Sistemas operacionais

Curso Superior de
Sistemas para Internet
Márcia de Oliveira Alves
Cuiabá 2011
Sistemas
Operacionais

GOVERNO FEDERAL
Dilma Rousseff
Presidente do Brasil
Fernando Haddad
Ministro da Educação
Jorge Almeida Guimarães
Presidente da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
José Carlos Teatini Climaco
Diretor de Educação a Distância da Universidade Aberta do Brasil (UAB) na CAPES
IFMT - INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATO GROSSO
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Reitor
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Pró Reitor de Ensino
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Coordenadora Adjunta UAB/IFMT
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Revisão de português
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A produção deste material didático obteve financiamento no âmbito do Programa Universidade
AbertadoBrasil,CAPES/FNDE/MEC.
Autoriza-se o uso e a reprodução da obra no âmbito do Sistema UAB e o IFMT desde que citada a
fonte.Évedadoousodestaobraparafinsdecomercialização.
Ficha Catalográfica
Alves, Márcia de Oliveira.
Márcia de Oliveira Alves.
Cuiabá: Publicação do IFMT, 2011.
123p.; 21 x 29,7 cm.
Sistemas Operacionais.

Sistemas Operacionais 2
Unidade I – Fundamentos de Sistemas Operacionais
Introdução aos Sistemas Operacionais
Estrutura do Sistema Operacional
Evolução dos Sistemas Operacionais
Tipos de Sistema Operacional
[Objetivos Específicos da Unidade I]
Propomos, nesta UNIDADE, levar você a:
• Compreender o papel de um Sistema Operacional no
gerenciamento dos dispositivos dos computadores.
• Discutir principais conceitos de Sistemas Operacionais

Fundamentos de Sistemas Operacionais
O que e mais importante o hardware ou o software? Olhe para o seu
microcomputador, como é possível essa caixa, cheio de componentes, ser capaz de
realizar tantas ações. Sem um software básico, isto e, um sistema operacional, essa caixa
não funciona, e sem um sistema operacional adequado, todos os recursos disponíveis
nesta caixa não serão aproveitados da melhor forma possível.
À medida que vamos conhecendo a função e a estrutura interna de um sistema
operacional, podemos relacionar esse conhecimento as situações que diariamente
vivenciamos ao utilizarmos um microcomputador.
Esta unidade trata de assuntos que vão conduzi-lo a um entendimento mais
analítico e criterioso sobre o funcionamento de um sistema computacional. O sistema
Operacional responsável pelo funcionamento desse sistema e composto de módulos que
determinam e classificam sua função.
Os tópicos serão apresentados de forma que você apreenda o conceito de
sistemas operacionais, sua função e seus módulos. E, para facilitar a sua aprendizagem,
serão propostas questões e orientações de estudo ao longo do texto.
Objetivamos que você adquira um conhecimento aprofundado da estrutura de um
sistema operacional. Para que isso ocorra, é fundamental que você seja capaz de
entender lógica de programação, bem como as várias técnicas utilizadas em estruturas de
dados.
Portanto, sugerimos
questões ao longo do texto para
apreensão de determinados
conceitos e, ao final da unidade,
você está convidado a verificar
seus conhecimentos por meio da
auto-avaliação, que deverá ser
enviada ao seu tutor.
Então, mãos à obra!
Introdução aos Sistemas
Operacionais:
Este assunto irá contribuir
para que você possa entender o
que e um sistema operacional
qual a sua função e seus
principais componentes.

Observe a figura abaixo.
Você poderia a partir dessa imagem, formular um conceito para Sistemas
Operacionais?
Vamos supor que você tenha respondido que um sistema operacional e o elemento
que interliga o hardware e usuário tendo em vista que o usuário não sabe falar a
linguagem de maquina. Se foi essa a sua resposta, esta parcialmente certa. Para
fazermos jus a um Sistema Operacional podemos conceituá-lo como?
Para entendermos esse conceito temos que ter bem definido duas funções básicas
de um Sistema Operacional.
• Facilidade de acesso aos recursos de um sistema
• Compartilhamento de recursos de forma organizada e segura.
Um computador normalmente possui diversos componentes, como monitor,
impressora, som e scanner. Quando utilizamos um desse dispositivo, não nos
preocupamos com a maneira como e realizada esta comunicação, bem como os inúmeros
detalhes envolvidos neste processo. Essa e uma das funções do Sistema Operacional.
Quando utilizamos o computador de forma compartilhada, disponibilizando
recursos com outros usuários, fica também a cargo do Sistema Operacional gerenciar
esse compartilhamento de forma segura e organizada.
Após esse conceito qual a sua visão de um Sistema Computacional?
Um computador visto somente como um gabinete composto de circuitos
eletrônicos, cabos e fontes de alimentação, ou seja, visto somente como o hardware, não
tem nenhuma utilizada. O sistema Operacional e um elemento vital para o funcionamento
do hardware.
A imagem abaixo poderia representar a sua visão de um Sistema Computacional?
Hardware
Sistema Operacional
usuários
Bem, acredito que sim.
Software responsável pela interface entre a máquina e o usuário e entre a maquina e
os aplicativos, exercendo funções que permitam o acesso seguro às informações contidas na
memória do computador.

Partindo desta visão podemos considerar o computador como uma maquina de
níveis ou camada.
Logicamente um computador não possui apenas dois níveis, e sim tantos níveis
forem necessários para adequar os usuários as suas diversas aplicações.
Uma estrutura padrão dos possíveis níveis de um sistema computacional pode ser
representada da seguinte forma:
Estrutura do Sistema Operacional
Bem, podemos explicar isso através dos
conceitos que envolvem a estrutura de um sistema
operacional.
O Sistema operacional é formado por um conjunto de rotinas que oferecem
serviços essenciais aos usuários, às suas aplicações, e também ao próprio sistema. A
esse conjunto de rotinas dá-se o nome de núcleo do sistema ou kernel.
É importante entender que os procedimentos de um sistema operacional são
referentes ao tratamento processos1 que são executados de forma concorrente ou
simultaneamente, ou seja, sem uma ordem específica ou predeterminada.
As principais funções do núcleo encontradas na
maioria dos sistemas comerciais são as seguintes:
Tratamento de interrupções e exceções:
função responsável por tratar alguns
eventos inesperados que podem ocorrer,
ocasionando um desvio forçado no seu
fluxo normal de execução. Criação e
eliminação de processos: função
responsável por alocar em memória todos
os recursos necessários à execução do processo.
1
É basicamente um programa em execução, sendo constituído de código executável do dado.
Utilitários
Circuitos Eletrônicos
Microprogramação
Linguagem de Máquina
Sistema Operacional
Aplicativos
Maquina de níveis
Você pode imaginar como são
realizadas as operações pelo sistema
operacional?
Você faz idéia de como o sistema
operacional resolve os conflitos de
informações que são manipuladas?

Escalonamento e controle de processos: função responsável por organizar a
fila de acesso ao processador.
Gerência de memória: função responsável por fornecer à função de
criação/eliminação de processos os endereços em memória disponíveis para
alocação;
Gerência de sistemas de arquivos: responsável pelo gerenciamento dos
arquivos, bem como seu compartilhamento pelos diversos usuários,
implementando mecanismos de controle da segurança e direitos de acesso
às áreas utilizadas pelos usuários nos diversos dispositivos;
Gerência de dispositivos de E/S: responsável por gerenciar os dispositivos,
prestando auxílio à criação/eliminação de processos e á gerência de
sistemas de arquivos no que diz respeito ao endereçamento e associação
de arquivos em periféricos;
Suporte a redes e teleprocessamento: é esta função que executa todos os
serviços de rede, fazendo o empacotamento das mensagens vindas dos
terminais para a CPU central e vice-versa, além de controlar e confirmar o
envio e recebimento de todas as mensagens que trafegam pela rede;
Contabilização de uso do sistema: responsável por contabilizar o uso de
todos os recursos do sistema consumidos pelos usuários e suas aplicações.
Auditoria e segurança do sistema: função extremamente importante, pois
detecta e registra (num arquivo especial de LOG) todas as ocorrências de
erro e violação de direitos de acesso ao sistema, aos arquivos, à memória e
a todos os recursos do sistema.
Você poderia responder por que existe esta preocupação?
Se a sua resposta está relacionada com o fato de que uma vez corrompido o
sistema poderá não funcionar, então você está correto.
“Uma grande preocupação no projeto de sistemas operacionais se refere à implementação de
mecanismos de proteção ao núcleo do sistema e também o controle de acesso aos serviços
oferecidos pelo sistema.”

Evolução dos Sistemas Operacionais:
Bom, diante desse conceito podemos concluir que o Sistema Operacional é
totalmente interligado com o hardware. Sendo assim, como eram os sistemas
operacionais dos primeiros computadores?
Ou melhor, como seriam os primeiros computadores?
“Para cada serviço disponível existe uma system call associada, e cada sistema
operacional possui seu próprio conjunto de chamadas.”

O ENIAC e considerado o primeiro computador digital e
eletrônico, foi desenvolvido por J. Presper Eckert e John
W. Mauchly, da Universidade da Pensilvânia. Este
computador realizou cálculos balísticos e foi utilizado no
projeto da bomba de hidrogênio. Possuía 17 mil
válvulas, 10 mil capacitores, 70 mil resistores, pesava
30 toneladas, consumia 140 quilowatts e era capaz de
executar 5 mil adições por segundo. Seu painel de
programação continha 6 mil conectores.
Curiosidade?
Vocês notaram que o processo de evolução apresenta categoria diferente de
software de gerenciamento e manipulação do hardware. Bem isso significa que em
cada uma dessas fases surgiu um tipo de Sistema Operacional.
Os Sistemas operacionais podem ser classificados em tres tipos:
Ultra-LSI
Arquiteturas Paralelas
Circuito Integrado 3-D

Os Sistemas Operacionais Monoprogramaveis/monotarefa eram voltados
tipicamente para a execução de um
único programa. Qualquer outra
aplicação, para ser executada,
deveria aguardar o término do
programa corrente. Neste tipo de
sistema, o processador, a memória e
os periféricos permanecem
exclusivamente dedicados à
execução de um único programa.
Os Sistemas Operacionais
Multiprogramaveis/Multitarefa
constituíram de uma evolução dos
sistemas monoprogramáveis, neste tipo de sistema os recursos computacionais são
compartilhados entre os diversos usuários e aplicações: enquanto um programa espera
por um evento, outros programas podem estar processando neste mesmo intervalo de
tempo.
Curiosidade
Memória
Principal
Dispositivos
de E/S
UCP
programa/
tarefa
Modo de execução dos sistemas monotarefa
Um dos cientistas da Bell Labs, Ken Thompson,
descobriu um pequeno microcomputador que
ninguém.
Estava usando e começou a escrever uma versão
simplificada monousuária que evoluiu para o SO
UNIX, que se tornou popular no mundo acadêmico,
entre órgãos do governo e entre muitas empresas
(Fonte:
http://www.geocities.com/geologo_1999/oquee.htm)

