Redes2 aula02

Redes 2

Aula 02Sistemas Operacionais de Redes

Claudio Lobo Redes 2 Slide 2

Sistemas Operacionais de Redes

Objetivos

• Conceituar Sistema Operacional (SO).• Identificar as funções de um SO.• Conhecer os mecanismos oferecidos pelos sistemas

operacionais para implementar serviços de rede.



Introdução• Um Sistema Computacional é composto de hardware

(HW) e software (SW).

• Hardware:• Processador(es)• Memória principal (RAM)• Discos (HD)• Impressoras• Teclado e mouse• Monitor de vídeo• Interface de rede• Outros dispositivos de entrada e saída (E/S)...

Gerenciar esses dispositivos é complexo!



Introdução• Um Sistema Computacional é composto de hardware

(HW) e software (SW).

• Software• Dividido em duas categorias básicas:

• Software Básico• Software Aplicativo

• Software Básico:• Programas necessários ao funcionamento do

computador.• Dentre eles, destaca-se o Sistema

Operacional.



Conceito• Sistema Operacional é uma camada de software, situada

entre o hardware e as aplicações dos usuários.

HARDWARE

SISTEMA OPERACIONAL

SHELL MONTADORTRADUTORINTERPRETADOR

BROFFICE MYSQLFIREFOXOUTLOOKAplicativos

SoftwareBásico

HW



Conceito• Sistema Operacional:

• Controla recursos e fornece base para a construção de aplicações.

• Permite a utilização do computador de forma eficiente e segura.

• Constitui-se a base para construção de aplicações.• Esconde a complexidade do HW, fornecendo um

conjunto de instruções mais conveniente. • Cria uma Máquina Virtual (abstrata), a partir da Real.• Oferece interfaces padronizadas de acesso ao HW.• Permite uma visão homogênea de dispositivos distintos.



Conceito• Sistema Operacional Gerenciando Recursos:

Sistema operacional

Aplicação

Sistema operacional

Aplicação

Sistema operacional

Aplicação



Conceito• Sistema Operacional como Máquina Virtual:

Sistema operacional

Aplicação

Ato de Clicar em um arquivo

Assign(file, “C:\TESTE.DOC”); open(file); read(file, ch); … close(file);

Move head to sector 117 in FAT read 134 bytes to mem 52374H move head to sector 4455323 read 512 bytes to mem 66789 ...



Kernel• Concentra o acesso ao hardware

• Drivers de dispositivo (device drivers)• Gerência de acesso

• Provê funções básicas• Operações de acesso ao hardware• Noção básica de processos• Comunicação entre processos

• É executado em modo privilegiado• O kernel tem acesso direto ao HW, à memória do

sistema, e todos o os processos que estão rodando.

Kernel



Programas e Processos• Programa.

• Implica em uma noção estática.• É apenas um conjunto de instruções.• Não possui um estado interno.

• Processo:• Processo é um programa em execução.• Implica em noção dinâmica.• Possui um estado interno.



Estados de Processos• Durante sua existência, um processo pode estar em um

de três estados básicos:• Executando – o programa está de posse da CPU, isto é,

está logicamente em execução.• Pronto – está pronto para executar, mas o processador

está ocupado com outro processo.• Suspenso (ou bloqueado) – o processo está esperando

pela ocorrência de um evento, como, por exemplo, o fim de uma operação de E/S.



Estados de Processos• Quando um processo acaba, ele é retornado para o

usuário. • Ele é considerado Concluído, ou completo, tanto quando

a sua execução é terminada com sucesso como quando o sistema operacional indica que houve um erro. Neste último caso, ele é terminado prematuramente.



Sistema Operacional de Redes• Segundo a Federal Standard 1037C, um S.O.R. é um

software que:• Controla uma rede e seu tráfego de mensagens (por

exemplo, pacotes) e suas filas de processamento.• Controla o acesso de múltiplos usuários aos recursos da

rede (Ex.: arquivos).• Provê algumas funções administrativas, como

Segurança, por exemplo.

• As 5 camadas superiores do Modelo de Referência OSI provêm a fundação na qual muitos sistemas operacionais de rede são baseados.



Sistema Operacional de Redes• O hardware de rede

• Implica em ajustes nos SO, adaptando-os para o novo ambiente de processamento.

• Os computadores que funcionavam isoladamente necessitavam de compartilhar recursos.

• Surgiram os Sistemas Operacionais de Rede (SOR).• Extensão dos sistemas locais.• Agregou conjunto de funções básicas e de uso geral.

• Tornou transparente o uso dos recursos compartilhados no sistema computacional, para as estações de trabalho.



