Tipos de Sistemas Operacionais

Tipos de Sistemas Operacionais

• Sistemas operacionais podem ser classificados de acordo com a quantidade de tarefas que podem ser executadas simultaneamente.

Classificação dos Sistemas Operacionais

• Monoprogramáveis/Monotarefas.
• Multiprogramáveis/Multitarefas.
• Sistemas com múltiplos processadores.

Sistemas Monoprogramáveis/Monotarefa

• Executam apenas um programa por vez.
• Para executar outro programa, é necessário aguardar a finalização do programa corrente.

Sistemas Multiprogramáveis/Multitarefa

• Permitem o compartilhamento de recursos computacionais entre diversos usuários e aplicações.
• Possibilitam a execução concorrente de tarefas.

Sistemas Multiprogramáveis/Multitarefa: Classificação Por Número de Usuários

• Sistema monoprogramado: Monousuário, não permite múltiplos usuários.
• Sistema multiprogramado: Monousuário ou multiusuário.

Sistemas Multiprogramáveis/Multitarefa: Classificação Pela Gerência de Aplicações

• Sistemas Batch.
• Sistemas de Tempo Compartilhado.
• Sistemas de Tempo Real.

Sistemas Batch

• Foram o primeiro tipo de sistema operacional multiprogramável, implementados na década de 60.
• Não exigem interação direta do usuário com a aplicação.
• Exemplos: rotinas de backup, programas de cálculo numérico e compilações.

Sistemas de Tempo Compartilhado (Time-Sharing)

• Permitem que diversos programas sejam executados dividindo o tempo do processador em pequenos intervalos, chamados time-slice.
• Realizam a substituição de programas em execução, aguardando uma nova fatia de tempo.
• Permitem a interação do usuário através de terminais com vídeo, teclado e mouse.
• A maioria das aplicações comerciais utiliza sistemas de tempo compartilhado.

Sistemas de Tempo Real

• Implementados de forma semelhante aos sistemas de tempo compartilhado, mas sem a ideia de fatia de tempo.
• Programas utilizam o processador pelo tempo necessário ou até que outro programa mais prioritário apareça, definido pela aplicação.
• São utilizados em aplicações de controle de processos, como monitoramento de refinarias de petróleo, controle de tráfego aéreo e controle de usinas termoelétricas e nucleares.
• Tempo de resposta é um fator fundamental.

Sistemas com Múltiplos Processadores

• Distribuem tarefas entre dois ou mais processadores, permitindo que mais de um programa seja executado simultaneamente.
• Um mesmo programa pode ser dividido em partes executadas nos vários processadores, aumentando o desempenho.
• Implementam aplicações voltadas para processamento científico, simulações, processamento de imagens e desenvolvimento aeroespacial.

Características dos Sistemas com Múltiplos Processadores

• Multiprogramação.
• Escalabilidade.
• Disponibilidade.
• Balanceamento de carga.

Classificação dos Sistemas com Múltiplos Processadores

• Sistemas fortemente acoplados.
• Sistemas fracamente acoplados.

Sistemas Fortemente Acoplados

• Vários processadores compartilham uma única memória física e dispositivos de E/S, gerenciados por um único sistema operacional.
• Também chamados de multiprocessadores.
• Podem ser divididos em:
  • Simétricos (Symmetric Processors – SMP): Tempo de acesso uniforme à memória para todos os processadores.
  • Assimétricos (Non-Uniform Memory Access – NUMA): Tempo de acesso à memória varia conforme a localização física do processador.

Sistemas Fracamente Acoplados

• Sistemas Operacionais de Rede:
  • Permitem que um computador (host) compartilhe recursos como impressoras e diretórios com outros hosts na rede, utilizando IPv4 e IPv6.
  • Usados em redes locais.
• Sistemas Operacionais Distribuídos:
  • O sistema operacional esconde os detalhes dos hosts individuais e os trata como um conjunto único, também conhecido como IoT (Internet of Things).

Partes de um Sistema Operacional

• Gerência de processos.
• Gerência de memória.
• Gerência de armazenamento em massa.
• Gerência do sistema de arquivos.
• Gerência de dispositivos.

Programas em Sistemas Operacionais

• Vários programas começam a ser executados ao ligar o computador.
• Programas são ativados pelo Sistema Operacional ou pelo usuário.
• Cada um destes programas possui vários processos.

Definição de Processo

• Um programa em execução.
• Processos são entidades independentes que concorrem aos mesmos recursos do computador.

Estado dos Processos

• Novo: Processo está sendo criado, carregando o código em memória e suas bibliotecas.
• Pronto: Processo está em memória, aguardando a disponibilidade do processador. Processos prontos são organizados em uma fila, cuja ordem é determinada por algoritmos de escalonamento.
• Executando: Processo está executando suas instruções.
• Bloqueado: Processo não pode executar porque depende de recursos não disponíveis ou está esperando o tempo passar.
• Terminado: A execução do processo foi encerrada e ele pode ser removido da memória.

Transições de Processos

• Novo --> Pronto: O novo processo termina de ser carregado em memória e fica pronto para executar.
• Pronto --> Executando: O processo é escolhido pelo escalonador para ser executado, entre os demais processos prontos.
• Executando --> Pronto: Ocorre quando a fatia de tempo destinada ao processo (quantum) se esgota e o processo não precisa de outros recursos.
• Executando --> Terminado: O processo encerra sua execução ou é abortado devido a um erro e avisa ao sistema operacional.
• Terminado: Um processo é removido da memória, e seus registros e estruturas são removidos do kernel.
• Executando --> Bloqueado: Um processo em execução solicita um recurso não disponível, abandonando o processador até que o recurso esteja disponível.
• Bloqueado --> Pronto: Quando o recurso solicitado se torna disponível, um processo volta ao estado "pronto".