SOP-2010-1-sobral

Sistemas Operacionais e Introdução à Programação - 2010-1

Informações gerais

Professor: Marcelo Maia Sobral
Email: msobral@gmail.com
Skype: mm-sobral
Lista de email (forum): sop-ifsc@googlegroups.com
Atendimento paralelo: 2a feira 10h - 12 h, 4a feira 10h - 12 h ou 16h - 17 h (no Laboratório de Desenvolvimento de Tele)
Reavaliação (recuperação): no final do semestre

Softwares

Será usado como plataforma de estudo o sistema operacional Ubuntu Linux 9.10. Para obtê-lo há essas opções:

1. Trazer um CD-R virgem para que eu faça a cópia aqui no IFSC
2. Fazer o download por conta própria (aprox. 700 MB)
3. Usar uma máquina virtual do VirtualBox já preparada por mim (menos recomendado, pois o Linux roda mais lento)
   • Trazer um DVD-R ou pendrive com ao menos 4 GB livres.
   • Instalar o VirtualBox em seu computador para executar a máquina virtual

ATENÇÃO: é muito importante que se providencie o quanto antes a instalação do Ubuntu em seu computador. Sem ele você não poderá fazer os exercícios sugeridos, o que atrapalhará seu aproveitamento na disciplina ! O bom andamento do estudo depende muito de não deixar acumular o conteúdo e os exercícios. Acostume a criar uma rotina de estudo, procurando resolver os problemas apresentados e procurando o professor (ou contatando-o por email) para tirar dúvidas.

Referências adicionais

• Diário de aula do Prof. Ederson Torresini
• Antiga página da disciplina (2009-2)
• Valle, Odilson Tadeu. Gerência de Redes. IFSC - Unidade São José. 2009. (ver capítulos 1 a 9)
• Ubuntu Documentation
• Guia Foca Linux (iniciante)
• Demais referências contidas na página principal de SOP.

Sistemas operacionais

19/02: Apresentação

Apresentação da disciplina: plano de ensino, avaliação, abordagem pedagógica.

24/02: Introdução a sistemas computacionais

Sistemas computacionais; visão geral de sistemas operacionais; histórico de sistemas operacionais (resumo).

Videos ilustrativos:

• Eniac
• A Saga do Windows
• Funcionamento de um processador
• Funcionamento de um disco rígido
• Outro video sobre funionamento de um HD

Alguns textos interessantes sobre história dos sistemas operacionais:

• The Unix Operating System: um artigo publicado em 1974 pelos criadores do Unix, Ken Thompson e Dennis Ritchie.
• History of Linux (inglês)
• História do Linux (português)
• Visão geral sobre o Linux
• História do Microsoft Windows (inglês)
• História dos Sistemas Operacionais (inglês)
• História dos Sistemas Operacionais (em português)
• History of Operating Systems (inglês)
• Os 10 piores sistemas operacionais de toda a história (inglês)

26/02: Introdução ao Linux

Uso básico da interface gráfica e de texto. Apostila Gerência de Redes (prof. Odilson), capítulos 3 a 5, e capítulos 6 e 7 do Guia Foca Linux Iniciante.

Objetivos:

1. Conhecer o sistema operacional Linux
2. Usar a interface de linha de comando (shell)
3. Usar comandos básicos para visualização e manipulação de processos
4. Usar comandos básicos para manipulação de arquivos e diretórios
5. Conhecer a estrutura de diretórios do Linux

• Roteiro da aula
• Arquivo para o exercício de reorganização de arquivos
• Guia rápido de instalação do NoCat (arquivo texto demonstrativo)

03/03: Processos e memória

Processos e multiprogramação: uma visão geral sobre programas, processos, ciclos de um processo, multiprogramação e escalonamento. Ver apostila do prof. Odilson, capítulo 3, e capítulo 5 do Guia Foca Linux Iniciante.

Gerência de memória: visão geral sobre o uso de memória no sistema operacional e pelos processos Uso do laboratório para ilustrar conceitos.

