Sistemas Operacionais: Introdução

• Bem-vindos à disciplina de Sistemas Operacionais na Universidade Católica de Santa Catarina em Jaraguá do Sul, SC, Brasil.
• O professor Dr. Andrei Carniel ministra a disciplina.
• O contato do professor é [email protected].

Formação Acadêmica do Professor Dr. Andrei Carniel

• Graduação em Tecnologia em Análise e Desenvolvimento de Sistemas em 2010 pela UTFPR, campus Pato Branco.
• Especialização em Programação Java em 2012 na UTFPR, campus Pato Branco.
• Mestrado em Computação Aplicada, área de Engenharia de Software em 2017 pela UDESC, campus Joinville.
• Doutorado em Engenharia Eletrônica e Computação, área de Informática, sub-área de Engenharia de Sistemas Críticos em 2023 pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA, São José dos Campos - SP.

Experiência Profissional

• Experiência acadêmica como professor na UTFPR Campus Pato Branco e no Centro Universitário Católica de SC.
• Experiência profissional como Desenvolvedor Android Pleno – Limber Software e Desenvolvedor Android Pleno – Checklist Fácil.
• Experiência em pesquisa científica com Sistema de comunicação móvel para pessoas com deficiência intelectual e Proposta para identificação de conflitos entre requisitos de safety, security e business para sistemas ciberfísicos.

Plano de Ensino

• O plano de ensino define o conteúdo a ser estudado durante o semestre.
• O plano de ensino estará disponível para os alunos no portal do aluno para clareza sobre o curso.
• Datas importantes: N1 – 04/04/2025, N2 – 02/06/2025, N3 – 15/07/2025.

Sobre as aulas

• As aulas iniciam às 18:40 e vão até as 22:20.
• As aulas podem variar de metodologia, porém incluem tempo para dúvidas, discussões (conteúdos ou atividades) e retomada de conceitos.
• As aulas terão aula teórica ou prática e tempo para atividades.
• A frequência às aulas no horário estabelecido é de responsabilidade do acadêmico.
• As didáticas das aulas podem ser realizadas/alteradas para atender às requisições ou necessidades dos alunos.

Introdução aos Sistemas Operacionais

• Crescimento sem precedentes da computação nas últimas décadas.
• Estações de trabalho desktop executam bilhões de instruções por segundo (BIPS).
• Supercomputadores podem executar mais de um trilhão de instruções por segundo.
• Os computadores são empregados em quase todos os aspectos da vida.

O que é um Sistema Operacional?

• Anteriormente, definido como o software que controla o hardware.
• A evolução dos sistemas de computador exigiu uma definição mais complexa.
• Os aplicativos são projetados para serem executados simultaneamente.
• Separa os aplicativos do hardware que eles acessam como uma camada de software.
• Gerencia software e hardware para produzir os resultados desejados.
• Gerencia recursos como hardware, processadores, memória, dispositivos de entrada/saída, aparelhos de comunicação e aplicações de Software.

Evolução dos Sistemas Operacionais

Anos 1940 e 1950:

• Os sistemas operacionais evoluíram através de várias fases.
• Na década de 1940, os primeiros computadores não incluíam sistemas operacionais.
• Na década de 1950, era executado um trabalho de cada vez.
• Tecnologias incluídas para suavizar as transições de trabalho para trabalho.
• Sistemas de processamento em lote de fluxo único.
• Programas e dados enviados consecutivamente em fita.

Anos 1960:

• Ainda sistemas de processamento em lote.
• Processamento de vários trabalhos de uma só vez através de multiprogramação.
• Um trabalho pode usar o processador enquanto outros trabalhos usam dispositivos periféricos.
• Sistemas operacionais avançados desenvolvidos para atender a vários usuários interativos.
• Em 1964, a IBM anunciou a família de computadores System/360 que separou a arquitetura de hardware da implementação do SO.

Anos 1960 - Timesharing & Memória Virtual:

• Desenvolvido para suportar muitos usuários interativos simultâneos.
• O tempo de resposta foi reduzido para minutos ou segundos.
• Tempo é medido entre a submissão do trabalho e a devolução dos seus resultados
• Sistemas em tempo real fornecem resposta dentro de um período de tempo limitado.
• Aprimoramento de tempo e métodos de desenvolvimento.
• Sistemas incorporam memória virtual que endereça mais locais de memória do que realmente existe.

Anos 1970:

• Principalmente sistemas de compartilhamento de tempo multimodo.
• Processamento em lote suportado, compartilhamento de tempo e aplicativos em tempo real.
• Computação pessoal apenas em estágios iniciais.
• Promovido por desenvolvimentos iniciais em tecnologia de microprocessador.
• O Departamento de Defesa desenvolve TCP/IP como um Protocolo de comunicação padrão.
• Amplamente utilizado em ambientes militares e universitários.
• Surgiram problemas de segurança com volumes crescentes de informações passando por linhas de comunicação vulneráveis.

