Historia Logros. Sistemas Operativos. Introducción a los Sistemas Operativos. Esteban De La Fuente Rubio L A TEX

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1 Introducción a los esteban@delaf.cl L A TEX Universidad Andrés Bello 19 ago 2010

2 Tabla de contenidos Qué es? 1 Qué es? Definición Desde el punto de vista del usuario Visto desde la administración de recursos Hardware de un computador 2 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años 3

3 Qué es un sistema operativo? Definición Desde el punto de vista del usuario Visto desde la administración de recursos Hardware de un computador Según RAE: Programa o conjunto de programas que efectúan la gestión de los procesos básicos de un sistema informático, y permite la normal ejecución del resto de las operaciones. Objetivos: Simplificar labores del usuario. Administrar eficientemente los recursos disponibles.

4 Desde el punto de vista del usuario Definición Desde el punto de vista del usuario Visto desde la administración de recursos Hardware de un computador Usuario final no se preocupa por el hardware. Si le interesan las aplicaciones que puede usar sobre el hardware. Desarrolladores no requieren implementar llamadas directas al sistema.

5 Desde el punto de vista del usuario (2) Definición Desde el punto de vista del usuario Visto desde la administración de recursos Hardware de un computador Servicios ofrecidos: Creación de programas: herramientas para realizar la tarea de desarrollo de aplicaciones para el sistema operativo. Ejecución de programas: administra los procesos que se ejecutan en el sistema. Acceso a los dispositivos de E/S: simplifica la tarea de escribir en una pantalla o leer datos desde el teclado. Almacenamiento: se preocupa de los discos, la búsqueda de información en estos, su formato y gestión en general.

6 Desde el punto de vista del usuario (3) Definición Desde el punto de vista del usuario Visto desde la administración de recursos Hardware de un computador Memoria: administración del uso de memoria disponible. Detección y respuesta contra errores: deberá ser capaz de detectar y proteger al sistema frente a eventuales anomaĺıas. Estadísticas: deberá recopilar información sobre el uso de los recursos y parámetros generales sobre el hardware.

7 Desde el punto de vista del usuario (4) Definición Desde el punto de vista del usuario Visto desde la administración de recursos Hardware de un computador Figura: Capas visibles por el usuario

8 Definición Desde el punto de vista del usuario Visto desde la administración de recursos Hardware de un computador Visto desde la administración de recursos El sistema operativo es un programa que también debe hacer uso de los recursos disponibles en la máquina. Lo anterior lleva a la situación donde el sistema operativo debe ser lo suficientemente eficaz en la administración de recursos como para hacerla de forma satisfactoria y a la vez no entorpecer la ejecución de los programas útiles de los usuarios.

9 Definición Desde el punto de vista del usuario Visto desde la administración de recursos Hardware de un computador Visto desde la administración de recursos (2) El sistema operativo se encuentra cargado en memoria RAM todo el tiempo, por esto motivo hay espacio en memoria que no se encuentra disponible para el resto de los programas. Es el encargado de tomar la desición de cuando y quien utilizará un determinado recurso (como el procesador, memoria principal, disco duro, etc).

10 Definición Desde el punto de vista del usuario Visto desde la administración de recursos Hardware de un computador Visto desde la administración de recursos (3) Figura: Recursos a administrar

11 Definición Desde el punto de vista del usuario Visto desde la administración de recursos Hardware de un computador Visto desde la administración de recursos (4) Figura: Relación entre los recursos

12 Hardware de un computador Definición Desde el punto de vista del usuario Visto desde la administración de recursos Hardware de un computador Figura: Hardware disponible para utilizar por el usuario

13 Hardware de un computador (2) Definición Desde el punto de vista del usuario Visto desde la administración de recursos Hardware de un computador Figura: Distintos tipos de memoria

14 Hardware de un computador (3) Definición Desde el punto de vista del usuario Visto desde la administración de recursos Hardware de un computador Figura: Organización de la memoria principal

15 Hardware de un computador (4) Definición Desde el punto de vista del usuario Visto desde la administración de recursos Hardware de un computador Figura: Disco duro

16 Hardware de un computador (5) Definición Desde el punto de vista del usuario Visto desde la administración de recursos Hardware de un computador Figura: Funcionamiento de las interrupciones

17 Hardware de un computador (6) Definición Desde el punto de vista del usuario Visto desde la administración de recursos Hardware de un computador Figura: Visión global del computador

18 Qué es? Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años Cuándo se actualiza un sistema operativo? Actualizaciones de hardware o nuevos tipos. Nuevos servicios y/o funcionalidades. Correcciones.

