O que é um sistema operacional?

O usuário interage com o sistema operacional por meio de uma interface de usuário (UI), que envia comandos em uma linguagem compreendida pelo SO. A UI pode ser uma interface gráfica de usuário (GUI) ou uma interface de linha de comando (CLI). Bilhões de pessoas dependem dos sistemas operacionais como base para realizar tarefas como enviar e-mails, navegar na internet, jogar videogame e muito mais.

Todos os sistemas computacionais, desde mainframes até desktops e dispositivos móveis, precisam de pelo menos um sistema operacional para executar tarefas, rodar aplicações e interagir com o hardware.

Segundo um relatório da Statista, o Microsoft Windows é o sistema operacional mais utilizado no mundo, com 67% do mercado de sistemas para desktops, tablets e consoles.¹ O macOS da Apple ocupa o segundo lugar nesta categoria.

O Android lidera o mercado de sistemas operacionais móveis com cerca de 72,04% de participação, enquanto o iOS da Apple aparece em segundo lugar, com 27,49%.²

No universo do software de código aberto, o Linux é o mais popular, amplamente adotado por organizações e usuários individuais por sua flexibilidade e segurança.

A história dos sistemas operacionais (SO) começou com os primeiros computadores, que exigiam softwares personalizados para gerenciamento de tarefas. Inicialmente simples e voltados a processamento em lote, os sistemas operacionais evoluíram para oferecer multitarefa e interfaces interativas, impulsionados pelos avanços de hardware e software.

A invenção do circuito integrado (CI) nos anos 1950 levou ao surgimento dos microchips, que aumentaram o poder de processamento e reduziram o tamanho dos computadores, permitindo a execução de tarefas mais complexas. Em 1964, a IBM lançou o OS/360, que utilizava linguagem de programação assembly, para seu IBM System/360. O OS/360 padronizou o software entre os mainframes da IBM e influenciou o design dos sistemas operacionais futuros. Além disso, o OS/360 foi o primeiro sistema operacional com multiprogramação, capaz de executar diversos programas simultaneamente em um único processador.

Com o tempo, o OS/360 evoluiu para o z/OS, o sistema operacional moderno dos mainframes da IBM. (Os mainframes IBM® Z atuais também rodam Linux e z/TPF, frequentemente operando com múltiplos sistemas em uma única máquina.)

O desenvolvimento do sistema operacional Unix, com compartilhamento de tempo, nas décadas de 1960 e 1970, estabeleceu precedentes importantes para os sistemas modernos ao introduzir conceitos como multitarefa, portabilidade e sistema de arquivos hierárquico, pilares dos sistemas atuais.

No fim dos anos 1980 e na década de 1990, surgiram as unidades de processamento gráfico (GPUs) para lidar com o processamento gráfico. À medida que as GPUs evoluíram para suportar cálculos de uso geral, especialmente na década de 2000, empresas como Apple e Microsoft começaram a integrá-las mais profundamente em seus sistemas operacionais. Atualmente, as GPUs são padrão na maioria dos sistemas computacionais, sendo responsáveis por tarefas que vão desde jogos e multimídia até computação científica e aprendizado de máquina (ML).

Inovações como virtualização e conteinerização surgiram diante da crescente demanda por eficiência e escalabilidade, especialmente na computação em nuvem. A virtualização permite que várias máquinas virtuais (VMs) sejam executadas em um único equipamento físico. Um hipervisor gerencia essas máquinas virtuais, funcionando como um sistema operacional leve ao cuidar da alocação de memória e do gerenciamento de recursos, sem exigir um sistema completo. A VMware é considerada a líder no mercado de virtualização e hipervisores.

A conteinerização expande a virtualização ao oferecer um método mais leve para executar aplicações isoladas. Ao contrário das VMs, contêineres não incluem uma cópia completa do sistema operacional. Em vez disso, o mecanismo de tempo de execução de contêineres (por exemplo, Docker) é instalado no SO host, atuando como interface para que todos os contêineres compartilhem o mesmo sistema operacional. Esse recurso permite que os contêineres virtualizem o sistema operacional, de modo que aplicações e suas dependências executem-se de forma isolada em um único SO, otimizando o uso de recursos.

