Sistemas operacionais

Projeto de Sistemas Operacionais e Gerência de tratamento de interrupções

1.         

São José

Novembro - 2014

SUMÁRIO

1 Introdução.......................................................................................................................3

2 Projeto de sistemas operacionais...................................................................................3

2.1 Problemas de projeto........................................................................................4

2.1.1 Objetivos........................................................................................................4

2.1.2 Dificuldades em projetar um sistema operacional.........................................5

2.2 Projeto de Interface...........................................................................................6

2.3 Implementação.................................................................................................7

2.3.1 Estrutura do Sistema.....................................................................................7

2.3.2 Mecanismo x Política.....................................................................................8

2.3.3 Ortogonalidade..............................................................................................8

2.3.4 Estruturas estáticas x dinâmicas...................................................................8

2.3.5 Nomeação......................................................................................................8

2.3.6 Implementação de cima para baixo e de baixo para cima........................................................................................................................8

2.4 Desempenho.....................................................................................................9

2.5 Gerenciamento de projeto..............................................................................10

3 Interrupções e Exceções..............................................................................................10

3.1 Mecanismos de interrupção............................................................................11

3.2 O que é uma interrupção................................................................................11

3.2.1 Daisy Chain..................................................................................................11

3.2.2 Circuitos de prioridade.................................................................................12

3.2.3 Fontes de interrupção..................................................................................12

3.3 O que é uma exceção.....................................................................................12

3.3.1 Fontes de exceção.......................................................................................13

3.4 Diagrama do tratamento de Interrupção e Exceção.......................................13

3.5 Código programa calculadora.........................................................................14

3.6 Diagrama programa calculadora.....................................................................16

4 Conclusão.....................................................................................................................17

5 Referências..................................................................................................................17

1 Introdução

O sistema operacional é o principal meio de acesso entre o usuário e o hardware do computador. Ele é o responsável para realizar o gerenciamento do computador a fim de executar rotinas pré-programadas para o controle de memória, processador, dispositivos de entradas e saídas, etc., além de gerenciar o tratamento de interrupções e exceções, que são rotinas feitas exclusivamente para tratar os travamentos causados pelo hardware e software, respectivamente. Após o sistema operacional terminar o tratamento da interrupção de um determinado processo que havia sido interrompido, o programa retorna exatamente ao estado que estava antes que ocorreu o travamento (interrupção). Acontece também de o sistema gerar mais que uma interrupção ao mesmo tempo, neste caso é definido um controle de prioridade para saber qual será tratada primeiro. Cada sistema operacional tem a sua forma de gerenciar este tratamento, porém a maioria acontece da mesma forma. O tratamento de interrupções e exceções em um sistema operacional será detalhado neste trabalho, bem como as gerências que se comunicam com esta, um exemplo prático de uma exceção (divisão por 0) e outros itens.

2 Projeto de Sistemas Operacionais

Um computador sem software é basicamente inútil, já com software ele pode armazenar, processar e recuperar informações, exibir documentos de multimídia, pesquisar na internet e envolver-se em muitas outras atividades. De uma maneira mais grosseira o software de um computador pode ser dividido em duas espécies: programas de sistema, que gerenciam a operação do computador em si, e programas aplicativos, que executam o trabalho que o usuário realmente deseja. O programa de sistema mais fundamental é o sistema operacional, que controla todos os recursos do computador e fornece a base sobre a qual os programas aplicativos podem ser escritos. E para termos um bom sistema operacional, é preciso primeiramente fazer o projeto do sistema.

2.1 Problemas de projeto

O projeto de um sistema operacional tem início com a determinação daquilo que ele deve fazer. É muito difícil de estabelecer objetivos e atingi-los.

2.1.1 Objetivos

Primeiramente para se projetar um sistema operacional bem sucedido deve-se deixar bem definido os objetivos do projeto. Sem os objetivos bem definidos tem se uma grande dificuldade na hora de tomar decisões no projeto. Um exemplo é a dificuldade na escolha da linguagem de programação para ser utilizada no projeto. Em um sistema operacional para propósitos gerais, quatro itens devem ser considerados para o projeto:

1. Definir abstrações – De processos, espaços de endereçamento, arquivos e threads. Abstrações relacionadas à sincronização sinais, modelo de memória, modelagem de entrada e saída entre outras áreas.
2. Fornecer operações primitivas – Cada uma das abstrações pode ser instanciada na forma de estrutura de dados concretos. Os usuários podem criar processos, arquivos, semáforos etc. As operações primitivas manipulam essas estruturas de dados.
3. Garantir isolamento – Já que múltiplos usuários podem usar um computador ao mesmo tempo, o sistema operacional precisa fornecer mecanismos para mantê-los separados. Um usuário não pode interferir no outro. A garantia de que cada usuário possa executar somente operações autorizadas sobre dados autorizados é um objetivo essencial de um projeto de sistemas. Os usuários também querem compartilhar dados e recursos de modo que o isolamento deve ser seletivo sob o controle do usuário. E em relação ao usuário esta a necessidade de isolar falhas. Por exemplo, se alguma parte do sistema falha, muito provavelmente um processo do usuário, a falha não deve ser capaz de arrastar o resto do sistema junto com ela. Assim partes do sistema operacional devem ser isoladas umas das outras para permitir falhas independentes.
4. Gerenciar o hardware – Por fim o sistema operacional tem de gerenciar o hardware. Em particular, ele deve cuidar de todos os circuitos de baixo nível, como controladores de interrupção e de barramento. Ele também precisa fornecer um modelo que permita que os drivers de dispositivos gerenciem os maiores dispositivos de entrada e saída, como discos, impressoras e monitores.

2.1.2 Dificuldades em projetar um sistema operacional

A lei de Moore diz que o hardware de um computador é melhorado por um fator de 100 a cada década. Mas não existe nenhuma lei que diga que o sistema operacional é melhorado por um fator de 100 a cada década, ou mesmo que tenha alguma melhora. Às vezes alguns sistemas podem ser até piores em certas questões. Isso se deve normalmente a inércia, o desejo de compatibilidade com sistemas mais antigos, ou a falta em aderir aos bons princípios de um projeto. As principais dificuldades em um projeto de sistemas operacionais são: