Resumo do Capítulo 2 do Livro Marques et al sobre Sistemas Operacionais

Resumo e questões do livro Marques et al Sistemas Operacionais LTC 1ª Edição 2011 capítulo 2 O sistema operacional é geralmente composto por três entidades o núcleo as bibliotecas de chamadas de sistema e os processos de sistema O núcleo implementa os mecanismos básicos do sistema operacional em particular o gerenciamento de processos da memória dos arquivos das ES e a comunicação entre processos O funcionamento do núcleo é fortemente influenciado por mecanismos de hardware que permitem garantir o seu funcionamento seguro A segurança do sistema operacional advém da existência de um isolamento entre os processos dos usuários e entre estes e o núcleo do sistema operacional O isolamento é garantido pelo gerenciamento de memória que só permite que determinadas posições de memórias sejam acessíveis a um usuário Mas como o funcionamento do núcleo tem de ser compartilhado por todos os processos é necessária a existência de um mecanismo para gerenciar essas alterações do espaço de endereçamento Este componente de hardware fundamental para a implementação do núcleo gerencia a dualidade de execução do processador em modo usuário e modo núcleo O modo usuário restringe o acesso a determinadas posições de memória e certas instruções que podem ultrapassar o isolamento como por exemplo as que interagem diretamente com os periféricos ou com as interrupções ao passo que no modo núcleo não existem tais restrições A passagem do modo usuário para modo núcleo fazse através de exceções ou interrupções que forçam a transição de modo e colocam em execução uma rotina de tratamento previamente definida para cada tipo de evento Antes da colocação em execução dessa rotina o estado do processo em execução é salvo de forma que é possível retomar o processo posteriormente As chamadas de sistema são implementadas por uma função que chama a exceção trap que transfere o controle para o núcleo e automaticamente coloca o processador no modo de execução núcleo No núcleo é escolhido o código que implementa a chamada de sistema solicitada No final da chamada a instrução de retorno de interrupção devolve o controle para a função de biblioteca que por sua vez retorna para o código do usuário Essa separação tem várias vantagens em particular o fato de o código das aplicações não ter acesso às estruturas de dados mantidas pelo núcleo nem as instruções que permitiriam contornar os mecanismos de proteção que garantem o funcionamento seguro do sistema Os processos de sistema executam funções que são delegadas a processo autônomos no modo usuário de forma a reduzir a complexidade do núcleo ou aumentar a sua robustez apesar de serem executadas funções típicas de um sistema operacional A arquitetura do núcleo é um dos aspectos de grande importância no desenho do sistema operacional porque o núcleo afeta a capacidade de adaptação do sistema a novos periféricos a segurança a confiabilidade e o desempenho de todo o sistema Os sistemas monolíticos consistem apenas em um programa com estruturas de dados globais eventualmente organizado por módulos A extensibilidade do sistema operacional para incorporar novos periféricos é conseguida através da possibilidade de adicionar ao núcleo novos device drivers que adaptam as funções genéricas de ES do núcleo às características de um periférico específico Tal característica pode introduzir um problema de robustez e de segurança pois um erro no device driver pode afetar todo o núcleo Uma organização do núcleo em camadas generaliza o conceito de proteção entre modo núcleo e modo usuário dividindo o núcleo em várias camadas que implementam diferentes funcionalidades e obrigam as camadas mais externas a chamar funções das camadas internas através de mecanismos semelhantes aos da chamada de sistema Esse fato ajuda a estruturar melhor o núcleo com interfaces bem definidas entre os diferentes níveis de proteção e também a garantir um melhor isolamento embora à custa de uma perda de desempenho devido à sobrecarga de processamento introduzida por esses mecanismos Os micronúcleos oferecem apenas serviços básicos de gerenciamento de processos memória e comunicação entre processos Todas as funcionalidades restantes são deslocadas para um conjunto de processos de sistema executados fora do núcleo aumentando assim a flexibilidade do sistema Essa organização é mais segura e robusta mas o mecanismo de intercomunicação dos processos de sistema e entre estes e o núcleo é muito mais lento porque tem de ser feito por chamadas de sistema Apesar do interesse nesse tipo de organização os núcleos dos sistemas mais conhecidos continuam na sua maioria a ser monolíticos devido sobretudo ao fato de que as características de segurança e modularidade trazem impactos considerados excessivos sobre o desempenho Entretanto a não existência de separação de domínios de segurança nos sistemas operacionais mais conhecidos é uma das razões mais frequentes para situações de panes nesses sistemas Responder e entregar 1 A mudança de modo núcleo para modo usuário é crítica em todo modelo de segurança do núcleo a Explique por que um usuário não pode mudar diretamente o modo de execução b As rotinas de interrupção são executadas no modo núcleo se um usuário instalar uma rotina de interrupção poderia colocar código para ser executado no modo mais privilegiado Explique por que tal operação não é possível para um usuário normal 2 A mudança de modo usuário para modo núcleo só pode ser feita de modo controlado Procure explicar como é que as chamadas de sistema realizam essa mudança ou seja como é que o mecanismo funciona e que precauções são usadas para garantir a segurança 3 Quais são as vantagens da arquitetura em camada em face do núcleo monolítico 4 Qual a principal diferença entre uma arquitetura micronúcleo e uma em camadas 5 Baseado no material visto nesta aula nas notas de aula disponibilizadas nesta aula no conteúdo disponibilizado nos livros texto da disciplina assim como também nos vídeos sobre os tipos de SO estrutura dos SO chamadas e interrupções do sistema responda a Por que razão o Windows NT apesar da subdivisão entre Kernel e executive não pode ser considerado como uma arquitetura micronúcleo b Qual a função dos módulos gerenciador de objetos e monitor de referências c Faça uma análise e elabore uma descrição que apresente uma visão geral da evolução do Windows MSDOS e sobre sua organização interna