Arquitetura de Sistemas Operacionais: Incluindo Exercícios com o Simulador SOsim e Questões do ENADE

O estudo de sistemas operacionais ganha importância à medida que diversos profissionais da área de computação necessitam deste conhecimento para exercer suas atividades, como administradores de sistemas, programadores de aplicações concorrentes e gerentes de segurança. Outro fator importante é o relacionamento dos sistemas operacionais nas redes de comunicação de dados, o que faz seu estudo necessário para os administradores de rede. Arquitetura de Sistemas Operacionais aborda a arquitetura e funcionamento dos sistemas operacionais multiprogramáveis, de forma atual, abrangente e didática. Seu conteúdo é direcionado a estudantes e a profissionais de informática de todas as áreas. Como pré-requisito básico para sua leitura, é necessário apenas algum conhecimento de organização de computadores e estrutura de dados. Sempre que for necessário o uso de programas será utilizada a linguagem de programação Pascal, por sua clareza e fluência no meio acadêmico, assim como a linguagem Java, por sua ampla aceitação no mercado. Frontispício GEN Página de rosto Créditos Prefácio Sumário Parte I - Conceitos Básicos Capítulo 1 - Visão Geral 1.1 Introdução 1.2 Funções Básicas 1.3 Máquina de Camadas 1.4 Histórico 1.4.1 Década de 1940 1.4.2 Década de 1950 1.4.3 Década de 1960 1.4.4 Década de 1970 1.4.5 Década de 1980 1.4.6 Década de 1990 1.4.7 Década de 2000 1.4.8 Década de 2010 1.5 Tipos de Sistemas Operacionais 1.5.1 Sistemas Monoprogramáveis/Monotarefa 1.5.2 Sistemas Multiprogramáveis/Multitarefa 1.5.3 Sistemas com Múltiplos Processadores 1.6 Exercícios Capítulo 2 - Conceitos de Hardware e Software 2.1 Introdução 2.2 Hardware 2.2.1 Processador 2.2.2 Memória Principal 2.2.3 Memória Cache 2.2.4 Memória Secundária 2.2.5 Dispositivos de Entrada e Saída 2.2.6 Barramento 2.2.7 Pipelining 2.2.8 Arquiteturas RISC e CISC 2.3 Software 2.3.1 Tradutor 2.3.2 Interpretador 2.3.3 Linker 2.3.4 Loader 2.3.5 Depurador 2.4 Exercícios Capítulo 3 - Concorrência 3.1 Introdução 3.2 Sistemas Monoprogramáveis × Multiprogramáveis 3.3 Interrupções e Exceções 3.4 Operações de Entrada/Saída 3.5 Buffering 3.6 Spooling 3.7 Reentrância 3.8 Exercícios Capítulo 4 - Estrutura do Sistema Operacional 4.1 Introdução 4.2 Funções do Núcleo 4.3 Modo de Acesso 4.4 Rotinas do Sistema Operacional e System Calls 4.5 Chamada a Rotinas do Sistema Operacional 4.6 Linguagem de Comandos 4.7 Ativação/Desativação do Sistema 4.8 Arquiteturas do Núcleo 4.8.1 Arquitetura Monolítica 4.8.2 Arquitetura de Camadas 4.8.3 Máquina Virtual 4.8.4 Arquitetura Microkernel 4.9 Exercícios Parte II - Processos e Threads Capítulo 5 - Processo 5.1 Introdução 5.2 Estrutura do Processo 5.2.1 Contexto de Hardware 5.2.2 Contexto de Software 5.2.3 Espaço de Endereçamento 5.2.4 Bloco de Controle do Processo 5.3 Estados do Processo 5.4 Mudanças de Estado do Processo 5.5 Criação e Eliminação de Processos 5.6 Processos CPU-bound e I/O-bound 5.7 Processos Foreground e Background 5.8 Formas de Criação de Processos 5.9 Processos Independentes, Subprocessos e Threads 5.10 Processos do Sistema Operacional 5.11 Sinais 5.12 Exercícios 5.13 Laboratório com o Simulador SOsim Capítulo 6 - Thread 6.1 Introdução 6.2 Ambiente Monothread 6.3 Ambiente Multithread 6.4 Programação Multithread 6.5 Arquitetura e Implementação 6.5.1 Threads em Modo Usuário 6.5.2 Threads em Modo Kernel 6.5.3 Threads em Modo Híbrido 6.5.4 Scheduler Activations 6.6 Exercícios Capítulo 7 - Sincronização e Comunicação entre Processos 7.1 Introdução 7.2 Aplicações Concorrentes 7.3 Especificação de Concorrência em Programas 7.4 Problemas de Compartilhamento de Recursos 7.5 Exclusão Mútua 7.5.1 Soluções de Hardware 7.5.2 Soluções de Software 7.6 Sincronização Condicional 7.7 Semáforos 7.7.1 Exclusão Mútua Utilizando Semáforos 7.7.2 Sincronização Condicional Utilizando Semáforos 7.7.3 Problema dos Filósofos 7.7.4 Problema do Barbeiro 7.8 Monitores 7.8.1 Exclusão Mútua Utilizando Monitores 7.8.2 Sincronização Condicional Utilizando Monitores 7.9 Troca de