Tanto em contextos de usuário único quanto corporativo, um sistema operacional (SO) gerencia e coordena hardware e software, fornecendo um ambiente onde os usuários podem interagir de forma eficaz. Em ambientes corporativos, o SO dá suporte a operações em grande escala para atender múltiplos usuários, processos e serviços em toda a organização, incluindo o seguinte:

• Gerenciamento de processos: o sistema operacional controla a execução de múltiplos processos e threads, realizando tarefas como escalonamento, sincronização e comunicação entre processos. Aplicações de usuário interagem com o SO por meio de chamadas de sistema para criar, gerenciar e encerrar processos, além de viabilizar a comunicação entre eles. Por exemplo, em cenários de gerenciamento de processo empresarial (BPM) orientados à integração, o SO desempenha papel fundamental para garantir a interação fluida entre diferentes sistemas de software. À medida que equipes de TI ou operadores de sistema integram um sistema de CRM a outras aplicações corporativas, o sistema operacional gerencia APIs, aloca recursos e protege o fluxo de dados, permitindo processos automatizados com intervenção humana mínima.

• Gerenciamento de memória: o SO aloca e controla a memória do computador. Ele garante que os programas disponham de recursos suficientes para rodar sem interferirem uns com os outros. Ele gerencia de forma eficiente tanto a memória principal (RAM) quanto o armazenamento secundário (discos rígidos, unidades de estado sólido), usando paginação e troca para mover dados entre eles conforme necessário.

• Gerenciamento de sistema de arquivos: o SO organiza e recupera arquivos, controlando diretórios, nomenclatura e permissões. Ele assegura a integridade de dados por meio de validações, somas de verificação e códigos de correção de erros.

• Gerenciamento de dispositivos: o SO administra os dispositivos de input e produção (I/O) (por exemplo, teclados, discos rígidos, impressoras e monitores), fornecendo uma interface para que o software interaja com os componentes de hardware. Em um ambiente virtual, isso inclui VMs, switches virtuais e assim por diante.

• Segurança e controle de acesso: o SO aplica protocolos de segurança, incluindo autenticação, criptografia e configuração de permissões de usuário, garantindo acesso autorizado aos recursos do computador.

• Rede: o SO gerencia as redes, permitindo a comunicação entre computadores por LANs ou internet e lidando com protocolos como TCP/IP.

• Detecção e tratamento de erros: o sistema operacional monitora erros relacionados a software e hardware, fornecendo mecanismos para relatar e se recuperar deles.

• Alocação de recursos: O SO distribui com eficiência recursos como tempo de unidade central de processamento (CPU), memória e dispositivos de I/O para otimizar o desempenho do sistema.

• Monitoramento de desempenho do sistema: o sistema operacional rastreia o desempenho do sistema (por exemplo, uso de memória, processos em execução, logs do sistema) e ajusta processos ou recursos para melhorar a eficiência.

Um sistema operacional reúne vários componentes centrais que trabalham em conjunto para garantir a funcionalidade e a eficiência do sistema:

• Kernel

• Agendador de processos

• Gerente de memória

• Gerenciador de input/produção

• Gerente de sistema de arquivos

• Interface do usuário

Os sistemas operacionais podem ser categorizados em vários tipos com base em seus recursos, funcionalidade e compatibilidade com diferentes aplicações de hardware e software. São eles:

• Sistemas operacionais incorporados

• Sistemas operacionais distribuídos

• Sistemas operacionais em tempo real

• Sistemas operacionais de rede

• Sistemas operacionais de cluster

Um sistema operacional incorporado gerencia os recursos de hardware em dispositivos específicos como smartphones, sistemas automotivos e eletrodomésticos. Diferentemente dos sistemas operacionais de uso geral, os sistemas incorporados são otimizados para desempenho, eficiência e confiabilidade em ambientes com recursos limitados. Costumam ser leves, com interfaces mínimas, projetados para executar aplicações específicas de forma contínua ou em tempo real.

Um sistema operacional distribuído coordena vários computadores independentes para funcionarem como um único sistema. Ele permite o compartilhamento de recursos entre diferentes máquinas, oferecendo uma interface única e transparente para o usuário e para os programas. O sistema operacional gerencia a comunicação, o compartilhamento de dados e a sincronização de tarefas entre os nós, permitindo que o usuário utilize o sistema sem se preocupar com a localização física dos recursos.

O Google File System (GFS), por exemplo, faz parte da arquitetura de sistema distribuído do Google, permitindo que os dados sejam espalhados por diversos servidores com alta disponibilidade e tolerância a falhas.

Um sistema operacional em tempo real (RTOS) foi projetado para lidar com tarefas sensíveis ao tempo, obedecendo a restrições de tempo precisas. Em um RTOS, o sistema garante que os processos críticos sejam concluídos dentro de um prazo determinado, oferecendo previsibilidade e estabilidade.

