Sistemas Operacionais

Sistemas Multiprogramáveis

1. Introdução

Possibilidade de periféricos e dispositivos funcionarem simultaneamente junto com a CPU permitiu execução de tarefas concorrentes.
Sistemas Operacionais podem ser vistos como um conjunto de rotinas que executam concorrentemente de uma forma ordenada
Sistemas multiprogramáveis X baixa utilização dos recursos do sistema.
Uso Médio CPU – monoprogramáveis 30% X multiprogramáveis 90%.
Vários programas podem estar residentes na memória, deixando-a menos ociosa
Quando um programa perde o uso do processador, o estado do processamento deve ser armazenado para quando ele retornar para continuar executando a partir de onde parou.
Compartilhamento de periféricos e recursos do sistema por vários usuários e programas.
Maior compexibilidade do Sistema Operacional.

2. Interrupção e Exceção

Interrupção gerada por evento síncrono e Exceção gerada por evento assíncrono.
Evento síncrono – Resultado direto da execução do programa corrente e são previsíveis.
Evento assíncrono – Ocorre independentemente da execução do programa corrente e são imprevisíveis.

Tornou possível a implementação da concorrência nos sistemas multiprogramáveis.
Eventos que causam intervenção no Sistema Operacional durante a execução de programas.
Gerados pelo próprio Sistema Operacional ou por Hardware.
O sistema é desviado para uma rotina especial de tratamento.
Vetor de Interrupção – Relação de todas as rotinas de tratamento das interrupções.
Mecanismo de Interrupção – Procedimento para detectar a interrupção, salvar o contexto do programa e desviar para a rotina de tratamento. Na maioria das vezes implementados pelos projetistas e realizados pelo harware.
Mascaráveis (podem ser desabilitadas) X Não-Mascaráveis (tratamento obrigatório).
As interrupções possuem prioridades de execução.
Controlador de pedidos de interrupção – avalia as interrupções geradas e suas prioridades de atendimento.

Resultado direto da execução de uma instrução do próprio programa (ex: divisão por zero, overflow).
Muitas vezes pode ser escrita pelo próprio programador, sendo possível evitar que um programa seja encerrado no caso de alguma exceção ocorrer.

3. Operações de Entrada/Saída

Primitivo.
Comunicação entre a CPU e os periféricos controladas por um conjunto de instruções especiais.
Limitava a comunicação do processador a um conjunto particular de dispositivos.

Polling exigiu a implementação, por parte do controlador, da Direct Memory Access (DMA).
Transferir blocos de dados entre memória e periféricos, sem intervenção da CPU, a não ser no início e término da operação.
CPU interrompida só no início e final da Operação.
No momento da Transferência da DMA, CPU interrompe acesso ao bus.

No IBM 7094:
Extensão do conceito de DMA
Canal de E/S – processador para executar programas de E/S.
Controle total sobre operações de entrada e saída.
Instruções E/S armazenadas na memória principal pela CPU
CPU instrui canal para executar programa de canal.
O canal avisa o término da operação.
Um canal pode controlar múltiplos dispositivos através de diversos controladores.
Um controlador pode manipular um dispositivo, ou um conjunto de dispositivos.
Canal - ligação entre CPU e controlador.
Processador de E/S:
Evolução com memória própria.
Sem necessidade de programas de E/S serem carregados na Memória Principal.
Controle com mínima intervenção da CPU.

4. Buffering

Utilização de uma área da memória para transferência de dados entre periféricos e memória principal denomidada buffer.
Os dado são transferidos para o buffer.
O dispositivo pode iniciar nova leitura enquanto a CPU manipula os dados do buffer.
O mesmo pode ser aplicado para operações de gravação.
Minimiza o problema da disparidade da velocidade de processamento e dispositivos de E/S
Objetiva manter CPU e dispositivos de E/S ocupados na maior parte do tempo.
O buffer possui uma fila FIFO podendo conter vários registros (unidade de transferência usada no mecanismo de buffering).

5. Spooling (simultaneous pefipheral operation on-line)

Surgiu no final dos anos 50.
Base dos Sistemas Batch
Antes, as Operações I/O eram lentas, deixando a CPU ociosa.
No spooling vários programas (JOBS) eram armazenados em uma fita magnética, então eram enviados para processamento.
Diminuição do tempo de execução dos jobs e transição entre eles.
Da mesma forma um job poderia direcionar as saídas para impressora para outra fita.
Sistemas estritamente sequenciais devido as fitas magnéticas.
Mais eficiência com o surgimento de dispositivos de acesso direto, como discos e atribuição de prioridades aos jobs.

6. Reentrância

Diversos usuários podem estar rodando o mesmo utilitário (compartilhado) simultaneamente.
Não precisa ter mais de uma cópia do mesmo utilitário na memória
Exige que o código reentrante não possa ser modificado por nenhum usuário enquanto está sendo executado.
Diversos usuários podem acessar partes diferentes do código manipulando seus próprios dados
Exemplo: Editores de texto, compiladores, linkers.

7. Proteção do Sistema

Garantia de proteção de recursos compartilhados, como memória, dispositivos de E/S e CPU
Na memória, cada usuário deve possuir uma área de dados e códigos armazenados de forma que outros não interfiram nessas informações.
Numa impressão, não deve ser possível a utilização até que a impressão corrente termine.
O Sistema Operacional deve implementar esses mecanismos (modos de acesso).