Sistemas Operativos. Daniel Rúa Madrid

Transcripción

1 Sistemas Operativos Daniel Rúa Madrid

2 Qué es? Es un programa que administra el hardware de una computadora. También proporciona las bases para los programas de aplicación y actúa como intermediario entre el usuario y el hardware de la computadora.

3 Modos de operación Los sistemas operativos tiene dos modos de operación: modo usuario y modo kernel. Un bit, denominado bit de modo, se añade al hardware de la computadora para indicar el modo actual kernel(0) o usuario(1).

4 Temporizador Debemos asegurar que el sistema operativo tenga el control sobre la CPU: Por ejemplo, debemos impedir que un programa de usuario entre en un bucle infinito o que no llame a los servicios del sistema y nunca devuelva el control al sistema operativo. Para alcanzar este objetivo podemos utilizar un temporizador.

5 Operaciones del sistema operativo Los sistemas operativos están controlados mediante interrupciones. Si no hay ningún proceso que ejecutar, ningún dispositivo de E/S al que dar servicio y ningún usuario al que responder, el sistema operativo debe permanecer inactivo, esperando a que algo ocurra. Los sucesos casi siempre se indican mediante la ocurrencia de una interrupción o excepción. Una excepción es una interrupción generada por software, debida a un error o a una solicitud específica de un programa de usuario.

6 Tipos de sistemas operativos Los sistemas operativos se clasifican dependiendo de las características que presentan en su funcionamiento. Entre los tipos de sistemas operativos se encuentran: Monousuarios. Multiusuarios. Monotareas. Multitareas. Uniproceso. Multiproceso.

7 Componentes

8 Gestión de Procesos El sistema operativo es responsable de las siguientes actividades en lo que se refiere a la gestión de procesos: Crear y borrar los procesos de usuario y del sistema. Suspender y reanudar los procesos. Proporcionar mecanismos para la sincronización de procesos. Proporcionar mecanismos para la comunicación entre procesos. Proporcionar mecanismos para el tratamiento de los interbloqueos.

9 Gestión de Memoria El sistema operativo es responsable de las siguientes actividades en lo que se refiere a la gestión de memoria: Controlar qué partes de la memoria están actualmente en uso y por parte de quién. Decidir qué datos y procesos (o partes de procesos) añadir o extraer de la memoria. Asignar y liberar la asignación de espacio de memoria según sea necesario.

10 Gestión de Almacenamiento El sistema operativo proporciona una vista lógica y uniforme al sistema de almacenamiento de la información. Abstrae las propiedades físicas de los dispositivos de almacenamiento y define una unidad de almacenamiento lógico, el archivo. Además asigna los archivos a los soportes físicos y accede a los archivos a través de dispositivos de almacenamiento.

11 Gestión del sistema de archivos El sistema operativo es responsable de las siguientes actividades en lo que se refiere a la gestión de archivos: Creación y borrado de archivos. Creación y borrado de directorios para organizar los archivos. Soporte de primitivas para manipular archivos y directorios. Asignación de archivos a los dispositivos de almacenamiento secundario. Copia de seguridad de los archivos en medios de almacenamiento estables (no volátiles).

12 Gestión del almacenamiento masivo El sistema operativo es responsable de las siguientes actividades en lo que se refiere a gestión de disco: Gestión del espacio libre. Asignación del espacio de almacenamiento. Planificación del disco. Dado que el almacenamiento secundario se usa con frecuencia, debe emplearse de forma eficiente.

13 Sistemas de E/S La gestión de los dispositivos de E/S se hace mediante el subsistema de E/S, el cual consta de varios componentes: Un componente de gestión de memoria que incluye almacenamiento en búfer, gestión de caché y gestión de colas. Una interfaz general para controladores de dispositivo. Controladores para dispositivos hardware específicos.

14 Protección y Seguridad Es cualquier mecanismo que controle el acceso de procesos y usuarios a los recursos definidos por un sistema informático. ESte mecanismo debe proporcionar los medios para la especificación de los controles que hay que imponer y para la aplicación de dichos controles.

