Estruturas de SOs

Monolítica

A estrutura monolítica é a arquitetura onde o SO em si é um único módulo no modo kernel. Ex: MS-DOS, Windows, Linux.

Vantagens:

• Desempenho;
• Facilidade em implementação.

Desvantagens:

• Difícil manutenção, pois, o SO é um único módulo;
• Em alguns casos, se um serviço parar no modo kernel, todo sistema sofrerá consequências por isso.

Camadas

A ideia básica é criar um SO com uma hierarquia de níveis de abstração, onde cada camada é contruída sobre a camada inferior. Isso permite a modularização, dividindo um programa complexo em módulos hierárquicos de menor complexidade.

Vantagens:

• Isolamento dos serviços do SO facilita a manutenção;
• A hierarquia protege as camadas mais internas.

Desvantagens:

• Diminuição do desempenho por conta da quantidade de mudança de modos de acesso;

Microkernel

Devido o problema de que, em alguns casos, se um serviço parar no modo kernel do sistema monolítico o sistema como um todo será afetado, o microkernel surge como uma solução. A ideia é adicionar todos principais serviços do modo kernel ao modo usuário, deixando apenas os serviços básicos no modo kernel. Assim, se um serviço parar ele estará no modo usuário, o que não afetara o kernel como um todo. Ex: Minix.

A principal função do núcleo é gerenciar a comunicação entre processos. Onde cada processo é responsável por gerenciar um conjunto específico de funções.

Vantagens:

• Tem como objetivo tornar o núcleo o menor possível;
• Maior proteção do núcleo;
• Maior segurança e confiabilidade;

Desvantagens:

• Difícil para implementar;
• Menor desempenho devido à necessidade constante de mudança de modo de acesso (modo usuário e kernel).

Máquina Virtual

O modelo de VM cria um nível intermediário entre o hardware e o SO, denominado Gerência de Máquinas Virtuais (GVM).

Este nível (GVM) cria diversas máquinas virtuais independentes, onde cada uma oferece uma cópia virtual do hardwarem, incluindo modos de acesso, interrupções, dispositivos de E/S, etc.

Cada VM é independente das demais.

Vantagens:

• Cria um ambiente isolado para cada VM.

Desvantagens:

• Consumo de processamento e uso do hardware original da máquina.

Cliente-Servidor

Esse modelo consiste na implementação de um SO como processos do usuário (processos cliente). Serviços (Ex: ler um arquivo) são feitos por requisição do cliente ao processo servidor, que executa e devolve a resposta.

O kernel trata apenas da comunicação entre clientes e servidores. Há servidor de arquivo, memória, processos, etc.

A ideia de cliente-servidor é bastante comum em redes de computadores.

Vantagens:

• Adaptabilidade ao uso em sistemas distribuídos;
• Cada servidor roda em modo usuário - não tem acesso direto ao hardware;
• Erros em algum servidor não afetarão a máquina toda.

Desvantagens:

• Latência;
• Complexidade pela necessidade de se carregar comandos em registradores de controladoras.

Modos de Acesso ao Hardware

Os modos de acesso (usuário e kernel) servem para proteger o kernel do SO contra acessos indevidos.

Modo Usuário

Aplicações não têm acesso direto aos recursos da máquina, ou seja, ao hardware.

Quando o processador trabalha no modo usuário, a aplicação só pode executar instruções sem privilégios.

Vantagens:

• Garantir a segurança e a integridade do sistema;
• Se o c´odigo no modo usuário tenta fazer algo que não devida, ocorre uma interrupção;
• Em vez do sistema todo cair, somente a aplicação problemática cairá.

Modo Kernel

Aplicações têm acesso completo e diretoa os recursos da máquina, ou seja, ao hardware, e executa operações com privilégios.

Quando o processador trabalha no modo kernel, a aplicação tem acesso ao conjunto total de instruções.

Vantagens:

• Apenas o SO tem acesso às instruções privilegiadas.

Desvantagens:

• Problemas ocorridos no modo kernel podem travar toda a máquina.