Anos 1980:

• Década de computadores pessoais e estações de trabalho.
• Computação distribuída para sites onde era necessária.
• Os computadores pessoais mostraram-se relativamente fáceis de aprender e usar.
• Interfaces gráficas do usuário (GUI).
• Transferir informações entre computadores via redes ficou mais econômico e prático.
• O modelo de computação cliente/servidor tornou-se generalizado.
• Clientes solicitam serviços e Servidores executam serviços.
• A engenharia de software evoluiu e impulsionada pelo governo dos Estados Unidos visando controle dos projetos de software do Departamento de Defesa.
• Reutilização do código e maior grau de abstração em linguagens de programação.
• Múltiplos threads de instruções executados independentemente.

Pausa para breve história da Web:

• Agência de Projetos de Pesquisa Avançada (ARPA) e Departamento de Defesa criaram a ARPAnet no final dos anos 1960.
• ARPAnet é o avô da Internet de hoje.
• Sistemas de computadores principais em rede de instituições financiadas pela ARPA.
• Capaz de comunicação quase instantânea via e-mail.
• Projetado para operar sem controle centralizado.
• Protocolo de Controle de Transmissão/Protocolo de Internet (TCP/IP).
• Há um conjunto de regras para comunicação na ARPANet.
• TCP/IP gerencia a comunicação entre aplicativos.
• As mensagens sejam roteadas corretamente do remetente ao destinatário e faz correção de erros.
• Mais tarde, foi aberto ao uso comercial geral.
• World Wide Web (WWW) localiza e visualiza documentos baseados em multimídia sobre qualquer assunto.
• Iniciado o desenvolvimento em 1989 no CERN com tecnologia para compartilhar informações por meio de documentos de texto com hiperlinks.
• Linguagem é a marcação de hipertexto (HTML) definindo documentos na WWW.
• Backbone de comunicações usado para transferir documentos pela WWW.

Anos 1990:

• O desempenho do hardware melhorou exponencialmente.
• Poder de processamento e armazenamento baratos.
• Execução de programas grandes e complexos em computadores pessoais.
• Máquinas econômicas para bancos de dados extensos e trabalhos de processamento.
• Mainframes raramente necessários.
• A mudança para a computação distribuída foi acelerada rapidamente.
• Computadores independentes realizam tarefas comuns.
• O suporte do sistema operacional para tarefas de rede tornou-se padrão.
• Aumento de produtividade e comunicação.
• A Microsoft Corporation tornou-se dominante.
• Emprego de muitos conceitos usados nos primeiros sistemas operacionais Macintosh.
• Usuários habilitados para navegar em vários aplicativos simultâneos com facilidade.
• Sistemas operacionais orientados a objetos (OOOS) são operacionais modulares.
• É mais fácil de manter e estender do que os sistemas construídos com técnicas anteriores.
• Programas orientados a objetos são organizados em torno de objetos que representam entidades do mundo real.
• Cada objeto possui características (atributos) e comportamentos (métodos) associados a ele.
• Permitiu uma representação mais intuitiva e flexível do sistema operacional.
• Benefícios potenciais dos sistemas operacionais orientados a objetos incluem:
  • Modularidade e reusabilidade com reutilização do código e a manutenção do sistema.
  • Encapsulamento que protege o acesso não autorizado e promove a segurança do sistema.
  • Herança que herda características e comportamentos de outros objetos, e reutiliza código.
  • Polimorfismo que permite que objetos de diferentes tipos sejam tratados de maneira uniforme.
• A maioria dos softwares comerciais é vendida como código objeto.
• O código-fonte não está incluído nos softwares comerciais.
• Permite que os fornecedores ocultem informações proprietárias e técnicas de programação.
• O software livre e de código aberto tornou-se cada vez mais comum na década de 1990.
• Software de código aberto é distribuído com o código-fonte, permitindo aos indivíduos examinar e modificar o software.
• Exemplos incluem sistema operacional Linux e servidor Web Apache.
• Richard Stallman lançou o projeto GNU, discordando do conceito de pagar pela permissão de uso do software.
• Foi criada a Iniciativa de código aberto (OSI) para obter mais benefícios da programação de código aberto.
• Isso facilita melhorias em produtos de software, permite teste, depuração e aprimoramento de aplicativos, aumenta a chance de que bugs sutis sejam detectados e corrigidos, e é crucial para erros de segurança que precisam ser corrigidos rapidamente.
• Pessoas físicas e jurídicas podem modificar a fonte para criar software personalizado para atender às necessidades de um determinado ambiente.
• Os sistemas operacionais se tornaram cada vez mais amigáveis com Recursos de GUI pioneiros da Apple amplamente usados e aprimorados.
• Recursos "plug-and-play” integrados aos sistemas operacionais.
• Permite que os usuários adicionem e removam componentes de hardware dinamicamente, não havendo a necessidade de reconfigurar manualmente o sistema operacional.