Mensagens 7.10 Deadlock 7.10.1 Prevenção de Deadlock 7.10.2 Detecção do Deadlock 7.10.3 Correção do Deadlock 7.11 Exercícios Parte III - Gerência de Recursos Capítulo 8 - Gerência do Processador 8.1 Introdução 8.2 Funções Básicas 8.3 Critérios de Escalonamento 8.4 Escalonamentos Não Preemptivos e Preemptivos 8.5 Escalonamento First-In-First-Out (FIFO) 8.6 Escalonamento Shortest-Job-First (SJF) 8.7 Escalonamento Cooperativo 8.8 Escalonamento Circular 8.9 Escalonamento por Prioridades 8.10 Escalonamento Circular com Prioridades 8.11 Escalonamento por Múltiplas Filas 8.12 Escalonamento por Múltiplas Filas com Realimentação 8.13 Política de Escalonamento em Sistemas de Tempo Compartilhado 8.14 Política de Escalonamento em Sistemas de Tempo Real 8.15 Exercícios 8.16 Laboratório com o Simulador SOsim Capítulo 9 - Gerência de Memória 9.1 Introdução 9.2 Funções Básicas 9.3 Alocação Contígua Simples 9.4 Técnica de Overlay 9.5 Alocação Particionada 9.5.1 Alocação Particionada Estática 9.5.2 Alocação Particionada Dinâmica 9.5.3 Estratégias de Alocação de Partição 9.6 Swapping 9.7 Exercícios Capítulo 10 - Gerência de Memória Virtual 10.1 Introdução 10.2 Espaço de Endereçamento Virtual 10.3 Mapeamento 10.4 Memória Virtual por Paginação 10.4.1 Políticas de Busca de Páginas 10.4.2 Políticas de Alocação de Páginas 10.4.3 Políticas de Substituição de Páginas 10.4.4 Working Set 10.4.5 Algoritmos de Substituição de Páginas 10.4.6 Tamanho de Página 10.4.7 Paginação em Múltiplos Níveis 10.4.8 Translation Lookaside Buffer 10.4.9 Proteção de Memória 10.4.10 Compartilhamento de Memória 10.5 Memória Virtual por Segmentação 10.6 Memória Virtual por Segmentação com Paginação 10.7 Swapping em Memória Virtual 10.8 Thrashing 10.9 Exercícios 10.10 Laboratório com o Simulador SOsim Capítulo 11 - Sistema de Arquivos 11.1 Introdução 11.2 Arquivos 11.2.1 Organização de Arquivos 11.2.2 Métodos de Acesso 11.2.3 Operações de Entrada/Saída 11.2.4 Atributos 11.3 Diretórios 11.4 Gerência de Espaço Livre em Disco 11.5 Gerência de Alocação de Espaço em Disco 11.5.1 Alocação Contígua 11.5.2 Alocação Encadeada 11.5.3 Alocação Indexada 11.6 Proteção de Acesso 11.6.1 Senha de Acesso 11.6.2 Grupos de Usuário 11.6.3 Lista de Controle de Acesso 11.7 Implementação de Caches 11.8 Exercícios Capítulo 12 - Gerência de Dispositivos 12.1 Introdução 12.2 Subsistema de Entrada e Saída 12.3 Device Driver 12.4 Controlador de Entrada e Saída 12.5 Dispositivos de Entrada e Saída 12.6 Discos Magnéticos 12.6.1 Desempenho, Redundância e Proteção de Dados 12.7 Exercícios Capítulo 13 - Sistemas com Múltiplos Processadores 13.1 Introdução 13.2 Vantagens e Desvantagens 13.3 Tipos de Sistemas Computacionais 13.4 Sistemas Fortemente e Fracamente Acoplados 13.5 Sistemas com Multiprocessadores Simétricos 13.5.1 Evolução dos Sistemas Simétricos 13.5.2 Arquitetura dos Sistemas Simétricos 13.6 Sistemas NUMA 13.7 Clusters 13.8 Sistemas Operacionais de Rede 13.9 Sistemas Distribuídos 13.9.1 Transparência 13.9.2 Tolerância a Falhas 13.9.3 Imagem Única do Sistema 13.10 Exercícios Anexo – Questões do ENADE Bibliografia O estudo de sistemas operacionais ganha importncia medida que diversos profissionais da rea de computao necessitam deste conhecimento para exercer suas atividades, como administradores de sistemas, programadores de aplicaes concorrentes e gerentes de segurana. Outro fator importante o relacionamento dos sistemas operacionais nas redes de comunicao de dados, o que faz seu estudo necessrio para os administradores de rede. Arquitetura de Sistemas Operacionais aborda a arquitetura e funcionamento dos sistemas operacionais multiprogramveis, de forma atual, abrangente e didtica. Seu contedo direcionado a estudantes e a profissionais de informtica de todas as reas. Como pr-requisito bsico para sua leitura, necessrio apena s algum conhecimento de organizao de computadores e estrutura de dados. Sempre que for necessrio o uso de programas ser utilizada a linguagem de programao Pascal, por sua clareza e fluncia no meio acadmico, assim como a linguagem Java, por sua ampla aceitao no mercado.