Sistema Operacional

Um sistema operativo (português europeu) ou sistema operacional (português brasileiro) é um programa ou um conjunto de programas cuja função é servir de interface entre um computador e o usuário.

Segundo alguns autores (Silberschatz et al, 2005; Stallings, 2004; Tanenbaum, 1999), existem dois modos distintos de conceituar um sistema operacional:

* pela perspectiva do usuário ou programador (visão top-down): é uma abstração do hardware, fazendo o papel de intermediário entre o aplicativo (programa) e os componentes físicos do computador (hardware); ou

* numa visão bottom-up, de baixo para cima: é um gerenciador de recursos, i.e., controla quais aplicações (processos) podem ser executadas, quando, que recursos (memória, disco, periféricos) podem ser utilizados.

A sigla usual para designar esta classe de programas é SO (em português) ou OS (do inglês Operating System).

Funcionamento

Um sistema operacional possui as seguintes funções:

1. gerenciamento de processos;

2. gerenciamento de memória;

3. sistema de arquivos;

4. entrada e saída de dados.

Gerenciamento de processos

O sistema operacional multitarefa é preparado para dar ao usuário a ilusão que o número de processos em execução simultânea no computador é maior que o número de processadores instalados. Cada processo recebe uma fatia do tempo e a alternância entre vários processos é tão rápida que o usuário pensa que sua execução é simultânea.

São utilizados algoritmos para determinar qual processo será executado em determinado momento e por quanto tempo.

Os processos podem comunicar-se, isto é conhecido como IPC (Inter-Process Communication). Os mecanismos geralmente utilizados são:

* sinais;

* pipes;

* named pipes;

* memória compartilhada;

* soquetes (sockets);

* trocas de mensagens.

O sistema operacional, normalmente, deve possibilitar o multiprocessamento (SMP ou NUMA). Neste caso, processos diferentes e threads podem ser executados em diferentes processadores. Para essa tarefa, ele deve ser reentrante e interrompível, o que significa que pode ser interrompido no meio da execução de uma tarefa.

Gerenciamento de memória

O sistema operacional tem acesso completo à memória do sistema e deve permitir que os processos dos usuários tenham acesso seguro à memória quando o requisitam.

Vários sistemas operacionais usam memória virtual, que possui 3 funções básicas:

1. assegurar que cada processo tenha seu próprio espaço de endereçamento, começando em zero, para evitar ou resolver o problema de relocação (Tanenbaum, 1999);

2. prover proteção da memória para impedir que um processo utilize um endereço de memória que não lhe pertença;

3. possibilitar que uma aplicação utilize mais memória do que a fisicamente existente.

Sistema de arquivos

A memória principal do computador é volátil, e seu tamanho é limitado pelo custo do hardware. Assim, os usuários necessitam de algum método para armazenar e recuperar informações de modo permanente.

Um arquivo é um conjunto de bytes, normalmente armazenado em um dispositivo periférico não volátil (p.ex., disco), que pode ser lido e gravado por um ou mais processos.

Interface de uso

Sistema operacional com interface gráfica, no caso, o Debian com blackbox.

Os sistemas operacionais fornecem abstração de hardware para que seus recursos possam ser usados de maneira correta e padronizada, mas para ser possível operar um computador, é necessário fornecer também uma interface para que o usuário possa desfrutar dos recursos do sistema. Atualmente existem dois tipos de interface: o GUI (graphical user interface), conhecida também por interface gráfica, e o CUI (command-line interface), sendo essa mais conhecida como interface de linha de comando.

Classificações

Em relação ao seu projeto (arquitetura), segundo Tanenbaum (1999):

* Kernel monolítico ou monobloco: o kernel consiste em um único processo executando numa memória protegida (espaço do kernel) executando as principais funções. Ex.: MAC OS X, OS/2, Windows, Linux, FreeBSD.

* Microkernel ou modelo cliente-servidor: o kernel consiste de funções mínimas (comunicação e gerenciamento de processos), e outras funções, como sistemas de arquivos e gerenciamento de memória, são executadas no espaço do usuário como serviços; as aplicações (programas) são os clientes. Ex.: GNU Hurd, Mach.

* Sistema em camadas: funções do kernel irão executar em camadas distintas, de acordo com seu nível de privilégio. Ex.: Multics.

* Monitor de máquinas virtuais: fornece uma abstração do hardware para vários sistemas operacionais. Ex.: VM/370, VMware, Xen.

Quanto ao gerenciamento de processos, pode-se usar a seguinte classificação:

* Monotarefa: pode-se executar apenas um processo de cada vez Ex.: MS-DOS.

* Multitarefa: além do próprio SO, vários processos de utilizador (tarefas) estão carregados em memória, sendo que um pode estar ocupando o processador e outros ficam enfileirados, aguardando a sua vez. O compartilhamento de tempo no processador é distribuído de modo que o usuário tenha a impressão que vários processos estão sendo executados simultaneamente. Ex: OS/2, Windows, Linux, FreeBSD e o Mac OS X.

* Multiprocessamento: o SO distribui as tarefas entre dois ou mais processadores.

* Multiprogramação: o SO divide o tempo de processamento entre vários processos mantendo o processador sempre ocupado.

Quanto à quantidade de usuários que podem utilizar o sistema simultaneamente:

* Monousuário: apenas um usuário por vez (apesar de poder suportar recursos como troca de usuário). Ex.: Windows.

* Multiusuário: vários usuários usam o computador ao mesmo tempo, seja por diversos terminais, seja por conexão remota como o SSH. Ex.: Linux, Unix.

Exemplos de sistemas operacionais ativos

* Windows

* Mac OS X

* Linux

* Solaris

* FreeBSD

* Haiku

* eComStation

* FreeDOS

* Unix System V

* AmigaOS

* Minix