SOP29005-2014-1
EngTel: Sistemas Operacionais - Diário de Aulas 2014-1
Professor: Arliones Hoeller
Turma: 29005
Encontros: terças e sextas às 9:40.
Atendimento paralelo: segundas às 13:30 e quintas às 8:25.
Endereço web do grupo: https://www.facebook.com/groups/sop29005.ifsc.sj/
Endereço de e-mail da disciplina: sop29005.ifsc.sj@groups.facebook.com
Outros cursos de sistemas operacionais nos quais este curso se baseia:
- Sistemas Operacionais - Ciências da Computação UFSC
- Sistemas Operacionais - Engenharia da Computação UTFPR
- Operating Systems Engineering - Computer Science MIT
Plano de ensino
Diário de Aulas
11/02: Apresentação da disciplina. Histórico, visão geral e estruturas de um SO
- Revolution OS: documentário sobre Linux
- Apresentação sobre histórico visão geral e estruturas básicas de um SO. [slides]
14/02: Finalização do conteúdo anterior e atividades em laboratório: Introdução ao Linux e GCC/G++
- Referência sobre C++: http://www.cplusplus.com/
- Livros sobre C++:
- Tutorial C++
- Exercício-exemplo feito em aula. [código-fonte]
18/02: Mais sobre desenvolvimento em C++ com Linux – Herança, métodos e atributos estáticos, bibliotecas
Herança
Classes em C++ podem ser estendidas, criando novas classes que retêm as característica da classe-base. Este processo, conhecido como herança, envolve uma classe-base e uma classe derivada: a classe derivada herda os membros da classe-base, sobre os quais ela pode adicionar seus próprios membros.
Por exemplo, imaginemos uma série de classes para descrever dois tipos de polígonos: retângulos e triângulos. Estes dois polígonos têm certas propriedades em comum, como os valores necessários para calcular suas áreas: ambos podem ser descritos simplificadamente com uma altura e uma largura. (ou base).
Isto pode ser representado no formato de classes como uma classe Polygon (polígono) da qual podemos derivar duas outras classes: Rectangle e Triangle:
A classe Polygon poderia conter membros comuns a ambos os tipos de polígonos. Em nosso caso: largura e altura (width e height). E as classes Rectangle e Triangle poderiam ser as classes derivadas, com características específicas que diferenciam um tipo de polígono de outro.
Classes que são derivadas de outras herdam todos os membros acessíveis da classe-base. Isto significa que se a classe-base inclui um membro A e nós derivamos uma classe dela, e esta nova classe possui um membro B, a classe derivada conterá ambos os membros A e B.
No C++, a relação de herança de duas classes é declarada na classe derivada. A definição de classes derivadas usa a seguinte sintaxe:
class classe_derivada : public classe_base
{ /*...*/ };
O código acima define uma classe com nome classe_derivada, que herda publicamente a classe com nome classe_base. A palavra reservada public pode ser substituído por protected ou private, dependendo do tipo de herança desejado. Este delimitador de acesso limita o nível de acesso aos membros herdados da classe-base: os membros com um nível de acesso mais acessível são herdados com o nível declarado na herança, enquanto os membros com níveis de acesso iguais ou mais restritivos mantém, na classe derivada, os níveis de restrição declarados na classe-base.
#include <iostream>
using namespace std;
class Polygon {
protected:
int width, height;
public:
void set_values (int a, int b)
{ width=a; height=b;}
};
class Rectangle: public Polygon {
public:
int area ()
{ return width * height; }
};
class Triangle: public Polygon {
public:
int area ()
{ return width * height / 2; }
};
int main () {
Rectangle rect;
Triangle trgl;
rect.set_values (4,5);
trgl.set_values (4,5);
cout << rect.area() << '\n';
cout << trgl.area() << '\n';
return 0;
}
- Experimento 1: compile e execute o exemplo acima.
- Experimento 2: substitua, no exemplo acima, uma herança pública por herança protegida ou privada e verifique o que acontece.