Sistema Operacional de Redes - Requisitos• Transparência

• Um dos requisitos fundamentais dos SOR.• Permite que os usuários utilizem os recursos da rede

como se estivessem operando localmente. • Mas, como fazer isso, no Sistema Operacional das

estações da rede, sem modificar sua operação local?• A introdução de um módulo redirecionador.

Aplicação

SO Local

BIOS

Hardware

Aplicação

SO Local

BIOS

Hardware

Redirecionador SW de comunicação

HW de Rede

SO sem redirecionador

SO com redirecionador



Sistema Operacional de Redes - Requisitos• Funcionamento do Redirecionador

Driver de Rede

Programa de Rede

Software Servidor

Sistema Operacional

Aplicativos

SERVIDOR

DiscosPorta paralela

Cliente

Aplicativos

Redirecionador

BIOS Programade Rede

DiscosPorta paralelaPlaca de VídeoPlaca de Som

Driver de Rede



Sistema Operacional de Redes - Requisitos• Funcionamento do Redirecionador

• O Redirecionador intercepta chamadas do aplicativo e envia somente as chamadas de rede para o programa de comunicação de rede (NETBIOS, IPX, NETBEUI, IP).

• O programa de rede empacota a solicitação e envia ao driver de rede.

• A placa de rede NIC-Cliente envia o pacote para o barramento para que o NIC-Servidor o receba.

• O NIC-Servidor desempacota os dados e envia ao driver de rede, que o envia ao programa de rede que tomará a decisão de acesso aos recursos da maquina-servidor.

• O resultado devidamente checado é devolvido pelas mesmas vias.



SOR – Arquitetura Cliente-Servidor• A interface entre as aplicações e o sistema operacional

baseia-se em solicitação / resposta.• A aplicação solicita um serviço através de uma chamada ao sistema

operacional.• Ex.: abertura de um arquivo, impressão de dados, alocação

de uma área de memória, etc.• O sistema operacional em resposta à chamada, executa o serviço

solicitado e responde informando o status da operação (se foi executada com sucesso ou não) e transferindo os dados resultantes da execução para a aplicação quando for o caso.

Aplicação SO



SOR – Arquitetura Cliente-Servidor• No modo cliente-servidor:

• Quem solicita o serviço chama-se CLIENTE.• Quem fornece o serviço chama-se SERVIDOR.

• As estações que DISPONIBILIZAM recursos devem possuir o módulo SERVIDOR do SOR SORS.

• As estações que SOLICITAM recursos devem possuir o módulo CLIENTE do SOR SORC.

SO Local

Hardware

SORS

SORC

O SOR Cliente (SORC) está restrito a fornecer serviços de comunicação de pedidos ao servidor.

No SOR Servidor (SORS), além das funções de comunicação, vários outros serviços são realizados (como compartilhamento de acesso, restrição de acesso, etc.).



SOR – Arquitetura Cliente-Servidor• No modo cliente-servidor:

• Vantagens:• Gerenciamento centralizado• Clientes simples• Maior controle e segurança ao acesso aos

recursos• Facilidade de expansão

• Desvantagens:• Servidor se torna um Ponto Único de Falha

(SPoF)• Exige hardware mais caro e especializado, para

atender às demandas



SOR – Arquitetura Peer-to-Peer• Nesta arquitetura, todas as estações possuem os 2

módulos interagindo entre si (estação é cliente dela mesma) e entre os módulos das outras estações.

SO Local

Hardware

SORS

SORCSO Local

Hardware

SORS

SORC

Aplicação Aplicação



SOR – Arquitetura Peer-to-Peer• Nesta arquitetura, todas as estações são clientes e

servidoras umas das outras.

• Vantagens:• Fácil instalação e configuração• Menor carga em cada servidor• Baixo custo em relação à arquitetura cliente/servidor

• Desvantagens• Não permite controle centralizado• Maiores problemas de segurança



SOR – Servidor Dedicado e Não-Dedicado• São variações da arquitetura Cliente-Servidor

• Servidor Dedicado.• As estações servidoras possuem o módulo SORS

e opcionalmente o módulo SORC, que somente poderá ser usado pelo SORS local (por exemplo se ele for cliente de outro servidor)

• Normalmente não são permitidos usuários locais, sendo integralmente dedicados ao atendimento de pedidos enviados pelas estações clientes através da rede.



SOR – Servidor Dedicado e Não-Dedicado• São variações da arquitetura Cliente-Servidor

• Servidor Não-Dedicado.• As estações servidoras possuem um SO local

estendido por um módulo SORS e um módulo SORC.