Tipos de Sistemas Multiprogramáveis/Multitarefa
Os Sistemas Operacionais com Múltiplos Processadores são caracterizados
por possuir duas ou mais CPUs interligadas e trabalhando em conjunto. A
vantagem deste tipo de sistema é permitir que vários programas sejam
executados ao mesmo tempo ou que um mesmo programa seja subdividido
em várias partes para serem executadas simultaneamente em mais de um
processador
Tipos de sistemas com múltiplos processadores

Sistemas Fortemente Acoplados
UCP UCP
Memória
Principal
Dispositivos
de E/ S
Dispositivos
de E/ S
Sistemas Fracamente Acoplados
UCP UCP
Memória
Principal
Memória
Principal
Dispositivos
de E/S
link de comunicação
Dispositivos
de E/ S
Os sistemas Fortemente acoplados podem ser divididos, quanto a sua organização
em: Assimétricos e Simétricos.
Sistema assimétricos
Nos sistemas assimétricos somente um processador pode executar os serviços do
sistema Operacional.
Exemplo:
Nos sistemas simétricos todos os processadores executam os serviços do sistema
Operacional.
Cada sistema tem sua
própria memória
individual.
Possui apenas uma memória a
ser compartilhada pelos
processadores do conjunto.
Se uma solicitação de Entrada é solicitada pelo usuário na UCP Slave (escrava) esse serviço será
requisitado a UCP Master (mestre)

Sistema Simétrico
NOTA:
Os sistemas Fracamente Acoplados podem ser divididos, quanto a sua
organização em: Redes e distribuídos.
Em um sistema em rede, existem vários computadores com seu próprio sistema
operacional, além de software que possibilitam ter acesso a outros componentes da rede.
O que define sistema distribuído é a existência
de um relacionamento mais forte entre os seus
componentes, em geral os sistemas operacionais são
os mesmo. Para o usuário e para suas aplicação é
como se não existisse uma rede, mas sim um único
sistema centralizado.
Sistema Distribuído
Síntese da Unidade:
Sistemas operacionais consiste em um software responsável pela
comunicação entre o hardware com os usuários e os aplicativos.
As duas principais funções de um sistema operacional e: facilidade de
acesso aos recursos computacionais e gerenciamento desses recursos.
Em sua estrutura interna, o sistema operacional possui o núcleo também
chamado de Kernel, que por sua vez é protegido pelos System Call.
A evolução de um sistema operacional esta diretamente ligada à evolução
do hardware. A cronologia de evolução foi estabelecida em cinco fases
Sistema de rede
Algumas funções de controle ficam a cargo de um único processador, dentre elas o BOOT.

distintas: 1ª fase (1645 – 1956), 2ª fase (1956 – 1965), 3ª fase (1966 –
1980), 4ª fase (1981 – 1990), 5ª fase (1991 - ).
De acordo com a evolução dos sistemas operacionais os mesmos foram
divididos em três tipos: Monoprogramáveis/monosuario,
multiprogramáveis/multarefa e múltiplos processadores.
Os Sistemas multiprogramáveis/multitarefa são subdivididos em Sistemas
em batch, sistema de tempo compartilhado e sistemas de tempo real.
Os sistemas para múltiplos processadores podem ser classificados em
sistemas fortemente acoplados e sistemas fracamente acoplados.
Os sistemas fortemente acoplados são classificados em: sistemas
assimétricos e sistemas simétricos.
Os sistemas fracamente acoplados. São classificados em: sistemas de
redes e sistema distribuído.
[ Auto-Avaliação ]
1. Como seria utilizar um computador sem um S.O. Quais são as duas principais
funções de um S.O?
2. Qual a relação da visão do usuário de um Sistema Computacional e o conceito
de uma máquina de níveis ou camadas?
3. Todos os sistemas operacionais possuem uma mesmo System Call?
4. Quais os tipos de S.O. existentes?
5. Assinale a Alternativa correta cujo conceito se caracteriza por: “possuir duas ou
mais CPUs interligadas e trabalhando em conjunto”.
a) ( ) Sistema monotarefa
b) ( ) Sistema Multiprogramaveis
c) ( ) Sistema Múltiplos processadores
d) ( ) Sistema monousuario
6. Qual a grande diferença entre sistemas mono e multiprogramáveis?
7. Quais as vantagens de sistemas multiprogramáveis?
8. Um sistema monousuário pode ser um sistema multiprogramável? Dê um
exemplo.
9. Quais são os tipos de sistemas multiprogramáveis?
10. Assinale a alternativa que corresponda ao conceito de “sistema batch”.
a)( ) voltados tipicamente para a execução de um único programa.
b)( ) Nesta modalidade, os programas eram submetidos para execução
através de cartões perfurados e armazenados em disco ou fita, para posterior
execução.

c)( ) permitem que diversos programas sejam executados a partir da divisão
de tempo do processador em pequenos intervalos.
d)( ) Um programa ocupa o processador o tempo que for necessário ou até
que apareça um outro com um nível de prioridade maior.
11. Como funcionam os sistemas de tempo compartilhado? Quais as vantagens em
utilizá-los?
12. Qual a grande diferença entre sistemas de tempo compartilhado e tempo real?
Quais aplicações são indicadas para sistemas de tempo real.
13. O que são sistemas com múltiplos processadores e quais as vantagens em
utilizá-los?
14. Qual a grande diferença entre sistemas fortemente acoplados e fracamente
acoplados?
[ Referências Bibliográficas ]
MACHADO, Francis Berenger ; MAIA, Luiz Paulo. “Arquitetura de Sistemas
Operacionais”, 2ª Edição, Ed. LCT, 1997.
SILBERSCHATZ, Abraham; GALVIN, Peter Baer. "Sistemas Operacionais:
Conceitos", quinta edição. Pearson Brasil, 2000.
TANENBAUM, Andrew S., WOODHULL, Albert S.. "Sistemas Operacionais -
Projeto e Implementação", segunda edição. Prentice-Hall, 2000.

Unidade II – Conceitos de Processos
Estado de um processo
Hierarquia entre os processos
Mecanismos de Interrupções
Programação Paralela
Especificação da concorrência em programas
Comunicação entre processos e seção Crítica
Starvation e Deadlock
[Objetivos Específicos da Unidade II]
• Compreender o papel de um Sistema Operacional no gerenciamento
dos dispositivos dos computadores.
• Discutir principais conceitos de Sistemas Operacionais

Gerência de Processos
O módulo anterior destacou as funcionalidades de um sistema operacional. Neste
módulo apresentaremos a unidade de trabalho de um sistema operacional: o processo, ou
seja, trataremos das requisições do usuário de do hardware.
À medida que vamos conhecendo a estrutura interna de um sistema operacional,
podemos relacionar esse conhecimento as situações que diariamente vivenciamos ao
utilizarmos um microcomputador.
profundo sobre o funcionamento de um sistema operacional, sobre como o sistema
manipula as ações que norteiam o funcionamento de um sistema computacional.
Os tópicos serão apresentados de forma que você apreenda o conceito de
processo, sua estrutura e as questões que envolvem a sua manipulação. E, para facilitar
a sua aprendizagem, serão propostas questões e orientações de estudo ao longo do
texto.
Objetivamos que você adquira um conhecimento que lhe permita identificar os
processos, as formas com que eles se comunicam e os principais problemas encontrados
em sua comunicação. Para que isso ocorra, é fundamental que você seja capaz de
entender lógica de programação, bem como as várias técnicas utilizadas em estruturas de
dados.
Portanto, sugerimos questões ao longo do texto para apreensão de determinados
conceitos e, ao final da unidade, você está convidado a verificar seus conhecimentos por
meio da auto-
avaliação, que
deverá ser enviada
ao seu tutor.
Então, mãos à
obra!
Processos:
Este assunto
irá contribuir para que
você possa entender
como um sistema
operacional funciona
internamente.
Você poderia a partir dessa imagem, formular um conceito sobre processo?

Acredito que não.
Então tentaremos explicar a figura acima:
Um processador é projetado apenas para executar instruções, não sendo capaz de
distinguir qual programa se encontra em execução. Um processo representará um
programa em execução, que tem suas informações mantidas pelo sistema operacional,
informações referentes ao próprio programa, tais como o nome do proprietário do mesmo
(contexto de software), informações referentes ao conteúdo dos registradores (contexto
de hardware), informações referentes à área de armazenamento (espaço de
endereçamento).
Dessa forma, a figura acima poderia ser vista da seguinte forma:
Vamos agora detalhar melhor cada um desses elementos:
Contexto de Software: neste contexto são especificados características e limites
dos recursos que podem ser alocados pelo processo, como número máximo de arquivos
abertos, prioridade de execução, número máximo de linhas impressas, etc. Muitas destas
características são criadas no momento da criação do processo, quando da sua alocação.
O contexto de software é composto por três grupos de informações:
Contexto de Hardware: armazena o conteúdo dos registradores gerais da CPU,
além dos registradores de uso específico. Quando um processo está em execução, o seu

contexto de hardware está armazenado nos registradores da CPU. No momento em que o
processo perde a utilização da CPU, o sistema salva as informações no contexto de
hardware do processo.
Espaço de endereçamento: é a área de memória pertencente a um processo
onde a instrução e os dados do programa são armazenados para execução. Cada
processo possui seu próprio espaço de endereçamento, que deve ser devidamente
protegido do acesso dos demais processos. Os contextos de software e de hardware não
fazem parte do espaço de endereçamento.
Depois desse detalhamento você deve estar se fazendo pelo menos duas
perguntas básicas:
Como todas esses informações são controlados pelo sistema Operacional?
Aonde essas informações são guardadas?
Eis a resposta:
Bloco de controle do processo (PCB): é a estrutura de dados que compõe o
processo, contendo os contextos de software e de hardware e o espaço de
endereçamento.

Estado de um processo
Num sistema multiprogramável, um processo não deve alocar a CPU com
exclusividade, de forma que possa existir um compartilhamento no uso do processador.
Os processos passam por diferentes estados ao longo do processamento, em função de
eventos gerados pelo sistema operacional, pelo hardware, ou pelo próprio programa. São
estados possíveis de um processo:
Mudanças de estado do processo
Um
processo muda
de estado
diversas vezes
durante sua
permanência no
sistema, devido
aos eventos
ocorridos durante
sua execução. As
possíveis mudanças de um estado são:

Hierarquia entre os processos
Um processo pode criar outros processos e que podem, por sua vez, criarem
também outros processos de maneira hierárquica. Quando um processo (Processo pai)
cria um outro processo, a este chamamos de subprocesso ou processo filho, e este
subprocesso poderá criar subprocessos que podem criar outros subprocessos etc...
gerando uma arvore hierárquica de processos.
Vantagens: evita que o usuário tenha que esperar que um processo termine para
que sua requisição seja processada melhorando o desempenho do sistema
Desvantagens: a)Este tipo de recurso somente está disponível para alguns tipos de
Sistemas Operacionais; b) a limitação do hardware pode depois de um certo
numero de subprocessos tornar crítica a situação gerando erros no sistema.