• Continuação do roteiro da aula de 26/02.
• Programas usados para investigar o escalonamento de processos
  • fominha: tenta usar todo o tempo de processador disponível
  • crash: cria processos indefinidamente
  • lento: processo que trabalha pouco, ficando a maior parte do tempo ocioso

Vários utilitários (programas auxiliares) existem para obter informações do sistema operacional sobre processos e memória. Alguns trabalham em modo texto, como:

• ps: lista os processos existentes
• pstree: lista os processos existentes mas de forma hierárquica
• top: lista os processos mais ativos, junto com informações globais sobre uso dos recursos no sistema operacional (memória, processador, memória virtual, quantidade de processos, carga de trabalho)
• atop: o mesmo que top, mas com maior detalhamento do uso de recursos mantidos pelo sistema operacional
• mpstat: mostra estatísticas de uso do processador
• free: mostra o uso de memória
• vmstat: mostra o uso de memória, discos e processador no último intervalo de tempo.

Existem também utilitários no modo gráfico. Por exemplo, no Ubuntu há o "Monitor do sistema":

Para executar o Monitor do Sistema

Telas do monitor do Sistema

05/03: Sistemas de arquivos

Visão geral sobre sistemas de arquivos: definição de arquivo e diretório, formas de armazenamento em media (discos, DVD, ...), segurança (controle de acesso). Uso do laboratório para ilustrar conceitos.

Houve aula somente até 14:00 h, quando a turma foi encaminhada ao auditório para assistir às apresentações dos pré-projetos do Tecnólogo.

10/03: Localização de arquivos, redirecionamentos e pipes

Localização de arquivos e diretórios: comando find:

A procura de arquivos e diretórios pode ser automatizada com o comando find. Por exemplo, para localizar todos os arquivos ou diretórios chamados default, e que estejam abaixo de /etc:

aluno@D1:~$ find /etc -name default -print
/etc/default
/etc/calendar/default
/etc/X11/xinit/xinput.d/default
aluno@D1:~$

Uso do find :

find pathname [opões]

... sendo pathname o diretório abaixo de que se deseja fazer a busca. As opções servem para selecionar arquivos e diretórios durante a busca, e também para executar ações para cada um deles que for encontrado. Algumas opções mais comuns:

• -name nome: seleciona arquivos ou diretórios cujos nomes sejam nome' . Essa opção aceita wildcards (* e ?)
• -type tipo: seleciona apenas o tipo' indicado, que pode ser:
  • d: diretório
  • f: arquivo
  • l: link simbólico (ou atalho)
• -perm modo: seleciona apenas arquivos ou diretórios que possuam as permissões indicadas em modo
• -size tamanho: seleciona apenas arquivos com tamanho de acordo com o especificado (em bytes)
• -mtime n: seleciona apenas arquivos ou diretórios modificados a n * 24 horas atrás
• -atime n: seleciona apenas arquivos ou diretórios acessados a n * 24 horas atrás
• -user usuario: seleciona apenas arquivos ou diretórios pertencentes a usuario
• -exec comando \;: executa comando para cada arquivo ou diretório encontrado. Ex:
  • find /tmp -type f -mtime +7 -exec rm -f {} \; : remove todos os arquivos dentro de /tmp que estejam há 7 dias sem serem modificados. A sequência {} é substituída pelo nome do arquivo encontrado.

... e muitas outras (consulte o manual do find).

Atividade

1. Encontre o arquivo lsusb', que se encontra em algum subdiretório dentro de /usr
2. Encontre os arquivos dentro de /usr cujos tamanhos sejam maiores que 20 MB
3. Encontre os subdiretórios lib, que estão dentro de /usr
4. Localize todos os arquivos executáveis (i.e., os programas) que existem abaixo de /lib
5. Localize todos os arquivos pertencentes ao usuário aluno e que estejam dentro de /tmp

Redirecionamento de saída padrão

Todo processo possui uma saída padrão, que corresponde a um arquivo ou dispositivo onde os dados de saída do processo (ex: mensagens de texto) serão mostrados. Normalmente a saída padrão de um processo é a tela do terminal, mas ela pode ser redirecionada para um arquivo ou para outro dispositivo. Assim, as mensagens de texto que um processo gera podem ser guardadas em um arquivo para posterior utilização. No exemplo abaixo, a listagem dos processos foi guardada no arquivo processos.txt:

aluno@D1:~$ ps ax > processos.txt
aluno@D1:~$

O redirecionamento de saída padrão se faz com o símbolo > seguido do nome do arquivo. Note que nada aparece na tela, uma vez que a saída se tornou o arquivo processos.txt. Após executar o comando acima, veja o conteúdo de processos.txt:

