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Python é popular e amplamente usado em universidades e nos mais variados ramos de atuação empresarial. Python também é executado em todos os principais sistemas operacionais e plataformas, e na maioria dos menores também.
7 Prefácio Prezados(as) alunos(as) Não podemos imaginar hoje o mundo sem o computador. Da mesma forma, não podemos imaginar o computador sem o sistema operacional. Ligamos o computador e o sistema operacional entra em cena, permitindo que acessemos nossos programas e arquivos para os mais variados fins, para o trabalho, a diversão, se relacionar através das redes sociais, internet, etc. Os sistemas operacionais nos oferecem uma maneira fácil de efetuarmos nossas tarefas através de suas interfaces gráficas e atraentes. Mas nem sempre foi assim. Houve um tempo em que os computadores eram configurados através do próprio hardware. É importante que tenhamos uma visão detalhada dos mecanismos envolvidos em um sistema operacional moderno para que possamos utilizá-lo melhor e de forma mais eficiente. Conhecer sua evolução como também todos os problemas enfrentados e soluções adotadas, permite que possamos avançar mais na criação de novos sistemas sem ser barrados pelos problemas já conhecidos. Aprender sobre sistemas operacionais ajuda-nos a entendermos como são gerenciados os nossos arquivos, diretórios, processador, memória, periféricos etc., e assim, conseguirmos um maior desempenho do sistema. Estudar como os sistemas operacionais controlam e buscam as informações tão rapidamente, como controla acesso, sincronização entre diversos processos em execução, permite que tenhamos sólidos conceitos, que podemos utilizar em diversas áreas de desenvolvimento e gerenciamento de sistemas. Diante de todos os aspectos acima descritos, acreditamos que com o estudo atencioso do material aqui presente, você com certeza será um profissional em destaque no mercado de trabalho! Bons estudos e sucesso! 7
10 1 Introdução à Sistemas Operacionais Para podermos aprofundar em todos os aspectos envolvidos em um sistema operacional, necessitamos criar uma base sólida de conhecimentos básicos que serão primordiais para a sequência dos próximos capÃtulos. Diante disto, estudaremos a evolução e os diversos tipos de sistemas operacionais, como também suas principais funções e estrutura. OBJETIVOS Conhecer os conceitos fundamentais contidos nos sistemas operacionais. Estudar os aspectos que impulsionaram a evolução dos sistemas operacionais. Discutir sobre os diversos tipos de sistemas operacionais atuais. REFLEXÃO Você se lembra dos sistemas operacionais que utilizou nos últimos anos? Consegue imaginar um computador sem um sistema operacional? E o seu celular ou tablet, será que possui um sistema operacional?! 10 capÃtulo 1
12 1.1.1 Definição Segundo Silberschatz et al. (2004), um sistema operacional é um programa que efetua o gerenciamento dos componentes fÃsicos do computador (hardware), como também uma base para os programas aplicativos. Além disso, atua como intermediário entre o usuário e o hardware do computador. Existem muitos tipos de sistemas operacionais, cujo aspecto varia de acordo o tipo de funções e hardware ao qual será utilizado. Se observarmos os tablets, smartphone, smartwatch teremos um sistema operacional projetado para facilitar a interface do usuário com os programas a serem executados. Nos desktops (computadores pessoais) esta otimização são voltadas para aplicações comerciais, jogos, etc. Em ambientes coorporativos, onde a utilização de computadores de grande porte são mais requisitados, os sistemas operacionais têm um projeto mais voltado para a otimização de hardware. Na indústria, cujos equipamentos necessitam de alta precisão e confiabilidade, utilizam-se sistemas operacionais em tempo real que permitem a resposta a um evento ser feito em um espaço de tempo determinado Objetivo A função do sistema operacional é permitir uma interface homem máquina mais amigável com o usuário, isto porque encapsula as complexas rotinas de acesso a recursos de hardware, tais como, interface de programação e gerenciamento de recursos. Tarefas simples como salvar um pequeno texto, sem o sistema operacional seria algo que demandaria um grande esforço e extensos conhecimentos da arquitetura interna do computador. Esta pequena tarefa necessitaria as seguintes etapas simplificadas: 1. Localizar os dados do arquivo na memória. 1. Obter o nome do arquivo e local de gravação. 2. Validar os dados do item Posicionar o cabeçote de leitura e gravação no cilindro correto. 4. Posicionar o cabeçote de leitura e gravação na trilha correta. 5. Posicionar o cabeçote de leitura e gravação no setor correto. 6. Salvar o arquivo. 12 capÃtulo 1