• O módulo SORC pode ser usado tanto pelo SORS quanto pelas aplicações dos usuários locais da estação servidora.

• Assim os recursos locais das estações servidoras são compartilhados tanto pelos usuários do sistema operacional local quanto pelos usuários remotos que fazem seus pedidos através do SOR pela rede local.



Sistema Operacional de Redes – Algumas considerações• Computadores conectados através de uma rede.

• Cada computador possui seu SO local.• Cada máquina possui alto grau de autonomia.

• Implementação relativamente simples.• SOs incorporam módulos para acessar recursos

remotos.

• Comunicação entre sistemas através de protocolos de transporte • Sockets• RPC



Sistema Operacional de Redes• Socket

• Sockets são os elos bidirecionais de comunicação entre dois processos, numa rede.

• É definido como a combinação de um endereço IP, um protocolo, e o número da porta do protocolo.

• Socket = IP + Protocolo + Porta

• RPC• Birrell e Nelson (1984). Permitir que os programas

chamassem procedimentos localizados em hosts remotos, de forma transparente ao usuário/programador.



Sistema Operacional de Redes• Transferências explícitas.

• O usuário deve conhecer a localização dos recursos.• Os recursos pertencem a computadores específicos.

• Exemplos:• Compartilhamento de impressoras e arquivos• Web, E-mail• Serviços de autenticação (NIS, LDAP)• Transferência de Arquivos.• Acesso à internet (Proxy).



Sistema Operacional de Redes

APLICATIVO

SISTEMA OPERACIONAL

REDE

APLICATIVO

SISTEMA OPERACIONAL



Um SO de Redes deve:• Prover Serviços básicos:

• Suporte à Multitarefa Preemptiva.• SO controla o tempo que cada processo usa a CPU.• Obs.: Multitarefa Cooperativa

• Quando chega sua vez, o sistema operacional passa o controle da CPU para o programa e aguarda que ele o devolva para passá-lo para o próximo.

• Se um programa mal feito tomar para si o controle da CPU e se recusar a devolvê-lo por um tempo demasiadamente longo, parece que os demais programas travaram.



Um SO de Redes deve:• Prover Serviços básicos:

• Suporte a tarefas com prioridade.• Proteção de memória entre tarefas.• Sistema de arquivos multi-usuário.• Threads (processos leves)

• Thread é uma forma de um processo dividir a si mesmo em duas ou mais tarefas que podem ser executadas simultaneamente.

• Permite que o programa, por exemplo, utilize uma funcionalidade do ambiente enquanto outras linhas de execução realizam cálculos.



Um SO de Redes deve:• Prover Serviços Estendidos ao servidor:

• Comunicação com diversos protocolos.• Extensões de rede (arquivos distribuídos).• Suporte a BLOBs (Binary Large Objects).• Serviço de nomes universal.• Serviço de autenticação e autorização.• Serviço de tempo distribuído.• Serviço de gerência de redes.• ...



Um Servidor de Redes deve:• Esperar e atender requisições dos clientes.• Suportar requisições simultâneas.• Oferecer níveis de prioridade de serviço.• Executar tarefas de gerenciamento local.• Ser robusto e confiável.• Ser modular e escalável.



Um Cliente de Redes espera que o servidor forneça:• Sistema multitarefa preemptivo.• Sistema de arquivos em rede.• Proteção de memória entre tarefas.• Interface gráfica GUI ou OOUI.• Suporte a threads.



Quem podem ser os Clientes de Redes ?• Clientes sem interface gráfica:

• Monotarefa: • Celulares (antigos)• Leitores de código de Barras.

• Multitarefa: • Robôs• Equipamentos industriais

• Clientes com interface gráfica



Exemplos de Sistemas Operacionais de Redes• Novell Netware

• Vem decaindo seu uso.• Rápido, fácil de administrar.• Alta proteção de memória e preempção.• Comprou a SUSE Linux (2003)

novo NetWare, o

Open Enterprise Server, que mesclou Linux e Novell NetWare.



Exemplos de Sistemas Operacionais de Redes• Windows (NT, XP Server, 2003 Server ...)

• Predominância já foi maior.• Excelente para redes Microsoft.• Gerência fácil, graças à interface gráfica.• SMP e segurança deficientes.• Sujeito a constantes Patches e Atualizações de

segurança.• Muito visado para ataques.



Exemplos de Sistemas Operacionais de Redes• GNU/Linux

• Estável.• Versátil, confiável, seguro, 64 bits.• Falta de padrões, gerência mais complexa que a do

Windows e Netware.• Suporte rápido e, normalmente, gratuito• Open Source• Desenvolvido por comunidades.• Diferentes Distribuições (“sabores”),um para cada necessidade.


