Tipos de Sistemas Operacionais

Antes dos SOs

Hardware:

Computadores enormes com tubos de vácuo e programação feita diretamente na placa de circuitos
Qualquer computador atual é centenas ou milhares de vezes mais rápido que estas máquinas

Aplicativos:

Programas eram criados conectando-se plugs e cabos em placas que eram conectadas ao sistema de computação
A maioria dos programas

SO:

Não haviam SOs

Usuário:

O sistema precisava de uma equipe de operadores e técnicos dedicados a cuidar de todo aspecto de funcionamento do sistema

Sistemas em lote (batch)

Hardware:

Computadores grandes (fisicamente) e caros, trancados em salas especiais com ar-condicionado
Entrada: Cartão e fitas
Saída: Impressoras, gravadores de cartão e perfuradores de fita
Sem interação direta do usuário
Começou a se tornar viável comercialmente o uso de computadores

Aplicativos:

Programas eram executados submetendo-se tarefas na forma de um programa e instruções de controle (indicando entrada e saída de dados, por exemplo).
O programa era lido dos cartões perfurados, e após algum tempo (minutos, horas ou dias) produzia uma saída e encerrava sua execução, possivelmente com um “dump” (despejo) de memória e conteúdo dos registradores no caso de um erro.

Sistema Operacional:

Simples, sua função era transferir o controle automaticamente de uma tarefa (job) para a próxima.

Usuário:

Os programadores passavam seus programas para um operador que reunia as tarefas (Jobs) com requisitos semelhantes em um lote (daí o nome) para aumentar a eficiência e as saídas (impressas ou perfuradas em cartão) eram enviadas de volta aos programadores.

Características:

CPU Ociosa (muito tempo em E/S e pouco tempo processando devido à diferença na velocidade)
Para economizar o tempo de carregamento dos cartões e o tempo desperdiçado imprimindo as saídas, o carregamento era feito em uma máquina de menor capacidade e gravado em fita magnética que era então processada pelo equipamento mais caro que por sua vez gerava sua saída em outra fita. Esta fita era então lida por outro equipamento de menor capacidade que cuidava da impressão.

Multiprogramação (multi-programming)

Com a introdução da tecnologia de discos tornou-se possível submeter diversas tarefas simultaneamente aos sistemas de computação. Várias tarefas poderiam ser armazenadas em disco e o sistema operacional poderia, se fosse multiprogramado, carregar várias delas simultaneamente na memória. Desta forma, quando um programa solicitasse E/S e ficasse esperando, o SO poderia passar o controle para outro programa e assim sucessivamente, de forma que, enquanto houver ao menos um programa pronto para usar a CPU, esta não ficará ociosa.
Os SOs multiprogramados eram bem mais sofisticados do que os sistemas em lote comuns, pois teria que tomar decisões sobre qual tarefa executar primeiro, controlar E/S e tempo de CPU, espaço de memória, etc.

Necessidade:

Apesar dos sistemas de multiprogramação serem úteis para processamento científico intenso e processamento de dados comerciais em massa, eles continuavam sendo sistemas em lote. O tempo entre submeter uma tarefa e esperar seu resultado poderia ser de horas.
Programadores desejavam respostas rápidas do sistema. Um único erro de compilação poderia significar para o programador perder metade do dia.

Características

Os sistemas de tempo compartilhado são uma variação dos sistemas de multiprogramação em que cada usuário tem um terminal ligado ao sistema.
Os programadores em geral executam tarefas pequenas (ex: compilar uma rotina de 5 páginas) em comparação com tarefas de usuários (ex: ordenar um arquivo de um milhão de registros) que podem ser processados imediatamente enquanto as tarefas mais demoradas podem ser executadas em segundo plano (background).

Histórico:

O primeiro sistema (CTSS) foi desenvolvido pelo MIT mas não se tornou popular devido à falta de hardware para proteção
O MULTICS foi um projeto do MIT, Bell Labs (AT&T) e General Electric para criar um sistema que pudesse comportar centenas de usuários simultâneos.
O MULTICS foi um projeto ambicioso demais para a época e acabou fracassando, mas conceitos dele são aplicados até hoje.
Um dos engenheiros que trabalharam no MULTICS (Ken Thompson) escreveu uma versão simplificada deste para um único usuário que posteriormente tornou-se o Unix.
O Unix ganhou aceitação rapidamente pois tinha seu código aberto e acabou se desenvolvendo em uma série de SOs incompatíveis entre si. Esta incompatibilidade fez com que diversos padrões fossem desenvolvidos, sendo que o mais popular (e que a maioria dos sistemas suporta) é o POSIX.