Para Refletir:
Subprocessos & Threads
Os Subprocessos possuem cada, um endereçamento
protegido já as threads compartilham o mesmo
endereçamento sem proteção permitindo que uma
altere os dados de outra. As threads trabalham
cooperativamente, desempenhando tarefas em
conjunto.

Tipos de Thread:
Monothread - para ambiente que permita apenas uma thread.
Multithread - usada em ambiente que permite várias threads, cada processo pode
responder a várias solicitações. Havendo mais de um processador as threads podem
operar simultaneamente.
Tipos de Processos
Processos do Sistema: São processos que oferecem os serviços do sistema
operacional aos usuários
• Auditoria e segurança
• Serviços de rede
• Contabilização do uso de recursos
• Contabilização de erros
• Gerência de impressão
• Gerência de jobs batch
• Temporização
• Comunicação de eventos
Processos do
Usuário: São processos
que representam as tarefas
programadas pelo usuário.
Os processos em
execução, do usuário,
podem assumir dois tipos
diferentes, de acordo com
suas características de uso
de CPU e periféricos:
Classificação dos
Processos quanto o
relacionamento
Independentes: caso
a sua execução não
afete e não seja
afetada pela
execução de um
outro processo.

Cooperantes: quando interage (troca de informações) com outros processos
presentes no sistema.
Classificação dos Processos quanto o Canal de Comunicação
Processos Foregroud: é aquele que permite a comunicação direta do usuário
com o processo durante o processamento.
Processos Background: é aquele que não possui um canal de comunicação com
o usuário durante o processo.
Mecanismos de Interrupções
Durante a execução de um programa, alguns eventos inesperados podem ocorrer,
ocasionando um desvio forçado no seu fluxo de execução. Estes tipos de eventos são
conhecidos por interrupção ou exceção e podem ser conseqüência da sinalização de
algum dispositivo de hardware externo ao processador ou da execução de instruções do
próprio programa.
Esse mecanismo é realizado tanto por hardware quanto por software.

Programação Paralela
A possibilidade de o processador executar instruções em paralelo com operações
de E/S permitem que diversas tarefas sejam executadas concorrentemente. O conceito de
concorrência é o principio básico para o projeto e a implementação dos sistemas
multiprogramáveis.
A utilização concorrente da UCP deve ser implementada de maneira que, quando
um programa perde o uso do processador e depois retorna para continuar sua execução,
seu estado deve ser idêntico ao do momento em que foi interrompido. O programa deverá
continuar sua execução exatamente na instrução seguinte àquela em que havia parado,
aparentando ao usuário que nada aconteceu.

Especificação da concorrência em programas
A especificação da concorrência em programas pode ser expressa em diversas
notações. As mais utilizadas são os comandos FORK e JOIN (Conway, 1963 e Dennis e
Van Horn, 1966) e os comandos PARBEGIN e PAREND (Dijkstra, 1965).
FORK e JOIN: O processo pai executa concorrentemente com o processo filho. O
programa A começa a ser processado e, ao encontrar o comando FORK, cria outro
processo (ou subprocesso, ou filho) para a execução do programa B. O comando JOIN
determina o ponto onde A sincroniza com B, isto é, o programa A só prossegue, a partir
do comando JOIN, quando B terminar.
PARBEGIN e
PAREND: O processo pai
espera que o processo filho
termine. Os subprocessos
contidos após o comando
PARBEGIN serão
executados
concorrentemente, numa
ordem imprevisível. O
ponto de sincronização é definido pelo comando PAREND, sendo que os comandos a

partir dele somente serão executados quando todos os outros já tiverem terminado.
Devido à sua facilidade de compreensão e simplicidade podem ser facilmente adicionados
em uma linguagem de alto nível.
Comunicação entre processos e seção Crítica
Muitas vezes podemos ter processos trabalhando juntos na solução de um
problema, utilizando para tanto recursos comuns, tais como: (a) posição da memória; (b)
arquivo comum.
Bom, esse acesso concorrente a dados compartilhados pode resultar em
inconsistências.
Diante dessa situação é extremamente importante a existência de mecanismos que
garantam a comunicação entre processos. Esses mecanismos são denominados de
mecanismo de sincronização.
Como primeiro método para controlar o acesso a um recurso compartilhado
propõe-se declarar uma seção de código como sendo crítica, para em seguida controlar o
acesso a essa região.
Essa seção foi denominada de:
• Região Crítica: parte do código do programa onde é feito o acesso ao
recurso compartilhado, ou seja, é à parte do programa cujo processamento
pode levar à ocorrência de condições de corrida.
Ou seja,
Condição de corrida
A situação onde diversos
Processos acessam e
manipulam recursos
Compartilhados de forma
concorrente.

O segundo método propõe um acesso mutuamente exclusivo, ou seja, o
impedimento de dois ou mais processos a variáveis de memória ao mesmo tempo.
Solução de Hardware para o problema da exclusão mútua
As características do hardware podem tornar a tarefa de programação mais fácil e
melhorar a eficiência do sistema. O problema de seção crítica pode ser resolvido em um
ambiente monoprocessador bastando desabilitar a ocorrência de interrupções. Em
algumas máquinas existem instruções especiais que evitam este problema. Dentre estas
instruções pode-se destacar: Desabilitação de interrupções e instrução Test-And-Set.
Desabilitação de interrupções:
Consiste na inibição das interrupções na
entrada da seção crítica e a sua ativação na saída
da seção crítica.
Test-And-Set: Essa instrução lê uma
locação de memória (lock) e atualiza o valor do
registrador (R1), em seguida escreve a locação de memória (lock) com o conteúdo de um
registrador (R1) e realiza a leitura e a escrita atomicamente, em um único ciclo de
barramento (ciclo readmodify-write), ou seja, as instruções executam sem interrupção
(indivisíveis).
Exemplo:

A implementação da exclusão mútua entre produtor e consumidor com a instrução TAS
Solução de Software para o problema da exclusão mútua
As soluções para problemas de seção crítica não são fáceis de generalizar em
problemas complexos. Para superar esta dificuldade podemos usar algumas ferramentas
de sincronização, tais como: Semáforos e
Monitores.
SEMÁFOROS: Um semáforo S
consiste em uma variável inteira que,
alem da inicialização, só é acessada
através de duas operações-padrão: P e V
Estas operações receberam seus nomes
dos termos holandeses P de poberen, que
significa testar e V de verhogen, que
significa incrementar.
Importante Saber
Monitores: Consiste de um módulo contendo: rotinas, estruturas de dados e
variáveis de condição, que a cada instante permite que apenas um processo pode estar
executando uma rotina do monitor.
Exemplo de utilização de semáforo
Uma das vantagens de se utilizar os semáforo esta na irrelevância da a
ordem de execução das operações. Pois uma primitiva V dispara antes
de um P, “guarda” sua ocorrência no valor do semáforo.

Estrutura de um monitor
Nota
Fluxo de um monitor: As variáveis de condição são estruturas do tipo fila, onde os
processos esperam por algum evento. Duas operações se realizam sobre as variáveis de
condição:
wait(c): processo passa a esperar na fila da condição c, quando esta impede a
continuação da execução;
signal(c): desperta o processo esperando na fila da condição c. A instrução signal
deve ser a última do procedimento, de modo que o processo abandone imediatamente o
procedimento.
Fluxo de um monitor
Starvation – Deadlock
Alguns problemas surgem na implementação de soluções para os problemas de
comunicação e devem ser resolvidos antes destes. Os mais comuns são: Starvation e
DeadLock.
Starvation (inanição): ocorre quando dois ou mais processos esperam por um
recurso alocado. Na decisão de qual processo ganhará o acesso ao recurso
compartilhado, se o Sistema Operacional o fizer de modo aleatório ou através de
Esse tipo de solução implementa automaticamente, a exclusão mútua entre seus
procedimentos. Cabe notar que o monitor permite a execução de um procedimento
seu, mesmo que um ou mais processos estejam no estado de espera.

prioridades, pode ser que um processo nunca seja escolhido. Para resolver este problema
utiliza-se um mecanismo de fila, aonde o primeiro a chegar é o primeiro a ser atendido
(FIFO).
Deadlock (bloqueio total)
Um conjunto de processos
bloqueados cada um utilizando um
recurso e esperando que outro libere
um outro recurso para dar
continuidade ao seu trabalho.
Exemplo 01:

Exemplo 02:
Sintese da Unidade:
Processo representa um programa em execução que tem suas informações
mantidas pelo sistema operacional, informações referentes ao próprio programa, tais
como o nome do proprietário, conteúdo dos registradores e espaço de endereçamento.
Um processo é composto de três partes: Contexto de Software, Contexto de
Hardware e espaço de endereçamento.
O processo é implementado através de um Bloco de Controle de Processo (PCB)
Os processos passam por diferentes estados ao longo do processamento: criação,
execução, pronto e espera.
Um processo muda de estado diversas vezes durante a sua permanência no
sistema: criação->pronto; pronto->execução, execução->pronto, execução->espera,
espera->pronto e execução->saída.
Um processo pode hierarquicamente ser dividido em subprocessos.
Threads. Consistem um uma unidade básica de utilização da CPU, ou seja, uma
linha de execução de um processo.
Os Processos se dividem em dois tipos: Processos do sistema e Processo do
usuário.
Interrupções e exceções consistem em eventos inesperados que podem que
podem ocorrer durante a execução de um programa.
O conceito de programação paralela é o principio básico para o projeto e a
implementação dos sistemas multiprogramáveis.
Para a especificação da concorrência em programas são utilizadas as notações:
FORK e JOIN, PARBEGIN e PAREND.
Região Crítica: parte do código do programa onde é feito o acesso ao recurso
compartilhado.
Exclusão mútua consiste no impedimento de dois ou mais processos a variáveis de
memória ao mesmo tempo.
Desativação de Interrupções e Instrução Test-And-Set consistem em Solução de
hardware para o problema de exclusão mútua.
Semáforos e Monitor consistem em Solução de Software para o problema de
exclusão mútua.
Starvation ocorre quando dois ou mais processos esperam por um recurso alocado.
Um sistema tem duas unidades de gravação. P1 e p2,
possuem um recurso e estão aguardando a liberação do
outro.