15 Servicios del Sistema Operativo

16 Interfaz de Usuario Casi todos los sistemas operativos disponen de una interfaz de usuario (UI, user interface), que puede tomar diferentes formas. Uno de los tipos existentes es la interfaz de línea de comandos (CLI, command-line interface) que usa comandos de texto, y por otra parte se utiliza una interfaz gráfica de usuario (GUI, graphical user interface) compuesta por ventanas.

17 Ejecución de Programas El sistema tiene que poder cargar un programa y ejecutar dicho programa. Todo programa debe poder terminar su ejecución, de forma normal o anormal (indicando un error).

18 Operaciones de E/S Un programa en ejecución puede necesitar llevar a cabo operaciones de E/S, dirigidas a un archivo o dispositivo de E/S. Para ciertos dispositivos es deseable disponer de funciones especiales. Por cuestión de eficiencia y protección, los usuarios no pueden controlar de modo directo los dispositivos de E/S; el sistema operativo debe proporcionar medios para realizar la E/S.

19 Manipulación del sistema de archivos El sistema de archivos tiene una importancia especial. Obviamente, los programas necesitan leer y escribir en archivos y directorios. También necesita crearlos y borrarlos usando su nombre, realizar búsquedas en un determinado archivo o presentar la información contenida en un archivo. Algunos programas incluyen mecanismos de gestión de permisos para conceder o denegar el acceso a los archivos o directorios dependiendo de quien es el propietario.

20 Comunicaciones Hay muchas circunstancias en las que un proceso necesita intercambiar información con otro. Dicha comunicación puede tener lugar entre procesos que se están ejecutando en la misma computadora o entre procesos en computadoras diferentes conectadas por red. La comunicaciones se pueden implementar utilizando memoria compartida, procedimiento en el que el sistema operativo transfiere paquetes de información entre unos procesos y otros.

21 Detección de errores El sistema operativo necesita detectar constantemente los posible errores. Estos errores pueden producirse en el hardware del procesador y de memoria, en un dispositivo de E/So en los programas de usuario. Para cada tipo de error, el sistema operativo debe llevar a cabo la operación apropiada para asegurar el funcionamiento correcto y coherente.

22 Asignación de recursos Cuando hay varios usuarios, o hay varios trabajos ejecutándose al mismo tiempo, deben asignarse a cada uno de ellos los recursos necesarios. El sistema operativo gestiona muchos tipos diferentes de recursos; algunos pueden disponer de código de software especial que gestionen su asignación, mientras que otros pueden tener código que gestione de forma mucho más general su solicitud y liberación.

23 Kernel

24 Qué es? Parte esencial del sistema operativo que provee los servicios más básicos del sistema. Se encarga de gestionar los recursos como el acceso seguro al hardware de la computadora. Determina que programa accede a un determinado hardware si dos o más máquinas desean utilizarlo al mismo tiempo. El kernel también ofrece una serie de abstracciones del hardware para que los programadores no tengan que acceder directamente al hardware, proceso que puede ser complicado.

25 Estructura Kernel El kernel se divide en una serie de interfaces y controladores de dispositivo. El kernel proporciona las interfaces para las llamadas al sistema de archivos, los mecanismos de planificación de la CPU, la funcionalidad de gestión de la memoria, y otras funciones del sistema operativo, a través de las llamadas al sistema.

26 Microkernels Este método estructura el sistema operativo eliminando todos los componentes no esenciales del kernel e implementándolos como programas del sistema y de nivel de usuario; el resultado es un kernel más pequeño. Normalmente los microkernels proporcionan la gestión de memoria y de los procesos mínima, además de un mecanismo de comunicaciones. La función principal del microkernel es proporcionar un mecanismo de comunicaciones entre el programa cliente y los distintos servicios que se ejecutan también en el espacio de usuario.

