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

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++:
  • The C++ Programming Language (4th Edition)
  • C++ How to Program, Fifth Edition
• Tutorial C++
  • Moving from Java to C++
• Exercício-exemplo feito em aula. [código-fonte]

18/02: Mais sobre desenvolvimento em C++ com Linux – Herança, métodos e atributos estáticos, bibliotecas

Herança

• http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/inheritance/

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

• http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/namespaces/

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

• http://www.delorie.com/djgpp/doc/ug/larger/archives.html

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.