Deadlock é conjunto de processos bloqueados cada um utilizando um recurso e
esperando que outro libere um outro recurso para dar continuidade ao seu trabalho
1) Explique em que consiste um processo.
2) Qual função de um processo?
3) Como é formado um processo?
4) Como o processo é implementado pelo Sistema Operacional?
5) quais os estados possíveis de um processo?
6) explique a diferença entre um subprocesso e uma thread.
7) Explique a classificação dos processos quanto o canal de comunicação.
8) Exemplifique uma exceção.
9) Qual o contexto do método que fundamenta a região crítica?
10) Que solução é necessária para garantir a implementação da região
crítica?
11) Defina semáforo?
12) Explique a vantagem de se utilizar o mecanismo monitor como solução
para os problemas de sincronização?
13) Explique a diferença entre Starvation e Deadlock?
[ Referências Bibliográficas ]

Unidade III – Gerência do Processador
Gerência do Processador
O bloco descritor de processo
Coordenação do chaveamento de contexto
Processos Versos Threads
Escalonadores
Gerência de Dispositivos de Entrada e Saída (E/S)
Operações de E/S
Subsistema de E/S
Controladores de periféricos
[Objetivos Específicos da Unidade III]
• Compreender as implicações arquiteturais de um sistema
multiprogramável.
• Identificar os mecanismos de comunicação entre processos.
• Conhecer os mecanismos de escalonamento entre processos.
• Caracterizar os gerenciadores de dispositivos de E/S.

Gerencia do Processador
O módulo anterior destacou a unidade de trabalho de um sistema operacional.
Neste módulo apresentaremos os elementos necessários para operacionalizar essa
unidade de trabalho, ou seja, os elementos que manipularam e gerenciaram a execução
de um processo.
Todos os conceitos e exemplos apresentados nesta unidade, simplesmente nos
permitirão compreender situações quase imperceptíveis ao usuário final.
profundo sobre a execução de mais de um programa em um mesmo intervalo de tempo,
bem como o gerenciamento dos dispositivos de Entrada e Saída por mais de um usuário
ou uma aplicação.
Os tópicos serão apresentados de forma que você apreenda a função do módulo
de gerência do processador e da gerencia dos dispositivos de Entrada e Saída. E, para
facilitar a sua aprendizagem, serão propostas questões e orientações de estudo ao longo
do texto.
Objetivamos que você adquira um conhecimento que lhe permita identificar as
funções de um gerenciador de processos e as características do processo de
gerenciamento de dispositivos de entrada e saída. Para que isso ocorra, é fundamental
que você seja capaz de entender lógica de programação, bem como as várias técnicas
utilizadas em estruturas de dados.
meio da auto-avaliação, que deverá ser enviada ao seu tutor.
Gerencia do Processador
Este assunto irá contribuir para que você possa entender como um sistema
operacional trata a existência e a execução de vários processos em um mesmo intervalo
de tempo, bem como simultaneamente.
Observe a imagem abaixo:

Você Sabia?
Diante deste contexto você pode definir qual seria a função da gerência do
processador?
Podemos dar uma idéia:
Para tanto esse módulo do Sistema Operacional deverá disponibilizar Algoritmos
de escalonamento capazes de gerenciar essa ação.
Algoritmos de escalonamento ?????
Bom, Algoritmos de escalonamento é ......
Espere aí,
Antes de tratarmos desse assunto, vamos recapitular alguns
conceitos importantes para compreensão desse novo conceito.
Bloco Descritor de um Processo ou Bloco de Controle do Processo
Na unidade anterior vimos o conceito de Processo como um programa em
execução que possui uma série de estados (criação, pronto, execução, espera, etc).
Para representar sua evolução no tempo, gerenciar processos quanto à
organização de filas de processos nos diferentes estados, quanto a determinação de
eventos que realizam a transição entre os estados e quanto a determinar de quando e
como um processo tem direito a “utilizar” o processador para sua execução, o Sistema
operacional necessita manter uma série de informações a respeito do processo.
Para possibilitar essas tarefas, teremos:
Que o uso da multiprogramação pressupõe a existência de
simultânea de vários processos disputando o processador
“intermediar” a disputa dos processos pelo direito de
processamento de forma justa e eficiente.

Importante saber
Bem, sabemos que um processo pode assumir pelo mesmo quatro estados
básicos:
Já vimos também que Um processo muda de estado diversas vezes durante sua
permanência no sistema, devido aos eventos ocorridos durante sua execução:

Coordenação do chaveamento de contexto
Esta Coordenação consiste em uma ação realizada pelo sistema operacional que
do ponto de vista do processo é como se ele nunca tivesse deixado de ser executado.
Características:
Salva o contexto do processo;
Atualiza o estado do processo que está em execução no seu descritor do processo;
Insere o descritor do processo na fila apropriada (pronto, espera);
Seleciona outro processo para execução;
Atualiza descritor de processos do processo selecionado;
Atualiza estruturas de dados
associadas com gerência de memória e
de dispositivos de entrada e saída;
Restaura contexto do processo
selecionado;
Quando se deve chavear
Quando houver qualquer tipo de
interrupções (falta de memória,
Operação de E/S, relógio)
Quando houver traps (condições
anormais)
Quando houver alguma chamada ao sistema (operação de E/S)
Processos Versos Threads
O Processo: Conforme vimos na unidade anterior, o processo utiliza um espaço de
endereço e uma única linha de controle
O Modelo do Processo

Agrupamento de recursos (espaço de endereço com texto e dados do programa;
arquivos abertos, processos filhos, tratadores de sinais, alarmes pendentes etc);
Execução
Threads: No conceito de thread trabalhado até o momento, caracteriza a thread
como uma unidade básica de utilização da CPU que utiliza um espaço de endereço e
múltiplas linhas de controle.
O Modelo da Thread
Recursos particulares (PC, registradores, pilha)
Recursos compartilhados (espaço de endereço – variáveis globais, arquivos
etc)
Múltiplas execuções no mesmo ambiente do processo – com certa
Os Processos possuem cada, um endereçamento protegido já as threads
compartilham o mesmo endereçamento sem proteção permitindo que uma altere os
dados de outra. As threads trabalham cooperativamente, desempenhando tarefas em
conjunto.
Tipos de Processos
Processos do Sistema: São
processos que oferecem os serviços
do sistema operacional aos usuários
Auditoria e segurança
Serviços de rede
Contabilização do uso
de recursos
Contabilização de erros
Gerência de impressão
Gerência de jobs batch
Temporização
Comunicação de eventos
Processos do Usuário: São processos que representam as tarefas programadas
pelo usuário. Os processos em execução, do usuário, podem assumir dois tipos
diferentes, de acordo com suas características de uso de CPU e periféricos:
CPU Bound: Um processo limitado por UCP (CPU-bound) gera
pedidos de E/S com pouca freqüência

Tipos de Thread:
Monothread - para ambiente que permita apenas uma thread.
Multithread - usada em ambiente que permite várias threads, cada processo pode
responder a várias solicitações. Havendo mais de um processador as threads podem
operar simultaneamente.
Depois de todos esses conceitos, você é capaz de apresentar alguns
exemplos de thread?
Bom segue abaixo alguns exemplos. Espero que você tenha pensado em pelo
menos um deles.

Escalonadores
Conforme comentamos, em alguns momentos podemos ter dois ou mais processos
aptos a utilizar o processador para ser executado. Nesse instante, o sistema operacional
deve decidir qual dos processos aptos, armazenados em uma fila, será escolhido para
rodar primeiro. Essa tarefa e a tomada de decisão é feita pelo escalonador de processos
(parte do sistema operacional) através da implementação de alguns algoritmos de
seleção, denominados algoritmos de escalonamento.
Então podemos definir escalonador como:
Objetivos do escalonamento:
Maximizar a utilização do processador
Maximizar a produção do sistema (throughput)
Número de processos executados por unidade de tempo
Minimizar o tempo de execução (turnaround)
Tempo total para executar um determinado processo
Acredito que depois das situações, ações apresentadas você já deva fazer idéia do que vem
a ser um escalonador.
Uma a entidade do sistema operacional responsável por selecionar um
processo pronto para ser executado pelo processador, dividir o tempo do
processador de forma justa entre os processos prontos a serem
executados

Minimizar o tempo de espera
Tempo que um processo permanece na lista de aptos
Minimizar o tempo de resposta
Tempo decorrido entre uma requisição e a sua realização
Níveis de escalonamento:
Longo prazo
Médio prazo
Curto prazo
Escalonador longo prazo:
Executado quando um novo processo é criado
Determina quando um processo novo passa a ser considerado no
sistema, isto é, quando após sua criação ele passa a ser apto;
Controla o grau de multiprogramação do sistema
Quanto maior o número de processos ativos, menor a porcentagem de
tempo de uso do processador por processo
Escalonador médio prazo:
Associado a gerência de memória
Participa do mecanismo de swapping
Suporte a multiprogramação
Grau de multiprogramação
Escalonador de curto prazo
Determina qual processo apto deverá utilizar o processador
Executado sempre que ocorrem eventos importantes:
Interrupção de relógio
Interrupção de entrada/saída
Chamadas de sistemas
Sinais (interrupção software)

Tipos de escalonador: Uma vez escalonado, o processo utiliza o processador até
que:
Não preemptivo:
Término de execução do processo
Execução de uma requisição de entrada/saída ou sincronização
Liberação voluntária do processador a outro processo (yield)
Preemptivo:
Término de execução do processo
Execução de uma requisição de entrada/saída ou sincronização
Liberação voluntária do processador a outro processo (yield)
Interrupção de relógio
Processo de mais alta prioridade esteja pronto para executar
Importante saber:
Tipos de Algoritmos não preemptivos - escalonadores que permitem que os
processos rodem até o fim de sua execução sem ser interrompidos por eventos externos.
FIFO
SJF
Tipos de Algoritmos preemptivos - escalonadores que são capazes de
suspender processos que poderiam continuar executando.
Os algoritmo de escalonamento seleciona qual processo deve executar em um determinado instante de
tempo, para tanto, existem vários algoritmos para atingir os objetivos do escalonamento que buscam
obter bons tempos médios invés de maximizar ou minimizar um determinado critério e privilegiar a
variância em relação a tempos médios.

