🛡️ Fundamentos de Sistemas Operacionais para Estudantes de Cibersegurança — Do Zero ao Profissional

1) O que é um Sistema Operacional?

Um sistema operacional (SO) é a camada de software entre usuários/aplicativos e o hardware. Ele aloca tempo de CPU, gerencia memória e arquivos, controla dispositivos e expõe uma interface consistente via chamadas de sistema e shell/GUI para que programas rodem com eficiência e segurança.

2) Responsabilidades Centrais de um SO

• Gerenciamento de processos e CPU: criar/encerrar processos, escalonar threads nos núcleos.
• Gerenciamento de memória: alocar RAM, implementar memória virtual e reforçar isolamento.
• Gerenciamento de dispositivos e E/S: abstrair discos, placas de rede, teclados por meio de drivers.
• Gerenciamento do sistema de arquivos: organizar dados em arquivos/pastas com permissões.
• Segurança e contabilização: autenticação, autorização, logs, cotas.
• Interface para usuários e programas: shell/GUI e API de chamadas de sistema para apps.

3) Arquitetura de SO: Kernel, Shell e Chamadas de Sistema

• Kernel (núcleo): parte privilegiada que roda em Kernel Mode, lida com escalonamento, memória, drivers, sistemas de arquivos e IPC.
• Shell: interface ao usuário (CLI ou GUI) que interpreta comandos e inicia programas.
• Chamadas de sistema (syscalls): pontos de entrada controlados do espaço de usuário para serviços do kernel (ex.: open, read, execve, CreateProcessW).

Estilos de kernel comuns em cyber:

• Monolítico (por exemplo, Linux): a maioria dos serviços no kernel.
• Microkernel: empurra serviços para o espaço de usuário visando modularidade.
• Híbrido (por exemplo, Windows, XNU): combina elementos de ambos.

4) Processos, Threads e Escalonamento de CPU

• Processo: programa em execução com seu próprio espaço de endereçamento virtual.
• Thread: unidade de escalonamento dentro de um processo, compartilhando memória.
• Escalonadores (Schedulers): decidem quem roda em seguida (FCFS, SJF, Prioridade, Round-Robin, Multilevel Feedback Queue). Entenda preempção vs. não preempção, trocas de contexto e starvation para performance e análise forense.

5) Gerenciamento de Memória e Memória Virtual

• Memória virtual: dá a cada processo um espaço de endereçamento lógico e isolado, apoiado por RAM e disco (paging/paginação).
• Algoritmos de substituição de páginas (ex.: FIFO, LRU, Ótimo) equilibram localidade e sobrecarga.
• Proteção (modos usuário/kernel, permissões de páginas) impede que um processo afete outro.

6) Armazenamento, Sistemas de Arquivos e E/S

• SOs expõem sistemas de arquivos (ex.: ext4/XFS no Linux, NTFS/ReFS no Windows) com metadados, permissões/ACLs e journaling para resiliência.
• E/S em bloco (discos/SSD) usa escalonadores; E/S de caractere (terminais) é orientada a fluxo.
• Escalonamento de disco (ex.: SCAN/LOOK) e buffering/cache melhoram a vazão.

7) Processo de Boot e Modos de Operação

Etapas típicas:

1. Firmware UEFI/BIOS inicializa hardware e localiza o bootloader.
2. Bootloader carrega o kernel (e initramfs) na memória.
3. O kernel inicializa subsistemas, monta o sistema de arquivos raiz e inicia o primeiro processo de usuário (init/systemd ou Windows Session Manager).
4. Serviços e o gerenciador de login/sessão sobem.

Ações do usuário ocorrem em User Mode; o núcleo do SO roda em Kernel Mode.

8) Fundamentos de Segurança (Contas, ACLs, Políticas)

Primitivos comuns:

• Identidades e grupos; permissões (rwx, ACLs), propriedade e limites de privilégio.
• Aplicação de políticas (ex.: UAC e Group Policy no Windows; DAC + MAC como SELinux/AppArmor no Linux).
• Auditoria e logging (Windows Event Logs, syslog/journald no Linux).

Boas práticas: princípio do menor privilégio, correções frequentes e autenticação forte.

9) Virtualização e Contêineres

• Máquinas virtuais (VMs): emulam hardware completo para rodar múltiplos SOs.
• Contêineres: (namespaces/cgroups no Linux) isolam processos compartilhando o kernel — inicialização rápida e alta densidade, ótimos para produção e labs.

10) Tipos de SO: Desktop, Servidor e Mobile

• Desktop: Windows, macOS, distribuições Linux — produtividade, desenvolvimento, jogos.
• Servidor: Linux/Windows Server — serviços headless, ajuste fino de performance e segurança.
• Mobile: Android/iOS — apps em sandbox e paradigmas de segurança móvel.

11) Linux vs. Windows: Essenciais de Administração (Hands-On)

Gerenciamento de Usuários e Grupos

• Linux: useradd, groupadd, passwd -l, arquivos /etc/passwd, /etc/shadow.
• Windows: net user, net localgroup, MMC de Local Users & Groups.