- Leitura extra - Polimorfismo: http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/polymorphism/
Espaços de nomes
Espaços de nome, ou namespaces, permite agrupar entidades como classes, objetos e funções sob um mesmo nome. Deste modo o escopo global pode ser dividido em "sub-escopos", cada um com seu próprio nome.
A sintaxe para uso de um namespace em C++ é dada abaixo, onde identifier é o nome do sob o qual as entidades serão declaradas e, no local do comentário, seria registrado o conjunto de classes, objetos e funções incluídos no namespace:
namespace identifier
{
/* entities... */
}
Por exemplo, o código abaixo as variáveis a e b são inteiros normais declarados dentro do namespace myNamespace.
namespace myNamespace
{
int a, b;
}
Estas variáveis podem ser acessadas normalmente por classes ou funções declaradas dentro do mesmo namespace. Para serem acessadas de fora do namespace, contudo, elas precisam ser adequadamente qualificadas utilizando o operador de escopo (::). Por exemplo, para utilizar as variáveis acima de fora do myNamespace, elas devem ser qualificadas como:
myNamespace::a
myNamespace::b
Espaços de nomes podem ser bastante úteis para evitar colisão de identificadores:
// namespaces
#include <iostream>
using namespace std;
namespace foo
{
int value() { return 5; }
}
namespace bar
{
const double pi = 3.1416;
double value() { return 2*pi; }
}
int main () {
cout << foo::value() << '\n';
cout << bar::value() << '\n';
cout << bar::pi << '\n';
return 0;
}
- Experimento 1: compile, execute, e entenda o código do exemplo acima.
- Experimento 2: crie, dentro do namespace bar, uma função que acesse a função value do namespace foo.
- Leitura extra - Visibilidade de nomes em C++: http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/namespaces/
Criando bibliotecas
Uma biblioteca é uma coleção de objetos, assim como uma biblioteca tradicional é uma coleção de livros. Quando construindo seu programa, você pode utilizar, no gcc, uma ou mais bibliotecas, de modo que o gcc utilizará os objetos nestas bibliotecas para completar seu programa. Por exemplo, todas as funções da biblioteca padrão C (como printf e exit) estão em uma biblioteca C, geralmente na pasta lib/libc.a da sua instalação GCC. Quando você faz a ligação do seu programa, o GCC adiciona ao binário os objetos da biblioteca C necessários, baseando-se nas chamadas de funções do seu programa. Importante perceber que apenas as funções/objetos utilizados são ligados ao programa, não gerando desperdício de tempo e espaço.
Para fazer usa própria biblioteca, você precisa, primeiro, compilar cada um dos arquivos-fonte, gerando um conjunto de arquivos-objeto. Aqui utilizaremos, como exemplo, o código do exercício-exemplo da aula anterior.
g++ -c pessoa.cc
g++ -c aluno.cc
A seguir, você utilizará o comando ar para criar uma biblioteca contendo os arquivos-objeto criados.
ar rvs mylib.a pessoa.o aluno.o
Cada uma das letras em rvs especifica um parâmetro para o ar. r significa substituir objetos com mesmo nome na biblioteca pelos novos passados pela linha de comando. Como a biblioteca está inicialmente vazia, isto significa o mesmo que adicionar novos objetos à biblioteca. Há também opções para extrair e remover objetos da biblioteca. A opção v significa verbose, ou seja, pede que o programa ar imprima na tela as ações sendo tomadas durante sua execução. Finalmente, a opção s diz ao ar para criar uma tabela de símbolos, que é um recurso extra que o GCC precisa para utilizar uma biblioteca.
Para utilizar a biblioteca, simplesmente adicione ela ao comando de ligação do gcc como se fosse outro objeto:
g++ main.cc mylib.a -o main
É importante listar as bibliotecas na ordem correta. Durante a ligação, o GCC "puxa" apenas os objetos que sabe necessitar até o momento. Isto que dizer que primeiro é necessário alimentar ao GCC os arquivos-objeto que dependem de uma biblioteca (no exemplo, o main.cc), e por fim as bibliotecas que completam esta dependência.