Principais serviços

• Arquivos• Impressão• Mensagem• Aplicação


Servidor de Arquivos• Oferece aos clientes os serviços de armazenamento,

acesso e compartilhamento de arquivos e discos (mídia de gravação magnética ou óptica).

• Possui uma estrutura hierárquica de diretórios, proteção de arquivos individuais ou de diretórios, chaves para atualização simultânea e segura de arquivos, etc.

• Um Servidor de Arquivos é capaz de aceitar transações independente do sistema operacional do cliente, ou seja, independente da estrutura de arquivos do cliente– Nesse caso existe uma estrutura de rede padrão usada no

servidor de arquivos nos quais os vários arquivos dos clientes devem ser convertidos.


Servidor de Arquivos

• Um Servidor de Arquivos trabalha com 3 subsistemas funcionais– Subsistema Gerenciador de Arquivos.

• Controla o acesso físico aos meios de armazenamento.– Subsistema de Cache de disco.

• Aumenta a eficiência do servidor permitindo que a leitura do disco seja sempre feita em blocos maiores, mantendo-os na RAM.

– Subsistema de Acesso Compartilhado e Segurança.• Controla o acesso simultâneo aos arquivos, permitindo o seu

compartilhamento.• 2 modelos básicos de acesso.

– Share level (nível de compartilhamento).– User lever (nível de usuário).


Servidor de Banco de Dados• As aplicações baseadas no acesso a banco de dados

compartilhado podem usar um servidor de arquivos para armazenar os arquivos dos BD, enquanto a aplicação no cliente executa as operações sobre a base.– Esta solução, além de tornar muito difícil a manutenção da

integridade da base de dados (o travamento de registros será feito no cliente e repassado ao servidor e este tempo de repasse pode ser muito longo) degrada a performance de toda a rede pelo aumento do tráfego.

• Um Servidor de Banco de Dados executa a parte das tarefas de acesso.– Assume, além das funções de armazenamento, algumas

funções de processamento de consultas.– Um aspecto importante da utilização destes servidores é o

aumento do desempenho das aplicações e da rede.


Servidor de Impressão• O cliente envia um pedido ao servidor, especificando

qual impressora será usada e os dados a serem impressos.

• Se ela estiver disponível, será alocada ao cliente até que este a libere (ou até que se esgote o tempo máximo e utilização, conforme negociação na alocação).– Caso a impressora não esteja disponível o cliente é avisado.

• Uma outra forma de implementação é o spolling.– O cliente, ao invés de pedir a alocação, envia diretamente ao

servidor o documento a ser impresso.– O documento é colocado em uma fila de impressão (um arquivo

que poderá estar no servidor de arquivos ou, se existir, no disco do próprio servidor de impressão).


Servidor de Impressão

• Vantagens do uso de impressoras em rede:– Redução do número de impressoras necessárias às

atividades da empresa.– Possibilidade de escolha de um local mais

conveniente para as impressoras.– Uso de spoolers de impressão, reduzindo o tempo

gasto pelo computador com serviço de impressão.– Possibilidade de uso simultâneo dos recursos de

impressão/fax, através do uso de filas.– Uso de impressoras para tarefas/formulários

específicos.


Servidor de Mensagens• Os serviços de mensagem incluem o armazenamento,

acesso e envio de dados, sejam arquivos de texto, binários, gráficos, de vídeo ou de áudio.– Correio Eletrônico (e-mail)

• Transferência eletrônica de dados entre dois ou mais computadores/usuários em rede.

• Originalmente apenas mensagens em texto eram transferidas.• Atualmente as mensagens incluem uma grande quantidade de

formatos, tais como gráficos, vídeo e áudio.– Muitos softwares permitem a criação de quadros de avisos

eletrônicos (Noticeboards).– Uso de fórums e listas de discussão.– SMS.


Servidor de Aplicação

• Os servidores de aplicação executam SW que podem ser acessados pelos clientes da rede.

• Permitem o compartilhamento não só de dados, mas também de processamento.

• Podem compartilhar componentes de software.• Exemplos

– Servidores gráficos.– Servidores Internet.– ORBs (Object Request Broker)

• Componente intermediário que facilita a comunicação entre o cliente e os objetos que implementam as funcionalidades que o cliente irá utilizar (objetos do servidor que são chamados de servants). Ele provê transparência de localidade para os clientes, separando os detalhes da invocação dos métodos remotos do código do cliente e permitindo assim que o cliente faça uma chamada remota da mesma forma que faria uma chamada local.

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