O que é sistema operacional? É uma coleção de programas responsável pela inicialização do hardware, gerenciamento de memória, gerenciar usuários, iniciar e finalizar processos, gerenciar programas, dispositivos, manter integridade de sistema, fornecer uma interface entre o computador e o usuário.
As Várias Partes de um Sistema Operacional
Um sistema operacional de um computador que é usado por muitas pessoas ao mesmo tempo, é um sistema complexo. Contém milhões de linhas de instruções escritas por programadores.
Para tornar os sistemas operacionais mais fáceis de serem escritos, eles são construídos como uma série de módulos, cada módulo sendo responsável por uma função.
Os módulos típicos em um grande sistema operacional multiusuário geralmente são:
Núcleo (Kernel em inglês – também conhecido como “executivo”)
Gerenciador de processo.
Escalonador (Scheduler, em inglês).
Gerenciador de arquivo.
Processo.
Sistema operacional
Um processo ou tarefa é uma porção de um programa em alguma fase de execução.
Um programa pode consistir de várias tarefas, cada uma com funcionamento próprio ou como uma unidade (talvez se comunicando entre si periodicamente).
A Thread (fileira, linha).
Uma thread é uma parte separada de um processo.
Um processo pode consistir de várias threads cada uma das quais sendo executada separadamente.
Linux é um istema operacional baseado em Unix
Por exemplo, uma thread poderia tratar refresh e gráficos na tela, outra thread trataria impressão, outra thread trataria o mouse e o teclado.
Isso dá bom tempo de resposta em programas complexos. Windows NT é um exemplo de um sistema operacional que suporta multi-thread.
Sistemas operacionais de Multi-processo.
Alguns sistemas executam só um único processo, outros sistemas executam múltiplos processos de cada vez.
A maioria dos computadores é baseada num único processador, e um processador pode executar só uma instrução de cada vez. Assim, como é possível um único processador executar processos múltiplos?
A resposta mais imediata é que ele não faz desse modo. O processador do computador executa um processo por um período pequeno de tempo, e então muda para o próximo processo e assim por diante.
Como o processador executa milhões de instruções por segundo, isso dá a impressão de muitos processos serem executados ao mesmo tempo.
Em um sistema de computador que suporta mais de um processo de cada vez, algum mecanismo deve ser usado para intercalar de uma tarefa para outra.
Há dois métodos principais usados para fazer essa troca:
Escalonamento por Cooperação indica que uma tarefa que está sendo executada atualmente deixará voluntariamente em algum momento o processador e permitirá que outros processos sejam executados.
Escalonamento Preemptivo significa que uma tarefa corrente será interrompida (forçou a se render) e o processador se dedica a outro processo em estado de espera.
O problema da mudança por cooperação é que um processo poderia demorar e assim negar a execução de outros processos e poderia resultar em nenhum trabalho ser feito.
Um exemplo de um sistema de cooperação é o Windows 3.1. O escalonamento preemptivo é melhor. Dá mais respostas a todos os processos e ajuda a prevenir (ou reduz o número de ocorrências de) contra o medo de máquinas travadas.
Windows 10, é um exemplo de tal sistema operacional
Nota: Só para programas de 32bits em Windows 95 há escalonamento preemptivo. Programas de 16bits ainda são escalonados cooperativamente, o que significa que ainda é fácil para um programa de 16bits travar um computador Windows.
Contexto de Troca
Quando o processador muda de um processo a outro, o seu estado (o processador registra e associa os dados) deve ser salvo, pois algum tempo depois, será reiniciado o processo e continuará como se nunca fora interrompido.
Uma vez esse estado tenha sido salvo, o próximo processo em espera é ativado.
Isso envolve carga nos registradores do processador e na memória, com todos os dados previamente salvos, e reiniciando na instrução que seria executada quando houve a última interrupção.
O ato de mudar de um processo a outro é chamado troca de contexto. Um período de tempo que um processo execute antes de ser trocado é chamado de time slice ou período de quantum.
Escalonamento (Scheduling)
A decisão de qual o próximo processo deve ser executado é chamado escalonamento (scheduling), e pode ser feito em uma grande variedade de maneiras.
Escalonadores por cooperação geralmente são muito simples, já que os processos são organizados em fila circular (ROUND ROBIN).
Quando um processo corrente se deixa, vai para o fim da fila. O processo no topo da fila é então executado, e todos os processos se movimentam um lugar para cima na fila.
Isso provê uma medida justa, mas não impede que um processo monopolize o sistema (não se deixando).
Escalonadores preemptivos usam um relógio em tempo real que gera interrupção a intervalos regulares (digamos, a cada 1/100 de um segundo).
Cada vez que uma interrupção ocorre, o processador muda para outra tarefa. Sistemas que geralmente empregam esse tipo de escalonamento atribuem prioridades a cada processo, de forma que alguns podem ser executados mais freqüentemente que outros.
Linux, MacOS, exemplos de tipo de sistema operacional
Carga do Sistema Operacional
O SO pode ser carregado na memória de um computador de duas maneiras.
Já está presente em ROM
É carregado a partir do disco quando o computador é ligado.
Se o SO já está presente em ROM (para sistemas tipo controladores industriais, bombas de petróleo, etc), ele ganhará controle imediato do processador ao ser ligado o computador.
Para sistemas mais complexos, o SO é armazenado normalmente em mídia secundária (como disco), e é carregado em RAM quando o computador é ligado.
A vantagem desse tipo de sistema é que o escalonamento para o Sistema Operacional é mais fácil de fazer e programar.
O PROCESSO de BOOTSTRAP
Descreve a ação da carga inicial do sistema operacional do disco para a RAM.
Uma pequena rotina armazenada em ROM, chamada de CARREGADOR de BOOTSTRAP ou IPL (Carregador de Programa Inicial), lê uma rotina especial de carga no disquete.
Em sistema baseado em disquete, essa rotina normalmente reside na trilha 00, setor 00 (ou 01), e é chamado de setor de booting.
O código contido no setor é transferido para a RAM, e então é executada. Tem a responsabilidade exclusiva de carregar o resto do sistema operacional na memória.
MacOS é um sistema operacional da Empresa Apple Inc
Tipos diferentes de processamentos em um sistema operacional.
Sistemas operacionais são divididos em categorias que definem as suas características. Sistemas modernos podem usar combinações de essas categorias descritas a seguir.
BATCH (em LOTE)
O tipo mais antigo de Sistema Operacional permite só um programa ser executado de cada vez. O programa que é carregado no computador é executado completamente.
Os dados usados pelo programa não podem ser modificados enquanto o programa está sendo executado. Qualquer erro no programa ou nos dados significa começar tudo novamente.
INTERATIVO
Esses permitem a modificação e entrada de dados ainda durante a execução do programa. Sistemas típicos são reservas de vôo aéreo e linguagens como BASIC.
TIME-SHARING/MULTI-USUÁRIO
Esses SOs ( sistema operacional ) compartilham o computador entre mais de um usuário, e adota técnicas de escalonamento preemptivo.
MULTI-TAREFAS
Mais de um processo pode ser executado concorrentemente. O processador é escalonado rapidamente entre os processos. Um usuário pode ter mais de um processo executado de cada vez.
TEMPO REAL
Principalmente usado em controle de processos, telecomunicações, etc. O SO monitora várias entradas que afetam a execução de processos, mudando os modelos de computadores do ambiente, e assim afetando as saídas, dentro de um período de tempo garantido (normalmente < 1 segundo).
MULTI-PROCESSAMENTO
Um computador que tem mais de um processador central dedicados na execução de processos.