aluno@D1:~$ less processos.txt
  PID TTY      STAT   TIME COMMAND
    1 ?        Ss     0:03 /sbin/init
    2 ?        S<     0:00 [kthreadd]
    3 ?        S<     0:00 [migration/0]
    4 ?        S<     0:00 [ksoftirqd/0]
    5 ?        S<     0:00 [watchdog/0]
    6 ?        S<     0:00 [migration/1]
    7 ?        S<     0:00 [ksoftirqd/1]
    8 ?        S<     0:00 [watchdog/1]
    9 ?        S<     0:00 [events/0]
   10 ?        S<     0:00 [events/1]
   11 ?        S<     0:00 [khelper]
   12 ?        S<     0:00 [kstop/0]
   13 ?        S<     0:00 [kstop/1]
   14 ?        S<     0:00 [kintegrityd/0]
   15 ?        S<     0:00 [kintegrityd/1]
   16 ?        S<     0:00 [kblockd/0]
   17 ?        S<     0:00 [kblockd/1]
   18 ?        S<     0:00 [kacpid]
   19 ?        S<     0:00 [kacpi_notify]
   20 ?        S<     0:00 [cqueue]
   21 ?        S<     0:00 [ata/0]
   22 ?        S<     0:00 [ata/1]
processos.txt

Como se pode ver, o texto que apareceria na tela foi guardado em processos.txt. Experimente executar novamente o comando ps ax > processos.txt e veja o resultado. O que aconteceu com o arquivo processos.txt ?

Quando se deseja redirecionar a saída de um processo para um arquivo, porém preservando o conteúdo original desse arquivo, deve-se executar o comando da seguinte forma:

aluno@D1:~$ ps ax >> processos.txt
aluno@D1:~$

... quer dizer, em vez de usar > usa-se >>.

Redirecionamento de entrada padrão

Assim como existe uma saída padrão, todo processo possui uma entrada padrão que corresponde ao arquivo ou dispositivo de onde por default são obtidos os dados de entrada. Normalmente a entrada padrão corresponde ao teclado do terminal, mas pode ser redirecionada para outro arquivo ou dispositivo. No exemplo abaixo, usa-se o programa wc para contar as linhas, palavras e caracteres contidos no arquivo processos.txt:

aluno@D1:~$ ps ax > processos.txt
aluno@D1:~$ wc < processos.txt
 137  810 7807 processos.txt
aluno@D1:~$

No exemplo acima, gravou-se em processos.txt o resultado do comando ps ax' , e depois usou-se wc para contar linhas, palavras e caracteres desse arquivo. O efeito combinado é a contagem de quantos processos existem no sistema nesse momento (representado pelo número de linhas contidas em processos.txt).

Ao contrário do caso da saída padrão, não é tão comum se usar redirecionamento de entrada padrão. No entanto há um recurso adicional provido pelo sistema operacional que explora a combinação de ambas, e que possibilita combinar as funcionalidades de diferentes programas.

Pipes

Em sistemas operacionais Unix, é possível conectar a saída padrão de um processo à entrada padrão de outro processo, e a isto se chama pipe (que pode ser traduzido como duto ou tubo). Com isto, os dados de saída de um processo serão os dados de entrada de outro processo, o que pode ser explorado para realizar diferentes tarefas. Por exemplo, retomando a contagem de processos vista na seção anterior:

aluno@D1:~$ ps ax | wc
 137  810 7807 processos.txt
aluno@D1:~$

O símbolo de pipe é a barra vertical |. Ao se executarem os comandos acima unidos pelo pipe, a listagem de processos gerada pelo ps ax é automaticamente enviada para a entrada padrão do comando wc. O resultado é a contagem de processos existentes no sistema.

Podem-se ligar mais de dois processos usando pipes. Assim, cria-se um encadeamento de processos, em que a saída padrão de um processo alimenta a entrada padrão do próximo processo. Por exemplo, para se contarem os processos do usuário aluno:

aluno@D1:~$ ps aux | grep aluno | wc
     47     568    5195
aluno@D1:~$

02/03: Redirecionamentos, pipes, usuários e grupos

Uso de redirecionamentos e pipes. Para entender a utilidade desses recursos, alguns comandos adicionais serão vistos:

• cut: divide as linhas dos arquivos em colunas, e mostra colunas específicas
• grep: mostra linhas de arquivos que contenham determinada palavra ou padrão de caracteres
• sort: ordena as linhas de um arquivo
• paste: combina linhas de arquivos
• wc: conta linhas, palavras e caracteres
• tail: mostra as últimas linhas de um arquivo
• head: mostra as primeiras linhas de um arquivo
• du: mostra a utilização de disco de um determinado arquivo ou diretório

