introduccion a los sistemas operativos.pdf

Asignatura: Sistemas Operativos I

Prof. Antonio Briceo.

Ing. Ciberntica y Sistemas Computacionales.

Sistemas Operativos IIng. Ciberntica y Sistemas Computacionales.

Universidad Marista

I. Objetivo General.

Explicar la estructura de un sistema operativo y la forma en que se administra sus procesos.

Evaluar las diferentes tcnicas de gestin de procesos y de gestin de recursos de los principales sistemas operativos existentes.

Identificar la aplicacin de las tcnicas de gestin en el desarrollo de sistemas de software.


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Bibliografa . Sistemas operativos. Una visin aplicada. Jess Carrera

Prez, et al. Mc Graw Hill. Sistemas Operativos. Conceptos fundamentales. A.

Silberschatz et al. Sistemas Operativos. Willian Stallings. Prentice Hall


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1.1. Introduccin a los sistemas operativos.

Una mquina desnuda es un termino aplicado a una computadora sin sistema operativo que en si misma no puede hacer nada. Para poder poner en funcionamiento dicha mquina, se necesita un sistema operativo.

Un sistema operativo (S.O) es un programa con funciones cuyo objetivo es simplificar el manejo y la utilizacin del computador de manera segura y eficiente.


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1.1. Introduccin a los sistemas operativos.

Tiene el principal proposito de proporcionar a una computadora una serie de programas que permiten su cmodo manejo y utilizacin.

Los recursos que adminstra un S.O son los relacionados al hardware de la computadora: los procesadores, los medios de almacenamiento, los dispositivos de entrada/salida, dispositivos de comunicacin, y los propios datos en la computadora.


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1.2. Los sistemas operativos.

Existen diferentes tipos de S.O. diseados para distintos dispositivos y diferentes usos de acuerdo a:

Nmero de procesos simultaneos en ejecucin: monotarea/monoproceso y multitarea/multiproceso.

Interaccin con el usuario: Interactivo o por lotes.

Nmero de usuarios simultaneos: personal o monousuario y tiempo compartido o multiusuario.


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1.2. Los sistemas operativos. Nmero de procesadores en ejecucin:

monoprocesador o multiprocesador. Nmero de threads por proceso: monothread y

multithread. Uso: cliente-servidor, empotrado, de

comunicaciones o de tiempo real. Movilidad: Fijos o mviles.


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Tarea.- Hacer un estudio no mas de 3 pginas acerca de la historia de los S.O con respecto a los siguientes puntos:

Necesidad. Generacin primera, segunda ,..., n. Ejemplos de uso en instituciones importantes Conclusiones.


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Tendencias de los sistemas operativos.

La tendencia de los S.O. se esta orientando hacia la computacin mvil y sistemas distribuidos, y entornos que permitan utilizar sistemas de trabajo heterogneos (computadoras fijas y dispositivos mviles de diferentes fabricantes con S.O. diferentes) interconectados, a una gran mquina centralizada, que permitir disponer de mayor capacidad de cmputo, facilitando el trabajo cooperativo entre diferentes usuarios.


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Los actuales S.O. tradicionalmente han sido construidos desde abajo hacia arriba (bottom-up), cuya meta es empaquetar los recursos de la computadora para por ejemplo, el usuario arrastre un archivo en el escritorio en lugar de manipular 0's y 1's,


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Una rpida revisin del estado del arte, muestra que la siguiente generacin de S.O. comienza con el usuario, ignorando el hardware subyacente y como resultado, se existe el riesgo de terminar con un S.O. inherentemente menos eficiente comparado con los actuales centrados en la computadora.


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Una vida es una sequencia de eventos en el tiempo. El futuro de la administracin de la informacin es la administracin de la informacin narrativa, en la cual todos los documentos almacenados son dispuestos como una historia documental [1] (ejemplo para las tareas).

Referencia:

[1]. Future of operating systems: simplicity. David Gelernter. Computerworld, Jan 8, 2003.


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Principales componentes de un S.O.

Procesos.- Son basicamente programas en ejecucin con su propio espacio de direcciones y una lista de lugares de memoria desde 0 hasta un mximo, en donde el proceso puede leer y escribir segn se requiera.