- Experimento 1: pegue o código-fonte da aula anterior e gere a biblioteca mylib.a utilizando os comandos acima.
- Experimento 2: modifique o arquivo makefile da aula anterior para trabalhar com a biblioteca.
- Experimento 3: modifique a assinatura de algum método das classes Pessoa ou Aluno e verifique o que acontece.
- Leitura extra - uso da C++ Standard Template Library: http://www.yolinux.com/TUTORIALS/LinuxTutorialC++STL.html
21/02: Finalização do conteúdo anterior e atividades em laboratório
Uso básico do Shell
=> Roteiro do Prof. Maziero: http://dainf.ct.utfpr.edu.br/~maziero/doku.php/unix:shell_basico
P0: Biblioteca de Filas
Uma maneira de descrever um Sistema Operacional, sob o ponto de vista da programação, é definir-lo como um grande gerenciador de filas. São exemplos de filas importantes de um SO as filas de processos prontos a serem executados, processos suspensos, processos dormindo e processos bloqueados em semáforos. Para o trabalho da disciplina implementaremos nossas filas através de uma lista circular duplamente encadeada, cuja estrutura pode ser vista na figura abaixo.
Para recapitular a execução de operações sobre uma lista encadeada, consulte o material de Programação II. Lembre-se, nossa estrutura de dados é uma Fila, ou seja, elementos são inseridos no final e removidos do início.
Neste projeto você deve construir uma pequena biblioteca que ofereça uma classe Queue com métodos de inserção e remoção de elementos genéricos. O código-base da classe, que está nos arquivos Queue.h e Queue.cc. A declaração da classe é apresentada abaixo:
/*
* Queue.h
*
* Created on: Feb 21, 2014
* Author: arliones
*/
#ifndef QUEUE_H_
#define QUEUE_H_
namespace BOOOS {
class Queue {
public:
Queue();
virtual ~Queue();
class Element {
public:
Element() { _prev = 0; _next = 0; }
virtual ~Element() {}
Element * prev() { return _prev; }
Element * next() { return _next; }
private:
Element * _prev;
Element * _next;
};
Element * head() { return &_head; }
int length() { return _length; }
void insert(Element * elem);
Element * remove();
private:
Element _head;
int _length;
};
}
#endif /* QUEUE_H_ */
Esta fila organiza objetos do tipo Element*. A classe Element deve ser estendida para implementar os detalhes da aplicação, como no exemplo do arquivo Queue_Test.cc, apresentado abaixo:
/*
* Queue_Test.cc
*
* Created on: Feb 21, 2014
* Author: arliones
*/
#include <iostream>
#include <Queue.h>
using namespace std;
using namespace BOOOS;
class MyElement : public Queue::Element {
public:
MyElement(string str) : _name(str) {}
virtual ~MyElement() {}
string & name() { return _name; }
private:
string _name;
};
int main() {
cout << "Welcome to BOOOS - Basic Object Oriented Operating System!" << endl;
cout << "This program will test the class: Queue" << endl;
Queue queue;
MyElement * person1 = new MyElement("João");
MyElement * person2 = new MyElement("Pedro");
MyElement * person3 = new MyElement("Augusto");
MyElement * person4 = new MyElement("Fábio");
queue.insert(person1);
queue.insert(person2);
queue.insert(person3);
queue.insert(person4);
MyElement * removed_person = queue.remove();
delete removed_person; // Which element was removed?
return 0;
}
É responsabilidade do aluno implementar mais testes além dos que estão no exemplo para garantir o funcionamento da fila. Apenas o arquivo Queue.cc deve ser entregue ao professor, devidamente preenchido (os métodos estão vazios no original).
Resumo do trabalho
- O que é? Classe implementando fila como uma lista circular duplamente encadeada.
- Duração estimada: 4 horas.
- Dependências: Conhecimento básico de C/C++ e de estruturas de dados.
- Entrega: Até 07/03, por email, apenas o arquivo Queue.cc.
- Observação: Este trabalho será base para os demais trabalhos realizados no curso, logo, dediquem-se a esta implementação.