Sistema Operativo

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).
  

Visão geral

Um sistema operativo pode ser visto como um programa de grande complexidade que é responsável por todo o funcionamento de uma máquina desde o software a todo hardware instalado na máquina. Todos os processos de um computador estão por de trás de uma programação complexa que comanda todas a funções que um utilizador impõe à máquina. Existem vários sistemas operativos; entre eles, os mais utilizados no dia a dia, normalmente utilizados em computadores domésticos, são o Windows, Linux, OS/2 e Mac OS X.

O sistema operativo funciona com a iniciação de processos que este irá precisar para funcionar correctamente. Esses processos poderão ser ficheiros que necessitam de ser frequentemente actualizados, ou ficheiros que processam dados úteis para o sistema. Poderemos ter acesso a vários processos do sistema operativo a partir do gestor de tarefas, onde se encontram todos os processos que estão em funcionamento desde o arranque do sistema operativo até a sua utilização actual. Pode-se também visualizar a utilização da memória por cada processo, no caso de o sistema operativo começar a mostrar erros ou falhas de acesso a programas tornando-se lento, pode-se verificar no gestor de tarefas qual dos processos estará bloqueado ou com elevado número de processamento que está a afectar o funcionamento normal da memória.

Funcionamento

Um sistema operacional possui as seguintes funções:

• gerenciamento de processos;
• gerenciamento de memória;
• sistema de arquivos;
• 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),
• semáforos,
• 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.

O sistema de arquivos é a estrutura que permite o gerenciamento de arquivos -- criação, destruição, leitura, gravação, controle de acesso, etc.