Round robin (circular)
Múltiplas filas
Segue a seguir características e funcionamento de cada um desses algoritmos:
FIFO - First In First Out : É o algoritmo mais simples de implementar, onde o
processador possui uma fila associada para armazenar os processos que estão aptos a
executar.
Funcionamento:
Processos que se tornam aptos são inseridos no final da fila
Processo que está no início da fila é o próximo a executar
Processo executa até que:
Libere explicitamente o processador
Realize uma chamada de sistema (bloqueado)
Termine sua execução
Desvantagem:
Prejudica processos I/O bound
Tempo médio de espera na fila de execução, varia de acordo com a ordem do
processo:
Ordem A-B-C-D = (0 + 12 + 20 + 35 ) / 4 = 16.75 u.t.
Ordem D-A-B-C = (0 + 5 + 17 + 25 ) / 4 = 11.7 u.t.
SJF - Shortest Job First: Para usar este algoritmo precisamos conhecer
antecipadamente o tempo de execução de cada processo, o que é difícil. A idéia é alocar
o processador para o menor job da fila. O fato é que o menor tempo médio é obtido

quando se executa primeiro os processos de menor ciclo de processador (I/O bound).
Portanto, os processos I/O bound são favorecidos.
RR - Round Robin : A cada processo atribuímos um tempo durante o qual ele
poderá utilizar o processador. Denominamos este intervalo de tempo de quantum. Além
disso, este algoritmo é similar ao algoritmo FIFO, pois também mantemos uma fila, agora
circular, para armazenar os processos.
Para a execução existe a necessidade de um relógio para delimitar as fatias de
tempo.
O processo perde o processador quando:
Libera explicitamente o processador
Realize uma chamada de sistema (bloqueado)
Termina sua execução

Quando sua fatia de tempo é esgotada
Escalonadores por prioridades: A cada processo pode ser atribuída uma
prioridade, associar prioridades a processos I/O bound pode compensar o tempo gasto
em estado de espera. Sempre que um processo de maior prioridade que o processo
atualmente em execução entrar no estado espera deve ocorrer uma preempção.
Prioridade estática: Um processo é criado com uma determinada prioridade e esta
prioridade é mantida durante todo o tempo de vida do processo

Prioridade dinâmica: Prioridade do processo é ajustada de acordo com o estado
de execução do processo e/ou do sistema Ex.: ajustar a prioridade em função da fração
do quantum que foi realmente utilizada pelo processo q = 100 ms
Implementação de escalonador com prioridade estática (Múltiplas filas): Neste
tipo de algoritmo as prioridades são atribuídas à classes de processos (de acordo com o
tipo de processamento), cada qual com sua própria fila de prontos com seu mecanismo
de seleção. Os Processos das classes de maior prioridade recebem o processador e os
processos das classes de menor prioridade só receberá o processador se as filas de
prontos das outras classes (de maior prioridade) estiverem vazias.

Implementação de escalonador com prioridade dinâmica (Múltiplas filas com
realimentação)
Neste tipo de algoritmo de escalonamento os p processos podem migrar entre as
classes (adaptabilidade) de acordo com seu comportamento, identificado pelo sistema
O processo entra na fila de maior prioridade, a qual também possui a maior fatia de
tempo
Se o processo perde o processador para um de uma fila de maior prioridade,
permanece na mesma fila de prontos. Se perder por preempção, é direcionada para a fila
seguinte, de menor prioridade;
As filas de maior prioridade implementam políticas FIFO, enquanto que a de menor
prioridade implementa um mecanismo circular (round robin)
Gerência de Dispositivos de Entrada e Saída (E/S)
A gerência de dispositivos de entrada/saída é uma das principais e mais complexas
funções de um sistema operacional. Sua implementação é estruturada através de
camadas em um modelo semelhante ao apresentado para o sistema operacional como
um todo.

Operações de Entrada/Saída :
Você Sabia?
A implementação de um dispositivo chamado controlador ou interface permitiu a
UCP agir de maneira independente dos dispositivos de E/S. Com esse novo elemento, a
UCP não se comunicava mais diretamente com os periféricos, mas sim através do
controlador. Isso significa as
instruções de E/S, por não ser mais
preciso especificar detalhes de
operação dos periféricos, tarefa
esta realizada pelo controlador.
Com a implementação do
mecanismo de interrupção no
hardware dos computadores, as

operações de E/S puderam ser realizadas de uma forma mais eficiente. Em vez de o
sistema periodicamente verificar o estado de uma operação pendente, o próprio
controlador interrompia a UCP para avisar do término da operação.
Funcionamento:
Com esse mecanismo, denominado E/S controlada por interrupção, a UCP, após a
execução de um comando de leitura ou gravação, fica livre para o processamento de
outras tarefas.
O controlador por sua vez, ao receber, por exemplo, um sinal de leitura, fica
encarregado de ler os blocos dos discos e armazená-los em memória ou registradores
próprios.
Em seguida, o controlador, através de uma linha de controle, sinaliza uma
interrupção ao processador.
Quando a UCP atende a interrupção, a rotina responsável pelo tratamento desse
tipo de interrupção transfere os dados dos registradores do controlador para a memória
principal.
Ao término da transferência, a UCP volta a executar o programa interrompido e o
controlador fica novamente disponível para outra operação.
Vantagem:
A operação de E/S controlada por interrupção é muito mais eficiente que a
operação de E/S controlada por programa, já que elimina a necessidade de a UCP
esperar pelo término da operação;
Permitir que várias operações de E/S sejam executadas simultaneamente.
Desvantagem:
sobrecarregava a UCP, uma vez que toda transferência de dados entre memória e
periféricos exigia a intervenção da UCP.
A técnica de DMA: Permite que bloco de dados seja transferido entre memória e
periféricos, sem a intervenção da UCP, exceto no início e no final da transferência.
Quando o sistema deseja ler ou gravar um bloco de dados, são passadas da UCP para o
controlador informações como: onde o dado está localizado, qual o dispositivo de E/S

envolvido na operação, posição inicial da memória de onde os dados serão lidos ou
gravados e o tamanho do bloco de dados. Com estas informações, o controlador realiza a
transferência entre o periférico e a memória principal, e a UCP é somente interrompida no
final da operação. A área de memória utilizada pelo controlador na técnica de DMA é
chamada buffer, sendo reservada exclusivamente para este propósito.
Funcionamento: O canal de E/S é um processador com capacidade de executar
programas de E/S, permitindo o controle total sobre operações de entrada e saída. As
instruções de E/S são armazenadas na memória principal pela UCP, porém o canal é
responsável pela sua execução. Assim, a UCP realiza uma operação de E/S, instruindo o
canal para executar um programa localizado na memória (programa de canal). Um canal
de E/S pode controlar múltiplos dispositivos através de diversos controladores. Cada
dispositivo, ou conjunto de dispositivos, é manipulado por um único controlador. O canal
atua como um elo de ligação entre a UCP e o controlador.
Técnicas para gerenciamento das operações de E/S:
Buffering – O buffering é outra implementação para minimizar o problema da
disparidade da velocidade de processamento existente entre a UCP e os dispositivos de
E/S. O objetivo do buffering é manter, na maior parte do tempo, UCP e dispositivos
ocupados. Esta técnica consiste na utilização de uma área de memória para a
transferência entre os periféricos e a memória principal denominada buffer.

Spooling – A técnica de spooling (simultaneos peripheral operation on-line) foi
introduzida no final dos anos 50 para aumentar a produtividade e a eficiência dos SOs. O
objetivo dessa técnica era armazenar os vários programas e seus dados, também
chamados de jobs, em um meio magnético e, em seguida submetê-los a processamento.
Desta forma, a UCP poderia processar seqüencialmente cada job, diminuindo o tempo de
execução dos jobs e o tempo de transição entre eles.
A técnica de buffering permite que um job utilize
um buffer concorrentemente com um dispositivo de
E/S. O spooling, basicamente, utiliza os disco como um
grande buffer, permitindo que dados sejam lidos e
gravados em disco, enquanto outros jobs são
processados.

Subsistema de E/S
O sistema operacional deve tornar as operações de e/s o mais simples possível
para o usuário e suas aplicações. Para isso, o sistema possui um conjunto de rotinas que
possibilita a comunicação com qualquer dispositivo que possa ser conectado ao
computador.
O subsistema de E/S é responsável por realizar as funções comuns a todos os
tipos de dispositivos, ficando os aspectos específicos de cada periférico como
responsabilidade dos device drivers. Dessa forma, o subsistema de e/s é a parte do
sistema operacional que oferece uma interface uniforme com as camadas superiores.
Reentrância – É comum, em sistemas multiprogramáveis,
vários usuários executarem os mesmos utilitários do SO
simultaneamente, como, por exemplo, um editor de textos.
Se cada usuário que utilizasse o editor trouxesse o código
do utilitário para a memória, haveria diversas cópias de um
mesmo programa na memória principal, o que ocasionaria um desperdício de espaço.
Reentrância é a capacidade de um código de programa (código reentrante) poder ser
compartilhado por diversos usuários, exigindo que apenas uma cópia do programa esteja
na memória. Uma característica da reentrância é que o código não pode ser modificado
por nenhum usuário no momento em que está sendo executado.
Proteção do Sistema – Nos sistemas multiprogramáveis, onde diversos usuários
compartilham os mesmos recursos, deve existir uma preocupação, por parte do SO, de
garantir a integridade dos dados pertencentes a cada usuário. Problemas como um
programa acessar (acidentalmente ou não) a área de memória pertencente a outro
programa ou ao próprio SO tornariam o sistema pouco confiável. Para isso, todo sistema
implementa algum tipo de proteção aos diversos recursos que são compartilhados, como
memória, dispositivos de E/S e UCP.

Controladores de periféricos
Os controladores são componentes de hardware responsáveis por manipular
diretamente os dispositivos de E/S. O sistema operacional, mais exatamente o device
driver, comunica-se com os dispositivos através dos controladores. Em geral, o
controlador pode ser uma placa independente conectada a um slot do computador ou
implementado na mesma placa do processador.
Os dispositivos de entrada e saída são utilizados para permitir a comunicação entre
o sistema computacional e o mundo externo. Os dispositivos de E/S podem ser
classificados, como de entrada de dados, como cd-rom, teclado e mouse, ou de saída de
dados. Como impressoras. Também é possível que um dispositivo realize tanto entrada
quanto saída de dados, como modems, discos e cd-rw.
As principais responsabilidades do SO nesta área estão diretamente ligadas a
características dos próprios periféricos. Ou seja:
O sub-sistema de I/O é normalmente partilhado por vários utilizadores e/ou
aplicações, exigindo, portanto um acesso devidamente controlado para garantir
segurança da informação e partilha adequada dos recursos;
O sub-sistema de I/O recorre normalmente à utilização de mecanismos de
interrupção do processador, os quais quando ativados e aceites pelo processador,
transferem o modo de operação do processador (de modo "utilizador", quase sem
privilégios, para modo de "supervisão" ou "super-utilizador" ou "kernel"); este modo de
operação do processador está reservado a funções do SO;
Ativação da seqüência adequada de ações/tarefas (baixo nível) a executar, que
permitam: (i) uma configuração correta do controlador de I/O para executar as operações
pretendidas neste sistema de computação; e (ii) a operação do controlador de I/O sempre

que a sua utilização for necessária (inclui o envio de comandos de operação, a
transferência de dados memória <-> periférico e a leitura do estado do controlador).
Só para Constar
Discos magnéticos
Entre os diversos dispositivos de e/s, os discos magnéticos merecem atenção
especial, por serem o principal repositório de dados utilizado pela maioria das aplicações
e pelo próprio sistema operacional. Fatores como desempenho e segurança devem ser
considerados na arquitetura de discos magnéticos.
No final da década de 1980, pesquisadores de Universidade de Califórnia em
Berkeley desenvolveram técnicas de gerenciamento de discos que otimizavam as
operações de e/s e implementavam redundância e proteção de dados conhecidas como
Raid (Redundant Arrays of Inexpensive Disk). As diferentes técnicas, utilizando múltiplos
discos, foram publicadas em seis níveis
(Raid 1-6). Estas técnicas tiveram grande
aceitação no mercado e, posteriormente, um
novo nível foi introduzido e denominado
Raid 0.
O módulo gerência do processador é
responsável por intermediar a disputa dos
processos pelo direito de processamento de
forma justa e eficiente.
Para gerenciar essa disputa,
necessitará utilizar dentre outros elementos, o Bloco de controle de Processo que lhe
proporcionará informações sobre o processo.
O conhecimento do mecanismo de chaveamento de contexto é necessário para
implementação do módulo de gerência do processador, pois o chaveamento na ação que
torna implícita a execução de um processo.
Um processo pode hierarquicamente ser dividido em subprocessos.
Threads. Consistem um uma unidade básica de utilização da CPU, ou seja, uma
linha de execução de um processo.
A vantagem de se utilizar uma thread é que enquanto uma aguarda operação de
E/S (no estado de espera), a outra thread pode utilizar a CPU.