Esses sistemas operacionais são usados em áreas como automação industrial, robótica e equipamentos médicos, que exigem controle rigoroso, onde atrasos ou falhas podem gerar consequências graves. Sistemas operacionais em tempo real como o VxWorks são amplamente utilizados em sistemas embarcados para aplicações aeroespaciais e de defesa, onde respostas imediatas são essenciais para a segurança e o desempenho.

Um sistema operacional de rede (NOS) é um software que gerencia e coordena os recursos de hardware e software de vários computadores conectados em uma rede. Ele permite a comunicação entre dispositivos, o compartilhamento de arquivos e o gerenciamento de recursos pela rede.

Um NOS geralmente oferece funcionalidades como segurança de rede, autenticação de usuários e administração centralizada, permitindo que os administradores controlem o acesso e configurem os dispositivos conectados. Exemplos de sistemas operacionais de rede incluem o Microsoft Windows Server, o Cisco IOS e o macOS Server.

Um sistema operacional de cluster gerencia um conjunto de computadores interligados (nós) que trabalham em conjunto como se fossem um único sistema. Esses sistemas são usados principalmente em ambientes de computação de alto desempenho (HPC), como hospedagem de sites e pesquisas científicas, e oferecem balanceamento de carga, tolerância a falhas e compartilhamento de recursos entre os nós. Os sistemas operacionais de cluster permitem ampliar o poder de processamento ao combinar várias máquinas, aumentando a confiabilidade e o desempenho do sistema.

Centenas de sistemas operacionais atendem a diferentes finalidades, desde computadores pessoais e celulares até ambientes corporativos e de nuvem. Estas são algumas das mais prevalentes:

• Linux

• macOs

• iOS

• Android

O Linux é um sistema operacional de código aberto amplamente usado em desktops, servidores e sistemas embarcados. Ele é especialmente popular para gerenciamento de servidores, nuvem infraestrutura e desenvolvimento de software.

Versões empresariais notáveis, como o Red Hat Enterprise Linux (RHEL) e o SUSE Linux Enterprise Server (SLES) são comumente usadas em ambientes corporativos devido à sua estabilidade e suporte.

Além disso, existem inúmeras distribuições Linux adaptadas a diferentes cenários de uso, como Ubuntu, Fedora e Debian. Essas distribuições tornam o Linux extremamente versátil e adequado para uso em computadores pessoais, desenvolvimento e aplicações especializadas.

O Microsoft Windows é um dos sistemas operacionais mais utilizados no mundo, tanto para uso pessoal quanto empresarial. Reconhecido por sua interface amigável e versatilidade, ele oferece suporte a diversas aplicações de software, desde ferramentas de produtividade como o Microsoft Office até programas especializados para jogos, engenharia e design.

O MacOS (anteriormente chamado OS X) é um SO proprietário, estilo Unix, criado para funcionar em desktops, notebooks e estações de trabalho da Apple (por exemplo, iMac, MacBook, MacBook Pro). O MacOS é especialmente popular entre profissionais de setores criativos, pois se destaca em tarefas como design gráfico, edição de vídeo, produção musical e desenvolvimento de software.

O Apple iOS é um sistema operacional móvel proprietário que roda em dispositivos móveis da Apple, como iPhones e iPads.

Desenvolvido pelo Google, o Android é um sistema operacional móvel de código aberto amplamente utilizado em smartphones pessoais e comerciais.

O mercado de sistemas operacionais de IA está pronto para um crescimento significativo, com a pesquisa da Knowledge Sourcing Intelligence prevendo um aumento de US$ 12,496 bilhões em 2024 para US$ 29,297 bilhões em 2029, com um CAGR de 18,58%³

Em ambientes corporativos, os sistemas operacionais impulsionados por IA aproveitam o aprendizado de máquina e a automação para prever comportamentos dos usuários, otimizar a alocação de recursos e se adaptar em tempo real às cargas de trabalho em mudança. Os recursos de autocorreção reduzem o downtime ao detectar e resolver problemas automaticamente, enquanto os sistemas de segurança orientados por IA identificam e mitigam ameaças cibernéticas, garantindo que os dados corporativos permaneçam protegidos.

Os principais sistemas operacionais como o Windows e o macOS incorporam IA para otimizar o gerenciamento de recursos, aumentar a segurança (por exemplo, o Windows Defender Face ID) e proporcionar experiências personalizadas ao usuário.