Conceitos de usuários e grupos. Comandos relacionados:

• whoami: mostra quem é o usuário dono do processo atual (que é o shell)
• users: mostra os usuários logados no sistema
• who: mostra os usuários logados no msistema, porém com mais informações sobre cada um deles
• w: mostra o que os usuários logados estão fazendo agora
• finger: mostra informações sobre um ou mais usuários
• passwd: muda a senha de um usuário
• last: mostra o histórico de usuários logados
• chfn: muda diversas informações de um usuário (aquelas visíveis com finger)
• groups: grupos a que um usuário pertence

As informações sobre os usuários estão guardadas no arquivo /etc/passwd. Mas podem estar armazenadas também na rede ... As informações sobre os grupos estão guardadas no arquivo /etc/group.

Atividade

1. Mostre quais os usuários que existem, junto com seus nomes completos (essa informação está no arquivo /etc/passwd)
2. Repita o item anterior, mas mostrando em ordem alfabética direta e reversa
3. Repita o ítem anterior, mas mostrando apenas o último usuário em ordem alfabética, e depois o primeiro usuário
4. Conte quantos usuários têm o nome completo iniciando com a letra 'A'
5. Imagine que seu diretório de trabalho está muito cheio, e você quer identificar que arquivos ou subdiretórios estão ocupando mais espaço. Combine os comandos du e sort para descobrir isto.
6. Conte quantos processos pertencem ao usuário aluno, e quantos pertencem a root.
7. Descubra quantos arquivos existem em seu diretório pessoal (/home/aluno), incluindo os subdiretórios
8. Sejam dois arquivos como mostrado abaixo. Combine suas linhas e mostre o resultado em ordem alfabética. Mostre também o resultado em ordem de quantidade.
   

   abacaxi
   laranja
   morango
   manga
   goiaba
   limão
   

   
   

   1 kg
   500 g
   100 g
   2 kg
   1 kg
   300 g
   

17/03: Editores de texto

Ver capítulo 9 da apostila do prof. Odilson.

Uso de editores de texto:

• vi: um editor de programas com recursos avançados de edição. Mas usa uma interface textual com comandos que devem ser memorizados ... algo anacrônico, mas funciona. Como motivação para usá-lo, praticamente todo computador com Unix (não somente Linux) vem com esse editor previamente instalado.
• nano: um outro editor mais simples, com menos funcionalidades que o vi, porém um pouco mais amigável.

vi

O editor vi é bastante simples e muito utilizado por ser encontrado em todas as distribuições Linux. Poderíamos optar por um editor um pouco mais avançado, mas com o inconveniente de encontrarmos uma distribuição/instalação onde não dispuséssemos deste editor. O editor vi não tem como objetivo formatar textos: negritos, indentações, justificação, etc. Na prática o vi é muito usado para editar textos que não necessitam de formatação em nenhum momento, como por exemplo códigos fonte de programas em alguma linguagem de programação, e que não carreguem o texto com caracteres especiais. Assim, esse editor também é chamado de editor de programas.

Modos de operação

O editor vi tem três modos de operação distintos: modo insert , modo escape (também chamado de modo comando), modo last line;

• insert: usado para a digitação do texto. Neste modo o vi funciona como uma máquina de escrever, com a diferença de que você pode retroceder sobre o texto já digitado para corrigir eventuais erros. Cada caracter que for digitado aparecerá na tela exatamente como foi digitado.
• escape: os caracteres comuns (letras, números e sinais de pontuação) têm um significado especial e quase todos os caracteres funcionam como comandos; portanto, existem muitos comandos. Alguns comandos servem para passar para o modo insert, outros para movimentar o cursor sobre as linhas do texto, alterar trechos do texto, buscar palavras, etc.
• last line: os comandos são digitados em uma linha especial que aparece no final da tela quando se digita : (dois pontos) no modo escape. Parte dos comandos do modo escape possuem similares no modo last line, como por exemplo os comandos de edição, que veremos mais adiante. Os comandos no modo last line devem ser seguidos por ENTER, contrariamente ao que acontece no modo escape.

