – Possibilitar a agregação de serviços, i.e., vários serviços executados em máquinas físicas separadas passam a ser executados em máquinas virtuais – Várias máquinas virtuais podem ser executadas na mesma máquina física ▪ Menos máquinas, menos custos (hardware, energia e recursos humanos) ✓Máquinas virtuais também são ótimas para testes – Vários SO podem correr numa mesma máquina

Answer 38

*Virtualização completa *Paravirtualização *Virtualização assistida por hardware

Answer 39

– Completa simulação do hardware físico – O SO hóspede pensa que está num sistema físico (não existem diferenças), a execução é transparente – Não é necessário modificar o SO hóspede ✓Exemplo: Vmware, QEMU, VirtualPC, VirtualBox

Answer 40

– Recorre a uma camada intermédia entre o SO hóspede e o hardware – O SO hóspede precisa de ser modificado – Apenas viável para SO de código aberto (Linux, etc.) – Não é viável para SO da família Windows (devido a motivos de licenciamentos, tecnologicamente a paravirtualização é viável) ✓Exemplo: Xen

Answer 41

– Tanto a INTEL como a AMD providenciam suporte para virtualização na plataforma x86 – AMD implementa o AMD-V (pacifica) – INTEL implementa o VT-x

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