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A cada proceso esta asociado un conjunto de recursos: registros (program counter, stack pointer), una lista de archivos abiertos, alarmas pendientes y lista de procesos relacionados y toda la informacin necesaria para ejecutar el programa.


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Pensemos en un sistema multitarea o multiproceso en donde se est escuchando musica y modificando un documento, mientras un proceso en segundo plano (backgrond) se encuentra escuchando por e-mails de entrada.

Periodicamente, el S.O. decide detener un proceso si este ha usado su tiempo compartido de CPU, e iniciar otro de acuerdo al nmero de procesadores/nucleos en la computadora


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Qu pasa cuando un proceso ha sido detenido temporalmente con la intencin de continuar su ejecucin cuando le corresponda de nuevo usar el tiempo del CPU?


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Gestin de Memoria.- Es el componente del S.O. que se encarga de: Asignar memoria a los procesos para crear

su imagen de memoria. Proporcionar memoria a los procesos

cuando la soliciten y liberarla cuando as se requiera.

Tratar los errores de acceso a memoria, evitando que unos procesos interfieran en la memoria de otros.


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Permitir que los procesos puedan compartir memoria entre ellos.

Gestionar la jerarqua de memoria y tratar los fallos de pgina en los sistemas con menos memoria virtual (registros en la cpu, memoria cach, memoria RAM, y disco duro).

Qu pasa cuando se solicita memoria, libera memoria y se comparte memoria?


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Seguridad y proteccin de informacin.- Las computadoras contienen grandes cantidades de informacin que los usuarios protegen, e-mails, planes de negocios, etc.

El S.O. esta dotado de mecanismos y politicas de proteccin para evitar que se haga uso no autorizado de la informacin y los recursos, basandose en la autentificacin de los usuarios y lo que cada uno de ellos puede hacer con la informacin.


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Planificacin y gestin de recursos. Una vista alternativa del trabajo de un S.O. es

proporcionar una asignacin ordenada y controlada de los procesadores, memorias y dispositivos de E/S entre los diferentes programas compitiendo por los recursos.

Con mltiples usuarios, la necesidad de administrar y proteger la memoria, E/S, y otros recursos es aun mas grande ya que un usuario podria interferir con otro usuario.


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Planificacin y gestin de recursos. Gestin de recursos incluye multiplexar (compartir)

recursos en 2 diferentes maneras: en tiempo y en espacio.

Para un recurso multiplexado en el tiempo, diferentes programas o usuarios toman turnos para usarlo.

Para un recurso multiplexado en espacio, cada uno de los consumidores obtienen una parte del recurso


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Estructura de un S.O.- Monoltico. En este enfoque, el S.O. completo se

ejecuta como un solo programa en modo kernel. Puede verse como una colleccin de rutinas linkeadas unas a otras donde cada una tiene la libertad de llamar a cualquiera.

Tener miles de procedimientos que se pueden llamar unos a otros sin restriccin, usualmente lleva a un muy difcil y poco manejable entendimiento del sistema.


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Estructura de un S.O.- En un S.O. Monoltico es posible observar una

estructura:1) Un programa principal el cual invoca al

procedimiento de servicio requerido.2) Un conjunto de servicios que llevan a cabo las

llamadas del sistema.3) Un conjunto de procedimientos de utilidades que

ayudan a los procedimientos de servicios.


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Estructura de un S.O.- En un S.O. Monoltico es posible observar una

estructura:

Main

Procedimientosde serviciospblicos

Procedimientosde servicios


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Estructura de un S.O.- Sistema Estruturado. Investigado como tarea.


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Estructura de un S.O.- Microkernels.- Tradicionalmente todas las capas

estaban en el kernel. Los S.O. microkernel ponen lo menos posible en el kernel ya que errores en el kernel, pueden hechar abajo un sistema de manera instantanea. En contraste, los procesos de usuario pueden se ajustados con menos secciones crticas de tal manera que sus errores no sean fatales.


