Fundamentos de Computación para Científicos

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1 Fundamentos de Computación para Científicos Conceptos de Sistemas Operativos Noviembre, 2015

2 Contenido 1 Definición 2 Kernel 3 Procesos 4 Memoria 5 Sistema de Archivos 6 Seguridad y Protección 7 Interfaz con el usuario 2 / 24

3 Definición 3 / 24

4 Definición Cómo definir un Sistema Operativo (S.O.)?... es un programa que está en ejecución todo el tiempo.... es un intermediario entre el usuario y el hardware. Administrador de recursos: CPU Memoria Almacenamiento Dispositivos de entrada y salida Sirve como base para la ejecución de otros programas. 4 / 24

5 Definición Cómo definir un Sistema Operativo (S.O.)?... es un programa que está en ejecución todo el tiempo.... es un intermediario entre el usuario y el hardware. Administrador de recursos: CPU Memoria Almacenamiento Dispositivos de entrada y salida Sirve como base para la ejecución de otros programas. 4 / 24

6 Kernel 5 / 24

7 Kernel Componente central del S.O. Se encarga de manejar las entradas del usuario, transformarlas en procesos de datos, utilizar dispositivos y evidenciar los resultados. Al iniciar, la computadora está en modo real. Este es un modo privilegiado con acceso sin restricciones a todos los recursos. El kernel se carga en modo real, cambia el modo de ejecución y rápidamente pasa a modo protegido. En este modo, lo que se esté ejecutando no puede acceder directamente a los recursos sin pasar por el kernel. Comunicaciones del Kernel 6 / 24

8 Kernel Las aplicaciones se comunican con el Kernel usando mecanismos como: Llamadas al sistema (system calls) Interfaz entre el S.O. y las aplicaciones. Expuestas por medio de un API. Control de procesos Manipulación de archivos Manipulación de dispositivos Información Comunicación Protección. El kernel se comunica con el hardware por medio de: BIOS Capa de abstracción de hardware (Drivers) 7 / 24

9 Kernel Estrategias de diseño de Kernel Tipos de núcleos de S.O. 8 / 24

10 Procesos 9 / 24

11 Manejo de Procesos Programa: conjunto de datos e instrucciones utilizados para ejecutar un trabajo o tarea. Proceso: programa en memoria, instancia de un programa. Un programa puede ejecutarse varias veces, lo que resulta en diferentes procesos. Asociado al proceso, existe: Pila: datos temporales Heap: memoria dinámicamente asignada al proceso. Datos: memoria asignada estáticamente. Código: instrucciones del programa. 10 / 24

12 Ciclo de vida de Procesos Ciclo de vida de un proceso 11 / 24

13 PCB Para poder poner el proceso a trabajar, el Kernel necesita metainformación del proceso.. Esta información se almacena en una estructura llamada PCB (Process Control Block). Con esta información el S.O. puede calendarizarlo para ejecución. Process Control Block 12 / 24

14 Hilos Hilos: unidades de procesamiento más pequeñas que procesos. Dependen de un proceso padre que los genera. Todos los hilos de un proceso comparten recursos: memoria, tiempo de CPU, archivos abiertos, dispositivos, etc. Un proceso es de 1 hilo cuando expĺıcitamente no utiliza más. Procesos multi-hilo realizan tareas concurrentemente. 13 / 24

15 Memoria 14 / 24

16 Manejo de Memoria Memoria: arreglo de bytes que puede ser leido o escrito por el CPU. El CPU utiliza una Unidad Manejadora de Memoria (UMM) para accederla. El CPU tiene instrucciones de lectura y escritura que le indican a la UMM que operaciones debe realizar: Asignar memoria a procesos Liberar memoria de procesos Proteger memoria de procesos Control de memoria compartida Los programas utilizan direcciones lógicas. la UMM convierte direcciones lógicas en direcciones físicas. 15 / 24

17 Sistema de Archivos 16 / 24

18 Sistema de Archivos Almacenamiento no volátil de información Se conoce como sistema de archivos a dos conceptos: Representación lógica utilizada por los dispositivos de almacenamiento en conjunto con el S.O. que permite: guardar, recuperar, editar, eliminar o manipular información. Jerarquización de la información contenida en un medio de almacenamiento. Algunos sistemas de archivos: FAT EXT GPFS LUSTRE NFS 17 / 24

19 Sistema de Archivos Jerarquía de archivos en *nix Jerarquía de archivos en Windows/MS-DOS 18 / 24

20 Bibliotecas Colección de rutinas u operaciones necesarias para el funcionamiento tanto del sistema operativo como de otros programas. Pueden contener código para operar dispositivos o funciones listas para usar por programadores Ej.: Controladores o drivers Operaciones usuales de cálculo o álgebra lineal (BLAS, ATLAS, LAPACK) Paso de mensajes (MPICH, OpenMPI) Memoria compartida e hilos (OpenMP, PThreads) Procesamiento de A/V (ffmpeg) 19 / 24

21 Seguridad y Protección 20 / 24

22 Seguridad y Protección El S.O. está encargado también de proteger el sistema. Esta protección la puede hacer de varias formas pero las más obvias son: Evitar que procesos escriban en segmentos de memoria que no le corresponden. Detectar búcles o ciclos infinitos. Detener ( matar ) procesos con comportamiento anómalo. Esto garantiza que el sistema no caiga en un estado inconsistente o inseguro. 21 / 24

23 Interfaz con el usuario 22 / 24

24 Interfaz con el usuario Conjunto de programas que forma una capa de interacción del usuario con el S.O. Brinda una comunicación bidireccional. Presentación gráfica (o de audio, luces u otros indicadores) de las respuestas del S.O. Interfaces de usuario 23 / 24

25 Interfaz con el usuario Las interfaces de usuario se pueden categorizar: Gráficas Sistema de ventanas de Windows Sistema de ventanas de MacOS X Sistema de ventanas X Interfaz de Android OS Interfaz de ios Línea de comandos sh bash cmd Cisco IOS Modo texto: XTree Norton Commander 24 / 24

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