Sistemas de computadores pessoais (PC, personal computer)

Enquanto a introdução dos mini-computadores tornou possível que um departamento em uma empresa ou universidade tivesse seu próprio computador, o microprocessador tornou possível que cada usuário tenha seu próprio computador.
Computadores baratos e produzidos em massa.
Diversas empresas produzindo software para uso pessoal, com características “amigáveis”
Uma Workstation (Estação de trabalho) é basicamente um PC mais poderoso.

Inicialmente dois sistemas foram dominantes na área de computação pessoal: o MS- DOS e o Unix. O DOS em PCs e o Unix em Estações de trabalho.

O DOS dominou rapidamente a arquitetura x86 sendo que suas primeiras versões eram muito primitivas, posteriormente incorporando algumas características do Unix. O Windows era inicialmente um programa que rodava sobre o DOS, sendo que apenas após 1995 passou a ser um SO independente. O Windows NT, embora apresente semelhança e certa compatibilidade com o o Windows 95/98, é um sistema operacional totalmente diferente, reescrito do zero.
O Unix por outro lado tornou-se especialmente popular para uso em estações de trabalho e servidores de rede, máquinas geralmente equipadas com processadores RISC de alta-performance.

Sistemas paralelos

Fortemente acoplados.
Sistemas multiprocessador, onde mais de um processador compartilha o barramento, o clock e às vezes a memória e os dispositivos periféricos.
Objetivo é aumentar a taxa de produção (throughput), onde espera-se obter N vezes mais capacidade de processamento onde existirem N processadores.
Economia com hardware e periféricos em relação a vários sistemas com um processador cada.
Tolerância a falhas (se um processador falhar a operação é distribuída entre os restantes, sem a necessidade de parar o sistema).
Multiprocessamento simétrico - todos os processadores executam cada um uma cópia do SO comunicando-se conforme necessário.
Multiprocessamento assimétrico - um processador mestre controla os outros que são “escravos” e aloca trabalho para eles.
Praticamente todos os SOs modernos fornecem algum tipo de suporta a multiprocessamento: Windows NT, Solaris, Unix, OS/2, Linux, etc.
Multiprocessamento que não é multiprocessamento? Controlador de disco, teclado, etc.

Sistemas de tempo real (real-time)

Requisitos rígidos de tempo de resposta. O processamento deve ser feito DENTRO do limite de tempo fixada ou o sistema falhará.
Exemplos: controle de máquinas, alguns eletrodomésticos, injeção de combustível em motores de veículos, armamento
Comparação:
- em SO de tempo compartilhado é desejável que a resposta seja rápida
- em SO em lote não há limitação de tempo
Crítico:
- Todos os atrasos são limitados
- Recursos avançados do SO estão ausentes (separação do hardware, memória virtual, etc)
- Conflito com os sistemas de tempo compartilhado
Não-crítico:
- Menos restrito
- Uma tarefa crítica recebe a mais alta prioridade até ser concluída
- Utilidade mais limitada para aplicações críticas como controle industrial e robótica
- Pode ser encontrado suporte nos principais Unix e no Windows NT

Sistemas distribuídos

Fracamente acoplados.
Sistema operacional de rede: vários computadores conectados em rede compartilhando recursos (impressoras, sistemas de arquivo, etc). Cada computador atua de forma independente apenas trocando mensagens entre os componentes da rede. O sistema operacional de rede é o próprio SO mais um módulo que controla sua comunicação com outras máquinas.
Sistema operacional distribuído: nestes sistemas toda a rede forma um único sistema, sendo que se tem a impressão de que há um único computador fazendo o processamento.

Questões para estudo

1) Qual a principal vantagem da multiprogramação?

2) Faça um comparativo entre as características dos sistemas operacionais para mainframes e SOs para uso em computadores pessoais.

3) Descreva brevemente o que é:

Um sistema em lote (batch)
Um sistema de tempo compartilhado (time-sharing)
Um sistema paralelo
Um sistema de computadores pessoais (PC)
Um sistema de tempo real
Um sistema operacional de rede
Um sistema operacional distribuído