Os Processos se dividem em dois tipos: Processos do sistema e Processo do
usuário.
As threads podem ser de dois tipos: Monothread e multithread;
Uma a entidade do sistema operacional responsável por selecionar um processo
pronto para ser executado pelo processador, dividir o tempo do processador de forma
justa entre os processos prontos a serem executados.
Existem três Níveis de escalonamento: Longo prazo, Médio prazo, Curto prazo.
O escalonador pode ser classificado em dois tipos: Não preemptivo e Preemptivo
OS Algoritmos FIFO e SJF são classificados em não preemptivos
Os Algoritmos Round robin (circular) e Múltiplas filas são classificados em
preemptivos
A Gerência de dispositivos de Entrada e Saída (E/S) consiste um módulo que
Permiti que várias operações de E/S sejam executadas simultaneamente.
A implementação de um dispositivo chamado controlador ou interface permitiu a
UCP agir de maneira independente dos dispositivos de E/S
A técnica de DMA permite a transferência de dados entre a memória e os
periféricos necessários nas operações de E/S evitando com isso uma sobrecarregava a
UCP, uma vez que toda transferência de dados entre memória e periféricos exigia a
intervenção da UCP
O canal de E/S é um processador com capacidade de executar programas de E/S,
permitindo o controle total sobre operações de entrada e saída.
Buffering e Spooling são técnicas para implementação das operações de E/S.
O subsistema de E/S é responsável por realizar as funções comuns a todos os
tipos de dispositivos
Os devices drivers tem como função de implementar a comunicação do subsistema
de e/s com os dispositivos, através de controladores.
Os controladores são componentes de hardware responsáveis por manipular
diretamente os dispositivos de E/S.
1. Que conceitos preliminares devemos possuir para entender a função do
módulo de gerência do processador?
2. Qual é a função básica do módulo de gerência do processador?
3. Qual a função de um escalonador?
4. Quais são os objetivos de um gerenciamento dos dispositivos de E/S ?
5. Qual a função do canal de E/S ?

6. Explique a função dos controladores.
7. Cite os 4 principais objetivos do escalonador de processos.
8. Porque os escalonamentos FIFOS e SJF não podem ser aplicados em
sistemas de tempo compartilhado?
9. Alguns livros comentam sobre três níveis de escalonadores, comente a
respeito de cada um:
a)Escalonador longo prazo
b)Escalonador médio prazo
c)Escalonador curto prazo
10.Para que tipos de operações o DMA é útil? Quais as implicações de uma
organização sem DMA na multiprogramação?

Unidade IV – Gerência de Memória
Gerência de Memória
Partições fixas e variáveis
Swapping
Paginação
Segmentação
Segmentação paginada
Memória Virtual
Paginação por demanda
Realocação de página
Thrashing
[Objetivos Específicos da Unidade IV]
• Compreender os conceitos e técnicas utilizadas para o
gerenciamento de memória pelo sistema operacional.

Gerenciamento de Memória
No módulo anterior vimos como é execução dos processos pelo processador, neste
módulo basicamente irá estender o entendimento da execução de um processo, sob a
ótica do armazenamento do mesmo nas memórias.
É interessante notar como a simples execução de um processo pode desencadear
diversas operações e envolver diversos conceitos e funções totalmente imperceptíveis ao
usuário de um microcomputador.
Esta unidade é bem simples e esta organizada de forma a conduzi-lo à um
entendimento do funcionamento das memórias. Para tanto os tópicos serão apresentados
de forma que você consiga construir o conhecimento sobre a função de gerenciamento de
memória. E, para facilitar a sua aprendizagem, serão propostas orientações de estudo ao
longo do texto.
meio da auto-avaliação, que deverá ser enviada ao seu tutor. Então, mãos à obra!
Gerência de Memória
Qual a relação do Sistema Operacional e as Memórias?
Como sabemos
Os computadores utilizam uma hierarquia de memória em sua organização,
combinando memórias voláteis e não-voláteis, tais como: memória cache, memória
principal e memória secundária.
O que cabe ao Sistema Operacional?
Ao sistema operacional é destinada a função de coordenar e gerenciar a utilização
dessas memórias de forma eficiente. Este serviço é implementado pelo sistema
operacional através do gerenciador de memória.
O gerenciador de memória controla quais partes da memória serão utilizadas e
quais não serão. Além disso, ele aloca nova área de memória aos processos que
necessitam e também libera espaço de memória quando os processos terminam.
Diante disso, podemos destacar alguns pontos que resumiriam a função do módulo
de gerência de memória:
o Manter o maior número de processos na memória
o Maximizar o compartilhamento da UCP e demais recursos

o Implementar técnicas de Swapping
o Executar de programas maiores que memória disponível
o Implementar mecanismo de proteção
o Permitir o compartilhamento da memória pelos processos
Partições Fixas e variáveis
Os sistemas operacionais modernos permitem que mais de um processo seja
carregado em memória, de modo que quando um fica bloqueado esperando por uma
operação de E/S outro, que esteja carregado em memória, poderá usar a CPU. Dessa
forma, a multiprogramação ajuda a melhorar a utilização da CPU evitando desperdícios
de ciclo de processamento.
Partições Fixas
Para que seja possível a multiprogramação, podemos dividir a memória em n
partições (provavelmente de tamanhos diferentes). Os jobs serão colocados em filas de
entrada associadas à menor partição capaz de armazená-lo.
Será que essa solução é a mais apropriada?
Problemas desse tipo de solução.
Pelo fato de usarmos partições de tamanho fixo, todo o restante de espaço de
memória não utilizado pelo job será perdido. Este desperdício de memória é chamado de
Você é capaz de imaginar uma solução de memória para permitir o
armazenamento de mais de um programa viabilizando com isso a
multiprogramação?
A Solução pode ser o que chamamos de partição Fixa

fragmentação interna (espaço de memória perdido dentro da área alocada ao processo).
Por outro lado, imagine que exista duas partições livres, uma de 25 e outra de 100
Kbytes, não contíguas. Nesse instante é criado um processo de 110 Kbytes que não
poderá ser carregado em memória pela forma como ela é gerenciada. Este problema
ocasiona o que chamamos de fragmentação externa (memória perdida fora da área
ocupada por um processo).
A estratégia de criar partições fixa pode contar com dois tipos de entradas:
Entradas com múltiplas filas e entrada com fila única.
O problema da organização em múltiplas filas, organização (a), é que jobs
pequenos podem precisar esperar pela liberação de memória (partição mais adequada
para o mesmo), embora exista memória disponível (partição grande), como é o caso da
partição 1 e 3.
Por outro lado, isso não ocorre no esquema de uma única fila. Nesta organização
(b) sempre que uma nova partição é liberada o job mais próximo do início da fila e que
caiba nessa partição pode ser carregado nela para ser executado pela CPU.
Qual o problema dessa solução? (Discriminar jobs pequenos!)
Qual a solução? (Ter pelo menos uma partição pequena!).
No entanto, esta estratégia pode desperdiçar muito espaço ao armazenar um job
pequeno em uma partição grande. Assim, uma opção mais interessante seria

Bem, Existe uma outra possibilidade consiste em estabelecer uma quantidade
máxima k de vezes que um job pudesse ser excluído da escolha de receber uma partição.
Assim, sempre que ele fosse preterido teria seu contador incrementado e, ao chegar em k
vezes, ele teria que receber uma partição.
Partições Variáveis
Neste esquema de organização a quantidade e o tamanho dos processos na
memória podem variar dinamicamente com o passar do tempo, o tamanho das partições é
ajustado dinamicamente às necessidades exatas dos processos.
Diferentemente do esquema de partição fixa, na multiprogramação com partições
variáveis a o tamanho e a localização dos processos variam à medida que o mesmo deixa
e retorna à memória.
Uma das grandes vantagens desta estratégia é que a flexibilidade obtida que
melhora bastante a utilização da memória, evitando desperdícios de espaço.
Neste tipo de partição, o sistema operacional mantém uma lista de espaços livres
na memória física. Sempre que um novo processo é criado esta lista é percorrida e será
usada uma lacuna maior ou igual ao tamanho do processo em questão. O espaço que
ultrapassar o tamanho do processo pode dar origem a uma nova partição.
Existem algumas formas de percorrer esta lista:
1. first-fit: utiliza a primeira lacuna encontrada com tamanho suficiente.

2. best-fit: utiliza a lacuna que resulta em menor sobra de espaço.
3. worst-fit: utiliza a lacuna que resulta em maior sobra de espaço.

Para solucionar esse tipo de problema, foi proposta uma técnica denominada
Swapping. Nesse tipo de técnica caso não haja espaço para aumentar o tamanho da
partição ou não tenha uma partição grande o suficiente para realocar o processo, então
um ou mais processos deverão ser removidos para o disco (swapping). Se não for
possível realizar o swapping (área de swapping cheia) o processo que deseja crescer
deverá esperar ou ser eliminado.

Paginação
Como uma nova abordagem de gerenciamento da memória, a Paginação consiste
em um espaço de Endereçamento lógico de um processo divididos em blocos do mesmo
tamanho.
Neste tipo de abordagem divide-se a memória física em blocos de tamanho fixo
chamados frames (o tamanho é uma
potência de 2, entre 512 bytes e 8192
bytes), divide a memória lógica em blocos
do mesmo tamanho chamados de páginas
e se mantém o registro de todos os frames
livres.
Para rodar um programa de tamanho
n páginas, é preciso encontrar-se n frames
livres para carregar o programa. Para
tanto, define-se uma tabela de página (page
table) para traduzir o endereço lógico em físico.

