Como funcionam os sistemas de objetos no OS/400 e qual o seu papel na arquitetura MI?

O OS/400, como sistema operacional desenvolvido para a plataforma AS/400, apresenta uma arquitetura que rompe com o paradigma tradicional baseado em arquivos, pastas e estruturas de dados lineares. Em vez disso, tudo no OS/400 é tratado como um objeto. Arquivos, programas, filas de mensagens, bibliotecas, descrições de dispositivos — todos são objetos, com tipos, atributos e regras de autorização específicas. Essa uniformidade conceitual não é meramente uma escolha de design, mas uma expressão da filosofia do OS/400 de integrar ao máximo a abstração da arquitetura de máquina (MI) ao nível do sistema operacional, isolando o software da dependência direta ao hardware físico.

A abordagem de objetos do OS/400 está intimamente ligada ao conceito de machine interface (MI), uma camada intermediária que define instruções abstratas independentes do hardware. Os objetos não são acessados diretamente por endereços físicos, mas sim por ponteiros MI, cuja resolução é feita através do sistema. Esses ponteiros não apenas identificam a localização de um objeto na memória, mas também encapsulam as permissões, o tipo de acesso permitido, e outras regras de integridade do sistema. A partir dessa estrutura, é possível controlar com precisão o comportamento de cada processo, mantendo a consistência mesmo em cenários complexos de multiprocessamento.

A criação e destruição de objetos seguem uma lógica controlada pelo sistema. Ao criar um objeto, o programador especifica seu tipo, seu nome e sua localização — esta última referenciada sempre por bibliotecas. A exclusão de um objeto não é apenas uma operação de liberação de espaço, mas também envolve a remoção de todas as referências existentes no sistema, garantindo a integridade da memória e das permissões. Objetos temporários podem ser criados e destruídos durante a execução de um programa, mas o sistema assegura que sua persistência seja gerida conforme os ciclos de vida dos processos associados.

Os objetos também possuem atributos que definem sua permanência e proteção. Um objeto pode ser protegido contra exclusão acidental, marcado como permanente, ou configurado para existir apenas durante uma sessão específica. A definição de objetos em múltiplos segmentos (multisegment) permite que diferentes partes da estrutura lógica de um objeto sejam armazenadas em regiões distintas da memória ou do disco, favorecendo a organização de dados de grande porte ou com múltiplos contextos de acesso.

No contexto da programação, o uso de objetos no OS/400 está fortemente vinculado ao modelo orientado a objetos e à ideia de encapsulamento funcional. Programas são objetos. Espaços de dados são objetos. Processos são objetos. O sistema gerencia de forma consistente todos esses elementos como entidades abstratas, cada uma com um cabeçalho funcional, um espaço de dados associado, e um conjunto de permissões e atributos. Isso permite ao programador interagir com o sistema em um nível de abstração que facilita tanto a segurança quanto a escalabilidade.

Os sistemas de objetos também interagem com o modelo de virtualização da memória. Cada objeto pode ocupar um ou vários segmentos virtuais de memória, sendo paginado automaticamente conforme necessário. O sistema gerencia a proteção das páginas de memória com bits de controle específicos — como os bits de coerência de memória, caching inhibited, e proteção —, garantindo que diferentes processos não interfiram na integridade dos dados uns dos outros.

O modelo de objetos do OS/400, em conjunto com a MI, torna o sistema altamente portável e resiliente a mudanças de hardware. Como os programas compilados fazem referência apenas a instruções MI, qualquer evolução no hardware subjacente (como mudança de processador) não exige a recompilação dos programas. O próprio sistema traduz dinamicamente as instruções MI para instruções reais da máquina física, por meio de microcódigo.

Esse modelo permite também que operações complexas, como transações distribuídas ou clusters loosely coupled, sejam implementadas de maneira relativamente transparente ao nível de aplicação. O sistema gerencia blocos de commit, observabilidade e materialização de objetos de forma autônoma, garantindo consistência mesmo em ambientes de execução paralela ou em configurações de alta disponibilidade.

O leitor deve compreender que o modelo de objetos no OS/400 não é uma simples abstração técnica, mas uma estrutura fundamental que redefine a forma como o software é construído, protegido, executado e mantido. Esse paradigma oferece uma alternativa poderosa ao modelo tradicional de sistemas operacionais, ao custo de maior complexidade conceitual e exigência de compreensão profunda da interface MI, suas instruções, estruturas de ponteiros e regras de segurança e integridade.

Como Funciona a Estrutura Interna da Árvore Binária Radix e a Partição no AS/400

A Árvore Binária Radix é uma estrutura de dados sofisticada, otimizada para performance e eficiência no uso de memória. Criada originalmente por Phil Howard nos anos 1970, essa estrutura visa minimizar a necessidade de endereços diretos entre os nós, utilizando um sistema de cluster sequencial na memória. Os clusters armazenam tanto os filhos à esquerda quanto à direita de um nó de teste, além de possíveis textos comuns, em um formato que permite que as referências sejam feitas por números de posição, ao invés de endereços tradicionais. Isso elimina a complexidade de ter que apontar diretamente de um nó para o outro.

A grande inovação da Árvore Binária Radix proposta por Howard é a utilização de uma operação XOR para calcular a posição dos nós. Em vez de armazenar endereços diretos para os nós adjacentes, o valor armazenado no nó atual contém o XOR entre as posições do nó anterior e do nó seguinte. Isso permite o movimento bidirecional através da árvore sem a necessidade de armazenar links explícitos para os nós anteriores ou seguintes. Ou seja, ao conhecer a posição do nó anterior e do nó atual, é possível calcular a posição do próximo nó, e, ao contrário, ao conhecer a posição do próximo nó, podemos calcular a posição do nó anterior.