27 Módulos La mejor metodología para diseñar sistemas operativos es la que usa las técnicas de programación orientada a objetos para crear un kernel modular. El kernel enlaza un conjunto de componentes fundamentales que pueden ser: Clases de planificación. Sistemas de archivos. Llamadas al sistema cargables. Formatos ejecutables. Módulos STREAMS. Módulos Misceláneos. Controladores de bus y dispositivos.

28 Gestión de Memoria

29 Gestión de memoria El propósito principal de un sistema informático es ejecutar programas. Estos programas, junto con los datos a los que acceden, deben encontrarse en memoria principal durante la ejecución del programa. Para aumentar tanto el grado de utilización del procesador como su velocidad de respuesta a los usuarios, la computadora debe ser capaz de mantener varios procesos en memoria.

30 Asignación de Memoria En un sistema operativo es indispensable que cada proceso disponga de espacio de memoria separado. Para hacer esto, se debe determinar el rango de direcciones legales a las que el proceso puede acceder y garantizar que ese proceso acceda a las direcciones legales. Se utilizan dos registros, una base y un límite. El registro base almacena la dirección de memoria física legal más pequeña, mientras que el registro límite especifica el tamaño del rango.

31 Reasignación de direcciones Para que un programa se ejecute debe ser cargado en memoria y colocado dentro de un proceso, para luego ser asignado a la cola de entrada. El procedimiento normal consiste en seleccionar uno de los procesos de la cola de entrada y cargar dicho proceso en memoria. A medida que se ejecuta el proceso, éste accede a las instrucciones y datos contenidos en la memoria. Eventualmente, el proceso terminará su ejecución y su espacio de memoria será declarado como disponible.

32 Carga Dinámica Con la carga dinámica, una rutina no se carga hasta que se la invoca. Según este método, el programa principal se carga en la memoria y se ejecuta. Cuando una rutina necesita llamar a otra rutina, la rutina que realiza la invocación comprueba primero si la otra ya sido cargada, si no es así, se carga en memoria la rutina deseada y para que se actualice las tablas de direcciones del programa con el fin de reflejar este cambio.

33 Intercambio Un proceso debe estar en memoria para ser ejecutado. Sin embargo, los procesos pueden ser intercambiados temporalmente, sacándolos de la memoria y almacenándolos en un almacén de respaldo y volviéndolos a llevar luego a memoria para continuar su ejecución.

34 Asignación de memoria contigua La memoria principal debe albergar tanto el sistema operativo como los diversos procesos de usuario. Por tanto, necesitamos asignar las distintas partes de la memoria principal de la forma más eficiente posible. La memoria está usualmente dividida en dos particiones: una para el sistema operativo residente y otra para procesos de usuario. En esta asignación contigua de memoria, cada proceso está contenido en una única sección contigua de memoria.

35 Fragmentación A medida de que se cargan procesos en memoria y se eliminan, el espacio de memoria libre se descompone en una serie de fragmentos de pequeño tamaño. El problema aparece cuando hay un espacio de memoria total suficiente como para satisfacer la solicitud, pero estos espacios disponibles no son contiguos. Una solución consiste en la compactación. Moviendo el contenido de la memoria con el fin de situar toda la memoria libre de forma contigua, para formar un único bloque de gran tamaño.

36 Paginación Permite que el espacio de direcciones físicas de un proceso no sea contiguo. La paginación evita el considerable problema de encajar fragmentos de memoria de tamaño variable en el almacén de respaldo. La paginación implica descomponer la memoria física en una serie de bloques de tamaño fijo denominados marcos y descomponer la memoria lógica en bloques del mismo tamaño denominados páginas. Cuando hay que ejecutar un proceso, sus páginas se cargan desde el almacén de respaldo en los marcos de memoria disponible.

37 Segmentación En este esquema un espacio lógico de direcciones es una colección de segmentos y cada segmento tiene un nombre y una longitud. Las direcciones especifican tanto el nombre del segmento como el desplazamiento dentro de ese segmento. El usuario especifica cada dirección proporcionando dos valores: un nombre de segmento y un desplazamiento.

38 Gracias!