A partir dos anos 2000:

• Middleware vincula dois aplicativos separados.
• Frequentemente em uma rede e entre máquinas incompatíveis.
• Particularmente importante para serviços da Web e simplifica a comunicação em várias arquiteturas.
• Serviços web abrangem um conjunto de padrões relacionados compostos por peças de software prontas para uso na Internet.
• Permitem que quaisquer dois aplicativos se comuniquem e troquem dados.

Bases

• O IBM PC imediatamente gerou uma enorme indústria de software.
• Fornecedores independentes de software (ISVs) comercializam pacotes de software para serem executados no sistema operacional MS-DOS.
• O sistema operacional deve apresentar um ambiente propício ao desenvolvimento rápido e fácil de aplicativos.
• Caso contrário, é improvável que seja amplamente adotado.
• A Base de aplicação tem a combinação de hardware e sistema operacional usado para desenvolver aplicativos.
• Desenvolvedores e usuários que não desejam abandonar a base de aplicativos estabelecida, terão o maior custo financeiro e tempo gasto reaprendendo.

Ambientes

• Sistemas operacionais destinados a ambientes finais com Requisitos especiais de design e necessidades de suporte de hardware.
• Eles requerem grande memória principal, hardware para fins especiais e grande número de processos.
• Sistemas embarcados são caracterizados por um pequeno conjunto de recursos especializados.
• Fornecem funcionalidade a dispositivos como telefones celulares e PDAs.
• O gerenciamento eficiente de recursos é vital para construir um sistema operacional bem-sucedido.
• Sistemas em tempo real exigem que as tarefas sejam executadas dentro de um período de tempo específico (geralmente curto).
• O recurso de piloto automático de uma aeronave deve ajustar constantemente a velocidade, altitude e direção.
• Tais ações não podem esperar indefinidamente - e às vezes não podem esperar.
• Máquinas virtuais (VMs) são abstrações de software de um computador, frequentemente executadas sobre o sistema operacional nativo e gerenciando seus recursos.
• Aplicações de máquinas virtuais permitem que várias instâncias executadas simultaneamente, podem fazer Emulação e imitar a funcionalidade de hardware/software não presente no sistema e Promovem a portabilidade.

Esquematização das VMs

• As VMs tem aplicações Linux, Windows e Linux.
• Aplicações usam a Maquina Virtual através do Sistema Operacional.

Componentes e Objetivos

• Os sistemas de computador evoluíram com:
• Primeiros sistemas sem sistema operacional; depois, máquinas de multiprogramação e timesharing; finalmente, sistemas verdadeiramente distribuídos.
• Componentes da Interação do usuário com o sistema operacional que frequentemente, por meio de um aplicativo especial, chamado shell.
• Kernel é o Software que contém os principais componentes do sistema operacional.
• Os componentes típicos do sistema operacional incluem: Escalonador do processador, Gerenciador de memória, Gerenciador de E/S, Gerente de comunicação entre processos (IPC) e Gerenciador do sistema de arquivos.
• Ambientes de multiprogramação agora são comuns com o Kernel gerenciando a execução de processos.
• Componentes do programa executam independentemente, mas usam um único espaço de memória para compartilhar dados, e são chamados de threads.
• Para acessar o dispositivo de E/S, o processo deve emitir uma chamada de sistema que é manipulado pelo driver do dispositivo.
• O driver do dispositivo é um componente de software que interage diretamente com o hardware e contém comandos específicos do dispositivo.
• Os usuários esperam certas propriedades dos sistemas operacionais como: Eficiência, Robustez, Escalabilidade, Extensibilidade, Portabilidade, Segurança, Proteção, Interatividade e Usabilidade.
• Os sistemas operacionais de hoje tendem a ser complexos.
• Fornecem muitos serviços.
• Suporta variedade de hardware e software.
• Arquiteturas ajudam a gerenciar a complexidade, organizando os componentes do sistema operacional e especificando o privilégio com o qual cada componente é executado.

Exemplos de Sistemas Operacionais:

• AmigaOS, Amoeba, BeOS, DOS, EOS, Linux, FreeNAS, Unix, Mac OS X, Netware, BSD, OS/2, Windows e XENIX.