Além da eficiência na navegação, a Árvore Binária Radix também é projetada para minimizar as falhas de página. Isso é alcançado pela divisão da árvore em subárvores menores, ou partições, onde, ao preencher uma página, é realizada uma divisão no nível superior da árvore, criando novas subárvores e adicionando-as ao índice. Por exemplo, ao subdividir uma árvore de maneira estratégica, pode-se armazenar os nós terminais de forma eficiente, agrupando-nos em páginas específicas. Quando a árvore é particionada, os nós no topo de cada página tornam-se nós raiz para suas respectivas páginas, o que aumenta significativamente a capacidade de armazenamento da árvore.

O desempenho superior da Árvore Binária Radix é um reflexo de seu design inteligente, que permite navegar na árvore sem precisar armazenar informações adicionais sobre a posição dos nós. Em vez disso, o uso da operação XOR permite uma navegação bidirecional eficiente, com a manutenção de um espaço de memória reduzido.

Além disso, ao considerar a implementação dessa estrutura no contexto de um sistema como o AS/400, que oferece um banco de dados integrado, a Árvore Binária Radix se destaca pela sua capacidade de se adaptar a diferentes níveis de segurança e performance. O AS/400, com sua arquitetura única, não apenas oferece uma integração transparente entre a base de dados e o sistema operacional, como também permite que aplicações de diferentes interfaces compartilhem dados de maneira eficiente e segura.

É importante entender que a eficiência do sistema de busca e a partição da árvore não são as únicas vantagens que a Árvore Binária Radix oferece. Outro ponto crucial é a forma como ela contribui para a escalabilidade e segurança do sistema. Com a possibilidade de ajustar os níveis de segurança conforme as necessidades da instalação, a arquitetura do AS/400 permite uma flexibilidade significativa sem comprometer o desempenho. Esse nível de integração e segurança é uma das características que tornam o AS/400 único em sua categoria.

Como o Sistema/38 e o AS/400 Gerenciam as Páginas e os Ponteiros no Armazenamento de Disco

Em um disco magnético, as superfícies das placas são divididas em círculos concêntricos chamados trilhas. Cada trilha, por sua vez, é subdividida em setores, que armazenam as informações. No caso do Sistema/38 e do AS/400, o tamanho de cada setor é de 520 bytes, com 8 bytes reservados para o cabeçalho do setor e 512 bytes dedicados à área de dados. Este tamanho de setor foi escolhido para coincidir com o tamanho da página de 512 bytes do Sistema/38 — ou seja, uma página de memória encaixava perfeitamente em um setor.

Dentro do Sistema/38, foram definidas instruções IMPI (Instruction Multiple Pointer Interface) especiais para manipular os "tags" (etiquetas). A instrução "Extract Tags" era usada para reunir os tags de uma página na memória, e esses tags eram escritos no disco junto com os dados da página. Quando a página era lida de volta para a memória, a instrução "Insert Tags" restaurava esses tags.

O cálculo que mostrava a limitação do cabeçalho do setor para armazenar todos os dados necessários era simples: uma página poderia conter até 32 ponteiros, com cada ponteiro ocupando 16 bytes, totalizando 512 bytes. Cada página, portanto, tinha 32 bits de tag, enquanto o endereço virtual do Sistema/38 tinha 48 bits. Contudo, apenas 39 bits eram necessários para identificar unicamente a página (já que os 9 bits mais baixos do endereço indicavam o byte dentro de uma página de 512 bytes). Somando os 32 bits de tag, era necessário no mínimo 71 bits para armazenar o endereço virtual e os bits de tag, mas os cabeçalhos dos setores tinham apenas 64 bits. Isso impossibilitava armazenar os bits de tag diretamente nos cabeçalhos dos setores.

Ao longo do tempo, o tamanho da página foi ampliado, especialmente com a introdução dos processadores RISC no AS/400. A memória maior exigia páginas maiores, e a solução encontrada foi aumentar o tamanho das páginas de 512 bytes para 4 kilobytes (4.096 bytes), mas mantendo o tamanho do setor do disco de 520 bytes. Agora, uma página de 4 kilobytes ocupava oito setores consecutivos, e cada página possuía cabeçalhos de 8 bytes suficientes para armazenar os 256 bits de tag que uma página desse tamanho poderia conter. Isso não só melhorou a eficiência do uso do disco, mas também permitiu o aumento da memória do sistema sem comprometer o desempenho.

Os ponteiros usados no AS/400 para acessar objetos na memória têm uma estrutura específica. Um ponteiro resolvido, com 16 bytes, é dividido em duas partes: a primeira parte contém os bits de status que descrevem o tipo de objeto (sistema, dados, instrução, etc.) e a segunda parte contém o endereço virtual de 64 bits do objeto. A primeira parte, embora ocupando 8 bytes, utiliza apenas 4 bytes, deixando 4 bytes de espaço não utilizado. Esse espaço extra foi reservado para a expansão futura do endereço, permitindo a possibilidade de aumentar o tamanho do endereço do AS/400 para até 96 bits, sem afetar os programas acima da camada MI (Machine Interface).

O uso desse espaço não utilizado nos ponteiros reflete a necessidade de adaptar a arquitetura do sistema para crescer à medida que as capacidades de memória aumentam. Em modelos mais antigos, como o Sistema/38, a questão do tamanho do endereço gerou confusão, já que o MI sempre utilizou um endereço de 64 bits, enquanto o hardware usava um endereço de 48 bits. No AS/400, com a introdução dos processadores RISC, a resposta tornou-se clara: o endereço agora é de 64 bits, o que facilita o gerenciamento da memória em sistemas modernos.