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MC504 Sistemas Operacionais

Prof. Dr. Eng. Isaías Bittencourt Felzmann

isaias@ic.unicamp.br

Campinas, 2s/2026

Apresentação

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Objetivos

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Contatos

Página da Disciplina:

https://ic.unicamp.br/~isaias/so

Professor Isaías:

isaias@ic.unicamp.br
IC-2 Sala 26 – Segunda-feira 17h45-18h45

PED Gabriela:

g172599@dac.unicamp.br
HUB Santander – Quinta-feira 18h-19h

PED Girlana:

g295743@dac.unicamp.br
LSC IC-3 Sala 361 – Terça-feira 12h-13h

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Calendário

Primeira parte

Introdução
Processos, threads e sincronização
Escalonamento e concorrência

Segunda parte

Gerenciamento de Arquivos
Gerenciamento de Entrada e Saída
Gerenciamento de Memória Virtual

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Bibliografia

Andrew Tanenbaum, Herbert Bos

Sistemas operacionais modernos

4ª edição

Abraham Silberschatz, Peter Galvin, Greg Gagne

Operating Systems Concepts (Fundamentos de Sistemas Operacionais)

10ª edição (9ª edição em Português)

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Avaliação

Parte 1 – Prova P1: 50% da nota.

P1: 28/set – aula de dúvidas 23/set

Parte 2 – Prova P2: 50% da nota.

P2: 23/nov – aula de dúvidas 18/nov

2 mini-projetos opcionais para desenvolvimento extra-classe.

Poderão valer 2,0–2,5 pontos em cada prova.
Detalhes em breve…

Atenção para Integridade Acadêmica!

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Recuperação

Exame sobre a disciplina inteira em 14/dez.

Nota final truncada em 5,0.

Requisitos:

Ter média das provas entre 2,5 e 5,0.

Não ter extrapolado o limite de faltas (25%).

ATENÇÃO: A disciplina acaba com a entrega do exame.

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Frequência

Horários das aulas:

Segundas às 19h
Quartas às 21h

Necessário 75% de frequência – Máximo 7 faltas.

Assinem a lista de chamada!

Atrasos e saídas antecipadas:

Tolerados em dias de aula normal.
Sem entrada após alguém sair em dia de prova.

Exceto se (bem) justificado.

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Aviso Legal

The following set of slides are copyright Silberschatz, Galvin and Gagne, 2018. Modifications were made for their use in conjunction with MC504. The original material is available at os-book.com .

Os direitos autorais do conjunto de slides a seguir pertencem a Silberschatz, Galvin and Gagne, 2018. Foram feitas modificações para seu uso em MC504. O material original está disponível em os-book.com .

Este material foi elaborado com apoio de ferramentas de IA generativa como recurso auxiliar. O conteúdo foi revisado, validado e é de responsabilidade do docente.

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O que é um Sistema Operacional?

Um programa que atua como intermediário entre o usuário de um computador e o hardware do computador
Objetivos de um sistema operacional:

Executar programas de usuário e facilitar a resolução dos problemas do usuário
Tornar o sistema computacional conveniente de usar
Utilizar o hardware do computador de maneira eficiente

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Papel de um Sistema Operacional

Depende do ponto de vista
Os usuários querem conveniência, facilidade de uso e bom desempenho

Não se importam com a utilização de recursos

Mas um computador compartilhado, como um mainframe ou minicomputador, deve manter todos os usuários satisfeitos

O sistema operacional é um alocador de recursos e um programa de controle que faz uso eficiente do hardware e gerencia a execução dos programas de usuário

Usuários de sistemas dedicados, como workstations, têm recursos dedicados, mas frequentemente usam recursos compartilhados de servidores
Dispositivos móveis como smartphones e tablets têm poucos recursos, otimizados para usabilidade e duração da bateria

Interfaces de usuário móveis como telas sensíveis ao toque e reconhecimento de voz

Alguns computadores têm pouca ou nenhuma interface de usuário, como computadores embarcados em dispositivos e automóveis

Funcionam principalmente sem intervenção do usuário

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Definição de Sistema Operacional

Não há uma definição universalmente aceita
“Tudo o que um fornecedor entrega quando você compra um sistema operacional” é uma boa aproximação

Mas varia enormemente

“O único programa em execução o tempo todo no computador” é o kernel, parte do sistema operacional
Todo o restante é ou

Um programa de sistema (fornecido com o sistema operacional, mas não parte do kernel), ou
Um programa aplicativos, todos os programas não associados ao sistema operacional

Os sistemas operacionais atuais para computação de propósito geral e móvel também incluem middleware – um conjunto de frameworks de software que fornecem serviços adicionais aos desenvolvedores de aplicações, como bancos de dados, multimídia e gráficos

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Estrutura do Sistema Computacional

Um sistema computacional pode ser dividido em quatro componentes:

Hardware – fornece os recursos básicos de computação

CPU, memória, dispositivos de Entrada/Saída (I/O)

Sistema operacional

Controla e coordena o uso do hardware entre as diversas aplicações e usuários

Programas aplicativos – definem as maneiras pelas quais os recursos do sistema são usados para resolver os problemas computacionais dos usuários

Processadores de texto, compiladores, navegadores web, sistemas de banco de dados, videogames

Usuários

Pessoas, máquinas, outros computadores

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Visão Abstrata dos Componentes de um Computador

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Como Funciona um Computador Moderno

Arquitetura de von Neumann

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Operação em Modo Dual

A operação em modo dual permite que o SO proteja a si mesmo e outros componentes do sistema

Modo usuário e modo kernel

Bit de modo fornecido pelo hardware

Fornece a capacidade de distinguir quando o sistema está executando código de usuário ou código do kernel.
Quando um usuário está em execução 🢡 o bit de modo é “usuário”
Quando código do kernel está em execução 🢡 o bit de modo é “kernel”

Como garantimos que o usuário não defina explicitamente o bit de modo como “kernel”?

