Sistemas Operacionais: Funções e Tipos

• Sistemas Operacionais (SO)
  • Gerenciam recursos de hardware e software de um computador
  • Fornecem uma interface para os usuários interagirem com o sistema
  • Atuam como intermediários entre aplicativos e hardware
  • Suportam a execução de aplicativos
  • Funções principais: gerenciamento de processos, gerenciamento de memória, gerenciamento de arquivos, gerenciamento de dispositivos, segurança e proteção
  • Tipos de SO: batch, tempo compartilhado, tempo real, distribuídos, embarcados
  • SO em lote: Processa tarefas em lotes, sem interação do usuário durante a execução
  • SO de tempo compartilhado: Permite que vários usuários compartilhem simultaneamente os recursos do sistema
  • SO de tempo real: Projetados para aplicações que exigem respostas rápidas e previsíveis
  • SO distribuídos: Executam em vários computadores interconectados
  • SO embarcados: Projetados para dispositivos com recursos limitados, como smartphones e eletrodomésticos

Sistemas de Arquivos

- Organização e gerenciamento de dados em um sistema de armazenamento
- Permitem que os usuários armazenem, acessem e manipulem arquivos
- Fornecem uma estrutura hierárquica para organizar os arquivos em diretórios (pastas)
- Funções principais: criação, exclusão, leitura, gravação e renomeação de arquivos
- Atributos de arquivos: nome, tamanho, tipo, data de criação, data de modificação, permissões
- Tipos de sistemas de arquivos: FAT32, NTFS, ext4, HFS+
- FAT32: Usado em sistemas operacionais mais antigos, limita o tamanho dos arquivos a 4 GB
- NTFS: Sistema de arquivos padrão para sistemas Windows, suporta arquivos maiores e recursos de segurança
- ext4: Sistema de arquivos padrão para sistemas Linux, oferece bom desempenho e escalabilidade
- HFS+: Usado em sistemas macOS
- Operações em sistemas de arquivos:
    - Montagem: Torna um sistema de arquivos acessível em um determinado ponto de montagem
    - Desmontagem: Remove um sistema de arquivos do ponto de montagem
    - Formatação: Prepara uma partição para ser usada por um sistema de arquivos
- Estruturas de dados usadas em sistemas de arquivos:
    - Superbloco: Contém informações sobre o sistema de arquivos, como tamanho do bloco e número de blocos
    - Inode: Contém metadados sobre um arquivo, como tamanho, permissões e localização dos blocos de dados

Gerenciamento de Processos

- Processo: Uma instância de um programa em execução
- Gerenciamento de processos: Alocação de recursos do sistema para processos, escalonamento de processos para execução, sincronização de processos e comunicação entre processos
- Estados de um processo:
    - Novo: O processo está sendo criado
    - Pronto: O processo está aguardando para ser executado
    - Executando: O processo está sendo executado pela CPU
    - Bloqueado: O processo está aguardando por um evento (E/S, semáforo)
    - Terminado: O processo completou sua execução
- Escalonamento de processos:
    - Determina qual processo será executado em um determinado momento
    - Objetivos do escalonamento: maximizar a utilização da CPU, minimizar o tempo de espera, garantir justiça na alocação de recursos
    - Algoritmos de escalonamento: FIFO (First-In, First-Out), SJF (Shortest Job First), Round Robin, Prioridade
    - FIFO: Processos são executados na ordem em que chegam
    - SJF: Processos com menor tempo de execução são executados primeiro
    - Round Robin: Cada processo recebe um quantum de tempo para executar
    - Prioridade: Processos com maior prioridade são executados primeiro
- Sincronização de processos:
    - Mecanismos para garantir que processos compartilhem recursos de forma segura e consistente
    - Problemas de concorrência: condição de corrida, deadlock
    - Mecanismos de sincronização: semáforos, mutexes, monitores
    - Semáforos: Variáveis inteiras usadas para controlar o acesso a recursos compartilhados
    - Mutexes: Semáforos binários que garantem exclusão mútua
    - Monitores: Estruturas de dados que encapsulam recursos compartilhados e procedimentos para acessar esses recursos
- Comunicação entre processos:
    - Mecanismos para permitir que processos troquem informações
    - Métodos de comunicação: memória compartilhada, passagem de mensagens
    - Memória compartilhada: Região de memória que pode ser acessada por vários processos
    - Passagem de mensagens: Processos trocam mensagens para se comunicar
- Threads: Unidades de execução dentro de um processo
    - Permitem que um processo execute várias tarefas simultaneamente
    - Compartilham o mesmo espaço de endereço e recursos do processo pai
    - Gerenciamento de threads: criação, exclusão, escalonamento e sincronização de threads
- Deadlock (impasse):
    - Ocorre quando dois ou mais processos estão bloqueados indefinidamente, esperando um pelo outro para liberar recursos
    - Condições para ocorrência de deadlock: exclusão mútua, retenção e espera, não preempção, espera circular
    - Métodos de prevenção de deadlock: evitar a ocorrência de uma das condições necessárias
    - Métodos de detecção e recuperação de deadlock: detectar a ocorrência e tomar medidas para resolver
- Gerenciamento de memória:
    - Alocação e liberação de memória para processos
    - Técnicas de gerenciamento de memória: alocação contígua, paginação, segmentação, memória virtual
    - Alocação contígua: Cada processo recebe um bloco contíguo de memória
    - Paginação: A memória é dividida em páginas de tamanho fixo, e os processos são alocados em páginas não contíguas
    - Segmentação: A memória é dividida em segmentos de tamanho variável, e os processos são alocados em segmentos não contíguos
    - Memória virtual: Permite que um processo acesse mais memória do que está fisicamente disponível, usando espaço em disco como extensão da memória RAM
- Proteção de memória:
    - Mecanismos para evitar que um processo acesse a memória de outro processo
    - Técnicas de proteção de memória: chaves de proteção, limites de memória, paginação com proteção
- Gerenciamento de entrada/saída (E/S):
    - Gerenciamento de dispositivos de E/S
    - Controladores de dispositivo: Interfaces entre o SO e os dispositivos de hardware
    - Tratamento de interrupções: Mecanismos para lidar com eventos gerados por dispositivos de E/S
    - Técnicas de E/S: E/S programada, E/S por interrupção, DMA (acesso direto à memória)
    - E/S programada: A CPU controla diretamente a transferência de dados entre a memória e o dispositivo
    - E/S por interrupção: O dispositivo sinaliza a CPU quando a transferência de dados está completa
    - DMA: O dispositivo transfere dados diretamente para a memória, sem a intervenção da CPU
- Sistemas de arquivos em rede:
    - Permitem que os usuários acessem arquivos armazenados em servidores remotos
    - Protocolos de sistemas de arquivos em rede: NFS (Network File System), SMB/CIFS (Server Message Block/Common Internet File System)
    - NFS: Usado em sistemas Unix/Linux
    - SMB/CIFS: Usado em sistemas Windows
- Segurança em sistemas operacionais:
    - Mecanismos para proteger o sistema contra ameaças
    - Autenticação: Verificação da identidade do usuário
    - Autorização: Determinação dos recursos que o usuário pode acessar
    - Contabilidade: Rastreamento do uso de recursos pelo usuário
    - Mecanismos de proteção: firewalls, antivírus, sistemas de detecção de intrusão
    - Controle de acesso: Restrição do acesso a recursos com base na identidade do usuário.