Bom, um Bit Válido – Inválido é anexado a cada entrada na tabela de página:
_ “válido” indica que a página associada está no espaço de endereçamento lógico
do processo, e assim, é a uma página legal.
_ “inválido” indica que a página não está no espaço de endereçamento lógico do
processo.
Segmentação
A
segmentação
consiste em uma
técnica de gerência de
memória onde
programas são
divididos em
segmentos de
tamanhos variados cada
um com seu próprio
espaço de
endereçamento.
Segmentação

Nesta técnica um programa é uma coleção de segmentos e um segmento é uma
unidade lógica, tal como:
programa principal
procedimento
função
método
objeto
variáveis locais, variáveis globais
bloco comum
pilha
tabela de simbolos, arrays
Segmentação & Paginação
A principal diferença entre a paginação e a segmentação é a alocação da memória
de maneira não fixa, a alocação depende da lógica do programa e o mapeamento é feito
através das tabelas de mapeamento de segmentos. Nesse caso, os endereços são
compostos pelo número do segmento e por um deslocamento dentro do segmento. Cada
entrada na tabela mantém informações sobre o endereço físico do segmento, o tamanho
do segmento, se ele está ou não na memória e sua proteção.
Note que:
Segmentação Paginada
Nesse tipo de técnica onde cada segmento é dividido fisicamente em páginas.
Sendo assim, o endereço é formado pelo número do segmento, número da página
localizado dentro no segmento e o deslocamento localizado dentro na página.
O mecanismo de proteção da segmentação tem que ser diferente que
da paginação. Neste caso a cada entrada na tabela de segmentos
associa-se: _ bit de validação = (0) segmento ilegal privilégios de
leitura/gravação/execução

Técnica de gerenciamento que combina a memória principal e a secundária dando
ao usuário a idéia de existir uma memória maior que a memória principal.
O principal objetivo da memória virtual é disponibilizar aos usuários uma
capacidade de memória independente da quantidade de memória física (RAM) instalada
em um computador.
Para cumprir esse objetivo, o SO, através da implementação do suporte à memória
virtual, cria a ilusão de que cada processo possui um espaço de endereçamento contíguo
em memória e, em princípio, sem restrição de tamanho.
Segmentação paginada

Dessa forma, a memória virtual elimina duas limitações impostas pela memória
física (real): um processo ter seu tamanho máximo determinado pela capacidade de
memória física instalada e, o somatório do espaço de memória ocupado por n processos
não exceder essa mesma capacidade. Essa segunda limitação restringe o grau de
multiprogramação, ou seja, o número de processos ativos em um sistema.
Paginação por Demanda
A paginação sob demanda é a implementação de memória virtual baseada no
mecanismo de paginação simples, isto é, cada processo possui uma memória lógica,
contígua, a qual é dividida em páginas lógicas de mesmo tamanho. As páginas lógicas
são carregadas em páginas físicas, que são áreas de igual tamanho na memória física
(RAM). A associação (mapeamento) de qual página física corresponde a uma
determinada página lógica é feita através da tabela de páginas.
Na paginação simples, todas as páginas lógicas de um processo são sempre
carregadas para a memória física, resultando em uma entrada válida na tabela de páginas
para cada página lógica do processo. O bit de válido/inválido é usado para indicar quais
páginas estão fora da memória lógica. Quando uma página marcada como inválida é
acessada, o processo é abortado por acesso ilegal à memória.
Na paginação por demanda, um acesso à memória pode ter dois tratamentos
distintos.
Quando a página lógica acessada pelo processo está marcada como válida
na tabela de páginas,
Quando o endereço lógico é transformado em endereço físico e o acesso
transcorre normalmente.
Caso ocorra um erro e, por conseqüência uma interrupção de proteção, temos uma
falta de página (page fault). Quando o SO é acionado em função de uma falta de página,
as seguintes ações são realizadas:
O processo que gerou a interrupção de falta de página é suspenso e seu
descritor de processo é inserido em uma fila especial, a “dos processos
esperando página lógica”
Uma página física livre deve ser alocada
A página lógica acessada deve ser localizada no disco
Uma operação de leitura do disco deve ser solicitada, indicando o endereço
da página alógica no disco e o endereço de página alocada.
Quando a operação de leitura do disco for concluída, a gerência de memória
concluirá o atendimento à falta de página realizando as seguintes ações:

A tabela de páginas do processo é corrigida para indicar que a página lógica
causadora da interrupção é agora válida e está na página física que fora
alocado antes
O descritor do processo é retirado da “fila dos processos esperando página
lógica” e reinserido na fila de aptos do escalonador.
Realocação de Página
A medida que os processos vão sendo carregados para a memória, é possível que
todas as páginas físicas acabem ocupadas. Nesse caso, para atender à falta de página,
é necessário antes liberar uma página física ocupada. Isso significa escolher uma página
lógica que está na memória, copiar seu conteúdo de volta para o disco e marca-la como
inválida na tabela de páginas do seu processo. A página escolhida para ser copiada de
volta ao disco é chamada de página vítima.
O algoritmo de substituição de páginas é responsável pela escolha da página
vítima. Ele é muito importante para a eficiência do mecanismo como um todo. Um escolha
errada significa que a página removida será novamente acessada em seguida, gerando
uma nova falta de página. É importante que o algoritmo usado seja capaz de remover da
memória física páginas que provavelmente não serão necessárias logo em seguida.
Vários bits auxiliares são normalmente adicionados às tabelas de páginas.
O bit de sujeira (dirty bit) indica quando uma página foi
alterada durante a execução do processo. Esse bit é
zerado pelo SO quando a página é carregada para a
memória.
O bit de referência (reference bit) indica quando uma
página foi acessada pelo processo. Esse bit é feito igual a
zero pelo sistema operacional quando a página é
carregada para a memória. Ele também será zerado em
determinadas situações, ditadas pelo algoritmo de
substituição de página empregado
O bit de tranca (lock bit) serve para o SO “trancar” uma
página lógica na memória física. Existem situações nas
quais uma determinada página lógica não deve ser
escolhida como vítima. Então, quando o SO envia ao
controlador de disco um comando de leitura informando
como destino uma página de processo, ele também liga o
bit de tranca da respectiva página.
Algoritmos de substituição de páginas na memória
Em um sistema multiprogramado a memória é compartilhada por um certo número
de processos, a determinação da página a ser substituída é feita por um algoritmo de
substituição de páginas que recai em uma de duas classes genéricas possíveis: classe
global e classe local. Independente de classe, global ou local, o ideal é selecionar uma
página que não seja mais útil ou que, pelo menos, não venha a ser necessária em um

curto intervalo de tempo. Logo, o algoritmo ótimo de substituição é aquele que escolhe
uma página lógica que já foi utilizada por um programa e que não será mais necessária
ou aquela página que será utilizada no futuro mais distante.
A implementação do algoritmo ótimo não é viável por exigir o conhecimento prévio
do comportamento dos processos.
Algoritmos globais:
FIFO (First In – First Out) – Escolhe para substituição a página que está a
mais tempo residente em memória. A principal vantagem do FIFO é sua
implementação simples: basta uma lista de até M posições e um ponteiro para
indicar a frente da fila. Entretanto, essa estratégia peca por não considerar a
utilização de uma página, ou seja, a página apontada como primeira da fila pode
ser uma página acessada muito frequentemente ou que será necessária em breve.
LRU (Least Recently Used) – Escolhe como página vítima aquela que foi
acessada a mais tempo, isto é, a que foi “menos recentemente usada”. O LRU parte da
premissa que as páginas acessadas recentemente por um processo continuarão a ser
necessárias em um futuro próximo.
Segunda chance – Também baseado em bit de referência, porém mais simples
que o histórico de bits. Nesse caso, a gerência de memória considera que todas as
páginas lógicas presentes na memória formam uma lista circular. Um apontador percorre
a lista circular formada por todas as páginas e indica qual a próxima página a ser usada
como vítima. Quando uma página vítima é necessária, o algoritmo verifica o bit de
referência da página indicada pelo apontador. Caso este bit esteja desligado, essa página
é efetivamente escolhida como vítima, e o apontador avança uma posição na lista circular.
Caso o bit de referência da página apontada esteja ligado, o bit de referência é desligado,
e ela recebe uma segunda chance.
Algoritmos Locais
Uma outra abordagem para o problema da substituição de páginas vem da análise
de dois comportamentos apresentados durante a execução de processos.

Algoritmo ótimo
Considerando isso, o ideal é manter em memória, para cada processo, um conjunto
ótimo de páginas necessárias a sua execução. Com esse raciocínio, a determinação de
quais páginas lógicas de um processo devem permanecer em memória é dado pela sua
própria execução e não deve afetar a política de páginas de outro processo.
O algoritmo ótimo, então, ajusta o número de páginas em memória de acordo com
as suas futuras referências. A idéia consiste em verificar se uma página lógica P
acessada em instante de tempo T, será ou não acessada futuramente dentro de TT
unidades de tempo. Caso a página lógica P venha a ser acessada dentro desse intervalo
futuro de tempo, ela é considerada necessária e é mantida em memória, caso contrário, o
espaço em memória que ocupa (página física) pode ser liberado. O intervalo de tempo
dado por T+TT fornece uma janela temporal definindo, por processo, quais páginas
devem ser mantidas em memória.
Importante:
Modelo de working set
O Modelo de working set é uma aproximação do algoritmo ótimo que estimam
quais as páginas serão necessárias no futuro com base em quais páginas goram
acessadas no passado. O principio é manter em memória, em um instante T, conjunto de
páginas P, acessadas por um processo durante o intervalo de tempo (T-TT; T). Sua lógica
é considerar que se uma página foi acessada em um passado recente (T-TT), ela tem boa
chance de continuar sendo utilizada em um futuro próximo. O problema do modelo
working set é estimar o valor adequado para a constante TT (largura da janela temporal).
Um valor pequeno para TT pode não englobar toda a localidade de referência de um
processo, provocando faltas de páginas. Por outro lado, um valor muito grande para TT,
tende a manter em memória páginas que não são mais referenciadas, provocando um
Devido a impossibilidade de se conhecer previamente as páginas de um processo,
esse algoritmo serve apenas para estimativas.