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Estructura de un S.O.- Microkernels.- La idea bsica de un microkernel es

alcanzar alta confiabilidad partiendo el S.O. en pequeos mdulos bien definidos donde uno de los cuales -el microkernel- se ejecuta en modo kernel y el resto se ejecuta como procesos de usuario ordinarios.


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Estructura de un S.O.- Modelo Cliente-Servidor.- Es una ligera variacin del

modelo e microkernel distinguiendo 2 clases de procesos: los servidores y los clientes. La escencia de esta estructura es la presencia de un proceso cliente y un proceso servidor.

La comunicacin en este modelo es usualmente por pase de mensajes.


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Estructura de un S.O.- Modelo Cliente-Servidor.- Para obtener un servicio, un

proceso cliente construye un mensaje mencionando el servicio que quiere y lo envia al servicio apropiado, el cual hace el trabajo y envia de regreso la respuesta.


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Estructura de un S.O.- Maquinas Virtuales.- El concepto de mquina virtual se

basa en un monitor capaz de suminstrar m versiones del hardware, i.e., m mquinas virtuales donde cada una es una copia exacta del hardware, por lo que cada una de ellas proporciona la capacidad de instalar un S.O. convencional.


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Estructura de un S.O.- Cuando un S.O. desea acceder al hardware, se

comunica con su mquina virtual como si se tratase de una mquina real, sin embargo con quien se est comunicando es con el monitor de mquina virtual, quien es el nico que accede a la mquina real.

Una manera distinta de construir una mquina virtual esta relacionado con el acceso del hardware, el cual en lugar de accederlo por medio del monitor, se hace por medio del S.O.


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Estructura de un S.O.- Exokernels.- En lugar de clonar la mquina actual,

como se hace con las mquinas virtuales, otra estrategia es particionarla, i.e., dar a cada usuario, un subconjunto de los recursos. Ejemplo: una mquina virtual podria obtener los bloques de disco 0-1023, la siguiente de 1024 a 2017 y asi sucesivamente.


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Estructura de un S.O.- En la capa mas bajas, ejecutandose en modo kernel,

se encuentra un programa llamado Exokernel, cuyo trabajo es asignar recursos a las mquinas virtuales y entonces verificar intentos de uso validando que ninguna mquina virtual este tratando de usar los resursos de otra.


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Estructura de un S.O.- La ventaja de usar un exokernel es que ahorra una

capa de mapeo, en otros diseos, cada mquina virtual piensa que tiene su propio disco con bloques desde 0 hasta un mximo, por lo tanto el monitor de la mquina debe mantener tablas para remapear direcciones de disco. Con un exokernel solo se necesita mantener registro de cual mquina virtual ha sido asignado a cual recurso.


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Estructura de un S.O.- S.O. Distribuido.- Disead para gestionar un

multicomputador en donde el usuario percibe un nico S.O. centralizado haciendo por lo tanto ms fcil el uso de la mquina. Tiene las mismas caracteristicas que un S.O. convencional pero aplicadas a un sistema distribuido. No tienen mucho exito comercial y generalmente se quedan en fase experimental.


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1.3. Ejemplos de sistemas operativos.1. Monoliticos: OS-360, MS-DOS y UNIX.2. Estructurados: THE, OS/2, MULTICS.3. Microkernels: Integrity, K42, L4, PikeOS, QNX, Symbian, MINIX 3.4. Cliente Servidor: Minix, Mach, Amoeba, Mac OS X, Windows NT.5. Mquinas Virtuales: VM7370, CMS (Conversational Monitor

System), VMWare, VirtualBox, JVM(Java Virtual Machine).

6. Exokernels: VM/370, Pentium virtual 8086s.7. S.O. Distribuido (midleware): DCE, DCOM, COM+ Java RMI.


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Tarea extra/Puntos extras. Investigar sobre la variedad de S.O. desarrollados (Zoolgico de S.O.).

1. S.O. de mainframe.

2. S.O. de servidores.

3. S.O. de multiprocesadores.

4. S.O. de computadoras personales.

5. S.O. de handHeld.

6. S.O. de embebidos.

7. S.O. nodo sensor (Sensor Node O.S.).

8. S.O. de tiempo real.

9. S.O. de tarjetas inteligentes.

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