Uma chamada de sistema muda o modo para kernel; o retorno da chamada o redefine para usuário

Algumas instruções são designadas como privilegiadas, executáveis apenas no modo kernel

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Transição do Modo Usuário para o Modo Kernel

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Gerenciamento de Processos

Um processo é um programa em execução. É uma unidade de trabalho dentro do sistema. O programa é uma entidade passiva; o processo é uma entidade ativa.
O processo precisa de recursos para realizar sua tarefa

CPU, memória, I/O, arquivos
Dados de inicialização

O término do processo requer a recuperação de quaisquer recursos reutilizáveis
Um processo de thread única tem um contador de programa que especifica a localização da próxima instrução a ser executada

O processo executa as instruções sequencialmente, uma de cada vez, até a conclusão

Um processo multithread tem um contador de programa por thread
Normalmente o sistema tem muitos processos, alguns de usuário, outros do sistema operacional, executando concorrentemente em uma ou mais CPUs

Concorrência por meio da multiplexação das CPUs entre os processos / threads

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Gerenciamento de Memória

Para executar um programa, as instruções devem estar na memória
Todos os dados necessários ao programa devem estar na memória
O gerenciamento de memória determina o que está na memória e quando

Otimizando a utilização da CPU e a resposta do computador aos usuários

Atividades de gerenciamento de memória

Acompanhar quais partes da memória estão sendo usadas no momento e por quem
Decidir quais processos (ou partes deles) e dados mover para dentro e para fora da memória
Alocar e desalocar espaço de memória conforme necessário

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Gerenciamento do Sistema de Arquivos

O SO fornece uma visão lógica e uniforme do armazenamento de informações

Abstrai as propriedades físicas em uma unidade lógica de armazenamento – o arquivo
Cada meio é controlado por um dispositivo (por exemplo, unidade de disco, unidade de fita)

As propriedades variáveis incluem velocidade de acesso, capacidade, taxa de transferência de dados, método de acesso (sequencial ou aleatório)

Gerenciamento do sistema de arquivos

Os arquivos geralmente são organizados em diretórios
Controle de acesso na maioria dos sistemas para determinar quem pode acessar o quê
As atividades do SO incluem

Criar e excluir arquivos e diretórios
Primitivas para manipular arquivos e diretórios
Mapear arquivos no armazenamento secundário
Fazer backup de arquivos em mídias de armazenamento estáveis (não voláteis)

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Subsistema de Entrada/Saída

Um dos propósitos do SO é ocultar do usuário as peculiaridades dos dispositivos de hardware
O subsistema de E/S é responsável por

Gerenciamento de memória de E/S, incluindo buffering (armazenar dados temporariamente enquanto são transferidos), caching (armazenar partes dos dados em uma memória mais rápida para desempenho), spooling (a sobreposição da saída de um trabalho com a entrada de outros trabalhos)
Interface geral de driver de dispositivo
Drivers para dispositivos de hardware específicos

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Proteção e Segurança

Proteção – qualquer mecanismo para controlar o acesso de processos ou usuários aos recursos definidos pelo SO
Segurança – defesa do sistema contra ataques internos e externos

Ampla variedade, incluindo negação de serviço, worms, vírus, roubo de identidade, roubo de serviço

Os sistemas geralmente primeiro distinguem entre os usuários, para determinar quem pode fazer o quê

As identidades de usuário (IDs de usuário, IDs de segurança) incluem nome e número associado, um por usuário
O ID de usuário é então associado a todos os arquivos e processos desse usuário para determinar o controle de acesso
O identificador de grupo (ID de grupo) permite definir um conjunto de usuários e gerenciar os controles, sendo também associado a cada processo e arquivo
Privilege escalation permite que o usuário mude para um ID com mais direitos

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Virtualização

Permite que sistemas operacionais executem aplicações dentro de outros SOs

Indústria vasta e em crescimento

A emulação é usada quando o tipo de CPU de origem é diferente do tipo de destino (por exemplo, PowerPC para Intel x86)

Geralmente o método mais lento
Quando a linguagem de computador não é compilada para código nativo – Interpretação

Virtualização – SO compilado nativamente para a CPU, executando SOs convidados também compilados nativamente

Considere o VMware executando convidados Windows, cada um executando aplicações, todos sobre um SO hospedeiro Windows nativo
O VMM (gerenciador de máquina virtual) fornece os serviços de virtualização

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Virtualização (cont.)

Os casos de uso envolvem laptops e desktops executando múltiplos SOs para exploração ou compatibilidade

Laptop Apple executando o hospedeiro Mac OS X, com Windows como convidado
Desenvolver aplicações para múltiplos SOs sem ter vários sistemas
Testes de garantia de qualidade de aplicações sem ter vários sistemas
Executar e gerenciar ambientes de computação dentro de data centers

O VMM pode ser executado nativamente, caso em que também é o hospedeiro

Nesse caso, não há um hospedeiro de propósito geral (VMware ESX e Citrix XenServer)

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Ambientes de Computação - Virtualização

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Bibliografia

Capítulo 1.

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