desperdício de memória, e conseqüentemente, reduzindo o número de processos aptos a
executar.
Outra desvantagem do working set é a necessidade de reavaliá-lo a cada unidade
de tempo (acesso), o que representa um custo de processamento elevado.
Trashing
Você já se perguntou por que ocorre situações de “congelamento do sistema”,
ou se já, por que o sistema as vezes fica parado não liberando para
nenhuma ação?
Bom o tratamento de uma falta de página é várias ordens de grandeza mais lento
que um processo normal à memória. Logo, o impacto da taxa de falta de página sobre o
tempo de execução de um processo é muito grande. Quando um processo possui um
número muito pequeno de páginas físicas para executar, a sua taxa de falta de página
aumenta. Á medida que a taxa de falta de página aumenta o processo pára de realizar
qualquer trabalho útil. Tudo que o processo faz é esperar pelo atendimento de faltas de
páginas. Nesse momento, é dito que está ocorrendo Thrashing.
Para retirar o sistema do estado de thrashing é necessário suspender
temporariamente alguns processos, librando suas páginas físicas. O mecanismo natural
para isso é o swapping.
Obviamente, a gerência de memória realiza um revezamento entre os processos
suspensos e aqueles executando. O swapping não é algo desejável, pois aumenta o
tempo de resposta dos processos. Em condições normais, ele não deve ser usado.
Formas de prevenção do Thrahing
A solução normalmente empregada para solucionar o problema de thrashing é a
prevenção: o sistema de gerência virtual deve agir de forma pró-ativa e evitar que o
sistema entre em thrashing. Um sistema entrará em thrashing sempre que o somatório
das páginas lógicas necessárias pelos processos do sistema for superior ao número de
páginas físicas disponíveis no sistema.
O modelo de working set, por exemplo, pode ser empregado para controlar o
thrashing mantendo a soma dos tamanhos dos working sets (cardinalidade do conjunto)
de todos os processos inferior a quantidade de páginas físicas disponíveis no sistema.
Outra forma de prevenir o thrashing é empregar o método de frequência de falta de
páginas. Nesse caso, se muitos processos apresentarem uma alta taxa de falta de
páginas, isso significa que há mais demanda de memória, por parte dos processos que
executam, que memória disponível. Novamente, através do escalonador de médio prazo,

o SO seleciona um ou mais processos para suspender, evitando assim a situação de
thrashing.
O gerenciador de memória controla quais as partes da memória serão utilizadas
e quais não serão e como serão utilizadas.
O controle de uso da memória é feito através de técnicas de particionamento da
memória.
Partição fixa é uma técnica que consiste na divisão da memória em N partições
de diferentes tamanhos.
Partições variáveis é uma técnica que consiste na divisão da memória em N
partições de acordo com a necessidades dos processo, isto é, o tamanho das
partições é ajustado dinamicamente às necessidades exatas dos processos.
First-fit, best-fit, worst-fit e circular-fit são algumas formas de se percorrer uma
lista de segmentos.
Swapping consiste em uma técnica de remoção do processo da memória para
uma área do disco (swap out) e vice-versa (swap in).
Paginação consiste em uma nova abordagem de gerenciamento de memória,
caracterizado por trabalhar com espaços de endereçamento lógico de um
processo divididos em blocos do mesmo tamanho.
Segmentação consiste em uma nova abordagem de gerenciamento de
memória, caracterizado por trabalhar com segmentos de tamanhos variados
cad um com seu próprio espaço de endereçamento
Segmentação Paginada consiste em uma técnica onde cada onde cada
segmento é dividido fisicamente em páginas.
Memória Virtual consiste em uma técnica que combina a memória principal e a
secundária, dando ao usuário a idéia de existir uma memória maior que a
memória principal.
A Paginação por demanda é a implementação de memória virtual baseada no
mecanismo de paginação simples, isto é, cada processo possui uma memória
lógica, contígua, a qual é dividida em páginas lógicas do mesmo tamanho.
Thrashing é conseqüência da excessiva paginação/segmentação em sistemas
que implementam memória virtual, levando o sistema a dedicar mais tempo com
operações relacionadas à gerência da memória do que no processamento das
aplicações dos usuários.

[ Auto-avaliação ]
1. Relacione as funções do módulo de gerenciamento de memória.
2. Qual a diferença básica entre paginação e segmentação?
3. Suponha que um computador possui uma área de memória de usuário de 500K
bytes. Suponha também que há duas opções de gerência de memória: a primeira usa
páginas (regiões) de tamanho fixo de 50 K bytes e a segunda usa segmentos (região) de
4 K bytes. Considerando que 95% dos programas possuem em média menos que 30 K
bytes, a técnica de gerência de memória que permite a menor fragmentação interna
(memória interna a uma região, mas não usada) da memória principal é:
(A) segmentação;
(B) paginação;
(C) memória com intercalação ("interleaved");
(D) memória organizada em bancos;
(E) memória "Cache".
4) Quando ocorre a fragmentação interna em um sistema que utiliza a técnica de
paginação?
5) Suponha que o esquema adotado para gerenciamento de memória de um
determinado computador seja baseado na estratégia de working sets - W(t,∆), com
política de re-alocação de página do tipo LRU – Least Recently Used e ∆ = 3. Nessas
condições, se um determinado processo apresentar a seguinte seqüência de referências
a páginas virtuais: 24, 15, 18, 23, 24, 18, 17, 18, 24, 17, 17, 15 o número de ocorrências
de page faults será de:
(A) 11
(B) 9
(C) 5
(D) 13
(E) 7
6) A Memória Virtual por Paginação é uma técnica de gerência de memória onde o
espaço de endereçamento virtual e o espaço de endereçamento real são divididos em
blocos do mesmo tamanho chamados páginas. Pode-se dizer dessa técnica que:
I - todo o mapeamento de endereço virtual em real é realizado através de tabelas
de páginas;
II - um programa é dividido logicamente em sub-rotinas e estruturas de dados, que
são alocadas em páginas na memória principal;

III - o maior problema na gerência de memória virtual por paginação não é decidir
quais páginas carregar para a memória principal, mas sim quais liberar.
Est(ão) correta(s) a(s) afirmativa(s):
(A) I, apenas.
(B) I e II, apenas.
(C) I e III, apenas.
(D) II e III, apenas.
(E) I, II e III.
7) Explique a técnica de paginação por demanda
8) O que é Trashing?
[ Referência Bibliográfica ]

Unidade V – Sistemas de Arquivos
Sistemas de arquivos
Estrutura dos arquivos
Diferentes sistemas de arquivos
Coordenação do espaço disponível para os arquivos
Organização de uma partição
[Objetivos Específicos da Unidade V]
• Compreender como ocorre a implementação de sistema de
arquivo.
• Comparar os tipos de sistema de arquivos disponível no
mercado.

Sistema de Arquivos
Esta unidade irá apresentar o módulo sistema de arquivos. Esse módulo é a parte
mais visível do sistema operacional. Quando utilizamos um computador, basicamente
utilizamos o sistema operacional para realizar várias operações com os arquivos: criar;
copiar, renomear, proteger, esconder, entre outras. Todas essas ações explícitas a nós
usuários e outras implícitas ao nosso manuseio, fazem parte do módulo sistema de
arquivos.
Os tópicos serão apresentados de forma que você compreenda de maneira lógica
como cada uma dessas operações são implementadas e as técnicas utilizadas nessa
implementação. E, para facilitar a sua compreensão, será necessário que você tenha
pleno domínio das unidades anteriores.
Objetivamos que você adquira um conhecimento que lhe permita entender a
implementação e o funcionamento de um sistema de arquivo. Para que isso ocorra, é
fundamental que você seja capaz de entender lógica de programação, bem como as
várias técnicas para implementação de um sistema operacional.
meio da auto-avaliação, que deverá ser enviada ao seu tutor.
Você consegue relacionar algumas funções para o sistema de arquivo?
• Fornecer mecanismos para os usuários manipular arquivos e diretórios
• Garantir a validade e coerência dos dados
• Otimizar o acesso
• Fornecer suporte a outros sistemas de arquivos
• Gerenciar o suporte a vários usuários através do uso compartilhado de
arquivo.
Vocês notaram que dentre as funções do sistema de arquivos uma palavra
apareceu com
muita freqüência ?
É isso ai:
Bom... Espero que sim, pois constantemente utilizamos essas
funções.
Um arquivo é um conjunto de registros definidos pelo sistema de
arquivos, tornando seu conceito abstrato e generalista Um arquivo é
constituído por informações logicamente relacionadas, podendo
representar instruções ou dados. Arquivos são gerenciados pelo sistema
operacional de maneira a facilitar o acesso dos usuários ao seu
conteúdo.

Os arquivos Possuem:
Nome;
Atributos;
Estrutura interna;
Tipo;
Método de acesso operações.
A atribuição de nomes a arquivos é feita no momento de sua criação. As regras a
serem adotadas para a confecção do nome de um arquivo variam de acordo com o SO.
O servidor de arquivos deve implementar a abstração de arquivo para o restante do
sistema. Para tanto, ele deve determinar como o arquivo será estruturado internamente.
As estruturas de arquivos mais comuns são:
• sequência de bytes
• sequência de registros
• árvore de registros
Estruturação como sequência de bytes: Neste caso, não há estrutura. O arquivo
é simplesmente enxergado como uma sequência de bytes. O SO não tem conhecimento
do significado e da estruturação dos campos que compõem um arquivo.
Estruturação como sequência de registros: Neste caso, o arquivo é estruturado
pelo SO como uma sequência de registros de tamanho fixo. As operações de leitura e
escrita retornam um registro.

Estruturação como árvore de registros: Neste caso, o arquivo é uma árvore de
registros de tamanho variável. Cada registro é composto por um campo chave, contido
em uma posição fixa. A árvore é ordenada
pelo campo chave. – Esta estruturação visa
otimizar o acesso randômico a registros.
Método de Acesso
Os métodos de acesso determinam
como os dados contidos no arquivo serão recuperados pelo usuário.

Acesso seqüencial: Este método de acesso utiliza basicamente as operações de
leitura e escrita. a) Operação de leitura (read next): lê a próxima posição do arquivo
e avança o ponteiro; b) Operação de escrita (write next): coloca odado no final do
arquivo e avança o end-offile (EOF).
Acesso direto (ou aleatório): Este método de acesso utiliza basicamente as
operações de leitura e escrita: a) Operação de leitura (read n): lê a posição do
arquivo apontada por n. Geralmente, n é o número do bloco. b) Operação de escrita (write
n): coloca o dado no bloco n.
Os sistemas de arquivos podem oferecer simultaneamente os dois métodos de
acesso e o usuário determina o método a ser utilizado na criação do arquivo. A maioria
dos SO modernos oferece somente o método de acesso direto
Operações sobre o arquivo
As operações sobre arquivos geralmente levam em consideração um conjunto de
entidades de um sistema de arquivos.
• tabela de arquivos: possui uma entrada para cada arquivo. Contem as
informações referentes aos arquivos.
• diretório: caminho que leva ao arquivo. Ao ser criado, o arquivo é
posicionado em um diretório e a tabela de arquivos deste diretório deve
conter uma entrada para o novo arquivo.
• posição corrente do arquivo: ponteiro que diz qual a posição do arquivo
será acessada na próxima vez. As operações de leitura e escrita
incrementam o valor da posição corrente do arquivo do número de bytes
lidos/escritos.
As operações feitas sobre um arquivo vão depender do sistema de arquivos de
cada SO. Existe, no entanto, um conjunto de operações que constam na maioria dos
sistemas de arquivos:
1) CREATE: cria um arquivo. Deve-se criar uma entrada para o novo arquivo no
diretório especificado. Além disso, deve-se criar uma entrada na tabela de arquivos com o
nome do criador, data de criação e permissões de acesso. O arquivo recem-criado não
possui dado nenhum.
2) DELETE: Libera o espaço ocupado pelo arquivo, deleta a entrada do diretório
que aponta para o arquivo e deleta a entrada na tabela de arquivos.
3) OPEN: Antes de ser utilizado, o arquivo precisa ser aberto. Essa chamada traz a
entrada da tabela de arquivos referente ao arquivo a ser aberto para a tabela de

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