13 Trilha Setor Cabeça de leitura e grav. Prato Faces Figura 3 Disco RÃgido. De acordo com Tanenbaum e Woodhyll (1999) e Silberschatz et al. (2004), os sistemas operacionais podem ser conceituados de duas formas: topdown e bottom-up. No modo topdown ( de-cima-a-baixo ) que é o modo de visão do usuário, o sistema operacional é um software que permite a interação entre o hardware e os programas aplicativos. Assim para o usuário, o sistema operacional fornece: Acesso ao sistema. Possibilidade de criar e gerenciar arquivos e diretórios. Ambiente para execução de programas. Acesso aos dispositivos de entrada e saÃda. Acesso ao conteúdo de arquivos. Detecção de erros. Já no modo bottom-up ( de-baixo-a-cima ), é considerado um gerenciador de recursos. Isto porque controla a utilização dos recursos de hardware pelas capÃtulo 1 13
15 ATENÇÃO O sistema operacional é considerado por muitas pessoas como sendo um programa que fica executando o tempo todo no computador, enquanto o restante é considerado como programas aplicativos (TANENBAUM; WOODHYLL, 1999). Neste ponto entra o sistema operacional fornecendo um ambiente de integração que possibilite a execução dos programas e o controle e coordenação da utilização dos recursos de hardware pelos aplicativos. Silberschatz et al. (2004) considera o sistema operacional como uma alocador de recursos. É de responsabilidade do sistema operacional resolver conflitos na utilização destes recursos. Por exemplo, imagine três computadores em rede e os usuários destes computadores resolvem mandar ao mesmo tempo um texto para uma impressora compartilhada na rede. Qual texto o sistema operacional deve imprimir primeiro? Imprimir parte do texto do usuário 1, em seguida, parte do usuário 2 e assim por diante? Como o sistema operacional resolve este conflito de alocação de recursos? A solução adotada neste caso é, primeiramente o sistema operacional armazenar os arquivos enviados em uma fila de impressão no disco rÃgido. Em seguida, imprime o primeiro arquivo da fila e em seguida o próximo até não haver mais nenhum para impressão. Este é um pequeno exemplo do que acontece a todo o momento em um sistema operacional, que é procurar gerenciar a utilização dos recursos da forma mais eficiente possÃvel, procurar minimizar as falhas, efetuar controle de acesso para que os usuários possam acessar apenas os recursos que lhes foram autorizados, entre outros. Em resumo, os objetivos fundamentais dos sistemas operacionais são executar os aplicativos dos usuários e facilitar a resolução de seus problemas. 1.2 Evolução Histórica dos Sistemas Operacionais Para estudarmos a evolução histórica dos sistemas operacionais devemos estudar a evolução dos computadores, isto porque os dois estão diretamente ligados. Segundo Machado e Maia (2007) a máquina de cálculos de equações polinomiais conhecida como Máquina AnalÃtica (Analytical Engine) inventada pelo matemático inglês Charles Babbage em 1822 é o que mais se assemelha a um computador atual. Isto porque possuÃa os conceitos de unidade central de processamento, memória, unidade de controle e dispositivos de entrada/saÃda. capÃtulo 1 15
18 Neste perÃodo não havia ainda os conceitos de sistema operacionais, desta forma, era responsabilidade do usuário operar, programar e efetuar a manutenção do computador durante o perÃodo que o equipamento ficava a sua disposição. A programação, composta basicamente por cálculos numéricos, era feita diretamente nos painéis do computador Década de 1950: transistores e sistemas batch Na década de 1950 surgiram os transÃstores que permitiram uma grande diminuição do tamanho dos computadores, que anteriormente eram feitos a válvula, o que proporcionou um aumento do poder de processamento dos equipamentos. Grandes empresas e corporações começaram a adquirir computadores, conhecidos como Mainframes. Os Mainframes permitiram que houvesse uma separação entre os operadores, programadores e técnicos de manutenção. A programação, feita através de cartões perfurados, eram entregues ao operador do computador para que fossem processados. Os programas, também denominados Jobs, eram lidos por uma leitora e gravados em uma fita de entrada. O computador então lia a fita e executava um programa de cada vez. O resultado do processamento era então gravado numa fita de saÃda. Esta técnica, onde são processados um conjunto de programas, ficou conhecido como processamento batch. Em 1953 os usuários do computador IBM 701, do Centro de Pesquisas da General Motors, desenvolveram o primeiro sistema operacional, chamado de Monitor. O Monitor, chamado assim pela sua simplicidade, tinha como objetivo automatizar as tarefas manuais executadas na época. Neste perÃodo surgiram as primeiras linguagens de programação de alto nÃvel, tais como FORTRAM, ALGOL E COBOL. Houve então um grande avanço no desenvolvimento e manutenção dos programas que não mais tinham uma relação direta com o hardware dos computadores. Consequentemente, os sistemas operacionais evoluÃram para atender as demandas das linguagens de programação e assim facilitar o trabalho de codificar, executar e depurar os programas Década de : circuitos integrados e multiprogramação Com o surgimento dos circuitos integrados os computadores tiveram uma redução de custo de aquisição o que proporcionou sua viabilização nas empresas. 18 capÃtulo 1 2b1af7f3a8