Pacotes e Atualizações

• Linux: gerenciadores apt, dnf, yum, apk.
• Windows: Winget/Chocolatey; serviço Windows Update (wuauserv).

Serviços e Inicialização

• Linux: systemctl enable|start <service> (systemd) ou service (SysV).
• Windows: Service Control Manager (sc config/start/stop) e Services.msc.

Arquivos e Permissões

• Linux: chmod, chown, umask; sistemas de arquivos ext4/XFS.
• Windows: ACLs do NTFS (GUI ou icacls), herança e auditoria.

Logs

• Linux: /var/log/*, journalctl; logrotate para rotação/compactação.
• Windows: Event Viewer → logs Application/Security/System; políticas de retenção via Group Policy ou console.

12) Logs, Monitoramento e Troubleshooting

• Linux: journalctl -u <svc>, dmesg, top/htop, ss -tulpn, lsof, strace.
• Windows: filtros no Event Viewer, Resource Monitor, Process Explorer, Get-WinEvent, Get-Process, netstat, suíte Sysinternals.
• Faça rotação, centralize (syslog → SIEM) e defina políticas de retenção e acesso. Logrotate é a ferramenta padrão no Linux para automatizar a rotação.

13) Checklist de Hardening (Linux & Windows)

Linux

• Desativar login de root via SSH (PermitRootLogin no), preferir chaves.
• Atualizações frequentes; mínimo de pacotes; firewall (ufw/nftables).
• Permissões corretas para arquivos sensíveis (ex.: /etc/shadow 640, dono root:shadow).
• Configurar logrotate e logging central; monitorar falhas de autenticação.

Windows

• Aplicar NLA no RDP; desativar convidado; políticas de bloqueio fortes.
• Manter Windows Update ativo; Defender + SmartScreen ligados.
• Limitar uso de administrador local; princípio do menor privilégio; AppLocker/WDAC.
• Definir retenção de logs e encaminhar para SIEM.

14) Perguntas Comuns de Entrevista/Prova (com Respostas)

• O que é um SO? Camada entre usuário/aplicativos e hardware; gerencia recursos e oferece serviços.
• Processo vs. thread? Processo tem espaço de endereços próprio; threads compartilham esse espaço e são unidades de escalonamento.
• O que é memória virtual? Abstração que dá a processos espaços de endereços isolados usando paginação e armazenamento secundário.
• Kernel vs. shell? Kernel = núcleo privilegiado; shell = interface (CLI/GUI) que conversa com o kernel via syscalls.
• Monolítico vs. microkernel? Monolítico coloca a maioria dos serviços no kernel; microkernel mantém um núcleo mínimo e move serviços para o espaço de usuário.

15) Mini-Labs: Faça Agora

Rode em uma VM/contêiner descartável.

Linux

# 1) Usuários e grupos
sudo groupadd secops && sudo useradd -m -g secops -s /usr/sbin/nologin secops && sudo passwd -l secops

# 2) Pacotes (Debian/Ubuntu)
sudo apt-get update -y && sudo apt-get install -y htop && htop --version && sudo apt-get remove -y htop

# 3) Serviços (systemd)
sudo systemctl enable --now cron || echo "Not available here"

# 4) Rotação de logs
cat | sudo tee /etc/logrotate.d/custom <<'EOF'
/var/log/custom.log {
  weekly
  rotate 4
  compress
  missingok
  notifempty
  create 0640 root adm
}
EOF
sudo touch /var/log/custom.log && sudo chown root:adm /var/log/custom.log && sudo chmod 0640 /var/log/custom.log

# 5) Hardening de SSH
sudo sed -i 's/^#\?PermitRootLogin.*/PermitRootLogin no/' /etc/ssh/sshd_config && sudo systemctl restart ssh || true

Windows (PowerShell como Administrador)

# 1) Usuários e grupos
net user secops /add /y
net localgroup "Users" secops /add

# 2) Pacotes via winget (ou Chocolatey se disponível)
winget install --id=7zip.7zip -e; winget uninstall --id=7zip.7zip -e

# 3) Serviços
sc config wuauserv start= auto
sc start wuauserv

# 4) Retenção de logs (ex.: Application para 64MB)
wevtutil sl Application /ms:67108864

# 5) RDP + NLA recomendado (Group Policy / System Properties > Remote)

16) Glossário

• ACL: Lista de Controle de Acesso — permissões granulares em objetos.
• Troca de contexto (Context Switch): salvar/restaurar estado da CPU para alternar threads.
• Sistema de arquivos com journaling: registra mudanças em diário para resiliência a quedas.
• Kernel/User Mode: níveis de privilégio da CPU que determinam operações permitidas.
• Paginação (Paging): mover páginas entre RAM e disco.
• Preempção: o escalonador interrompe um thread em execução para rodar outro.
• Chamada de sistema (syscall): fronteira de API do espaço de usuário para serviços do kernel.

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