Criação e edição de arquivos

Para criarmos um arquivo simplesmente digitamos vi seguido do nome do arquivo. Por exemplo:

vi primeiro.arquivo

Após isto será aberto o editor com conteúdo vazio, no modo comando. Para podermos editar qualquer coisa devemos entrar no modo inserção, para isto basta teclarmos <i> (aparecerá -- INSERT -- na base da janela). Em seguida digitamos o texto propriamente dito, usando o teclado normalmente.

Para salvarmos o texto devemos teclar <Esc> (modo comando), <:> (modo last line> e <w> (write). Assim teremos o nosso texto salvo.

Agora vamos a alguns comandos úteis:

• Copiar algumas linhas do texto: colocamos o cursor no início do texto a ser copiado e, no modo de comando, teclamos <n>+<y>+<y>, onde n é número de linhas que desejamos copiar. Por exemplo se digitarmos <5>+<y>+<y> copiaremos 5 linhas para o buffer.
• Excluir algumas linhas do texto: colocamos o cursor no início do texto a ser excuído e, no modo de comando, teclamos <n>+<d>+<d>, onde n é número de linhas que desejamos copiar. Por exemplo se digitarmos <3>+<y>+<y> apagaremos 3 linhas do texto mas que serão armazenadas no buffer.
• Colar o conteúdo do buffer para alguma parte do texto: colocamos o cursor no ponto onde pretendemos inserir o texto e, no modo de comando, teclamos

  (paste) para inserirmos o texto abaixo da linha do cursor e

  para inserir o texto acima da linha do cursor.

• Encontrar alguma palavra: no modo de comando, teclamos </> <palavra> <Enter>. O vi mostrará a primeira ocorrência da mesma. Para ir para a próxima ocorrência teclamos <n> (next), e para a ocorrência anterior teclamos <p> (previous)
• Substituir uma palavra por outra: no modo de comando, teclamos <:s/><palavra></><outra><Enter>. Por exemplo se quisermos substituir velha por nova: <:s/><velha></><nova><Enter>, assim teremos a troca da primeira ocorrência de velha por nova. Para substituirmos todas as ocorrências acrescentamos <%> entre <:> e <s> do caso anterior. Exemplo: <:%s/><velha></><nova><Enter>
• Inserir o conteúdo de um texto externo em nosso texto: no modo de comando, teclamos <:r>+<caminho/arquivo>+<Enter>.
• Salvar com outro nome: no modo de comando, teclamos <:w>+<novo.nome>+<Enter>.

Uma lista de comandos resumida segue abaixo:

• 0: vai para o início da linha
• $: vai para o final da linha
• gg: vai para a primeira linha
• G: vai para a última linha
• n: vai para a linha n (n é um número)
• w: vai para a próxima palavra
• b: vai para a palavra anterior
• x: apaga um caractere à direita do cursor
• X: apaga um caractere à esquerda do cursor
• dd: apaga-se uma linha inteira
• D: apaga do cursor até o final da linha
• dw: apaga até a próxima palavra
• dfs: apaga até a próxima ocorrência do caractere s
• a: entra-se em inserção uma posição à frente do cursor
• i: entra-se em inserção uma posição antes do cursor

Atividade

1. Crie e edite um arquivo contendo seus dados pessoais, de forma que possam ser usados em sua assinatura de email. Salve-o com nome signature.txt.
2. Edite o arquivo README.txt, que está contido em docs.tar.bz2. Logo após suas duas primeiras linhas (título de seu conteúdo), adicione uma linha com seu nome, matrícula e turma. Salve o arquivo modificado.
3. Em README.txt acrescente a data de hoje após a última linha.
4. Em README.txt remova a 2a questão. Apague também a linha em branco logo a seguir. Em seguida renumere as próximas questões, para que fiquem na sequência correta.
5. Em README.txt localize as ocorrências da palavra “diretorio”, e substitua por “subdiretorio”. Salve o arquivo modificado.
6. Em README.txt localize a 3a ocorrência da palavra diretorio, e remova-a. Localize então a ocorrência imediatamente anterior, e substitua por maiúsculas.
7. Em README.txt, acrescente o resultado da listagem do diretório docs logo após a questão 5.
8. Salve o arquivo resultante com o nome README2.txt.

19/03: Compactadores de arquivos

Comandos básicos: arquivos e diretórios. Edição de texto, busca por padrão.

24/03: Avaliação

Avaliação teórica e prática

Lógica de Programação

31/03: Algoritmos

Ciclo de desenvolvimento. Pseudo-código e diagramas de blocos.