19 Sistemas operativos por lotes (batch) Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años Requiere que este unido: programa, datos y llamadas al sistema. Poca o ninguna interacción con el usuario. Útiles en programas largos y que no son interactivos. Lo primero que llega es lo primero que se procesa. Baja utilización de los recursos. La planificación del procesador y administración de memoria es simple.

20 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años Sistemas operativos por lotes (batch) (2) Figura: Tarjetas para un sistema operativo por lotes

21 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años Sistemas operativos de multiprogramación Soporta varios procesos residentes, simultáneamente en memoria primaria. Multiprogramación implica multiproceso (no a la inversa). Multiproceso: un mismo programa se ejecuta paralelamente. Relacionado con el concepto de multiusuarios.

22 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años Sistemas operativos de multiprogramación (2) Figura: Uso de CPU en lotes v/s multiprogramación

23 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años Sistemas operativos de tiempo compartido Sistemas multiprogramados y multiusuario. Buen tiempo de respuesta. Reparto equitativo de recursos y protección frente al uso de estos. Control de concurrencia (memoria, dispositivos de E/S, archivos). La administración del procesador y de la memoria es más compleja. Se organiza por sesiones y no por trabajos.

24 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años Sistemas operativos de tiempo compartido (2) Figura: Trabajos: T1/15K, T2/20K, T3/5K, y T4/10K

25 Sistemas operativos de tiempo real Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años Diseñados para aplicaciones en tiempo real (ej: control tráfico o procesos industriales). Tiempos rápidos de respuesta. Procesos residen permanentemente en memoria. Interrupciones deben ser atendidas muy rápidamente.

26 Sistemas operativos distribuidos Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años Varias CPU s, conectadas entre sí, trabajan de manera conjunta. Influenciado por el decaimiento en los costos de los procesadores. La velocidad de la luz, un ĺımite natural para la capacidad de los procesadores. Aprovechamiento de las redes de computadores. Se espera: alto rendimiento, alta disponibilidad, balanceo de carga y escalabilidad.

27 Sistemas operativos distribuidos (2) Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años Figura: Cluster de la NASA

28 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años La primera generación de computadores ( ) Caracterizada por los grandes tamaños. Capacidad muy limitada y lentas. El mismo grupo de personas, diseñaba, construía, programaba, operaba y mantenía las máquinas. No existía SO, los programas se introducían bit a bit. Luego se automatiza la función cuando en 1950, se introduce la lectora de tarjetas perforadas.

29 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años La primera generación de computadores ( ) (2) Figura: Computador primera generación

30 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años La primera generación de computadores ( ) (3) Figura: Circuito primera generación

31 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años La segunda generación de computadores ( ) Caracterizada por la introducción de los transistores que hizo a los computadores más confiables. Se separaron las funciones de diseño, construcción, programación, operación y mantenimiento. El procedimiento a seguir era: diseñar el programa, perforar tarjetas, cargar el programa, esperar la salida, impresión de resultados (sistema on-line).

32 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años La segunda generación de computadores ( ) (2) Para automatizar la tarea del operador, nace el primer SO, el Monitor Residente. Luego surge el sistema de procesamiento por lotes. Sólo se cargaban programas escritos en Fortran o Cobol para luego procesarlos en serie. Introducción de la unidad de cinta (sistema off-line).

33 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años La segunda generación de computadores ( ) (3) Figura: Circuito segunda generación

34 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años La tercera generación de computadores ( ) Caracterizada por los circuitos integrados (computadores de tamaño más pequeño que en la primera generación) y la multiprogramación. Aparecen los discos magnéticos que permiten una lectura y escritura en forma simultánea. La necesidad del mercado por ciclos de procesamiento fue aumentando, lo que derivó en la necesidad de máquinas más grandes y compatibles entre sí.

35 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años La tercera generación de computadores ( ) (2) La multiprogramación fue uno de los aportes más significativos de esta generación de computadores. Soporte de hardware para la protección de diferentes programas residentes en memoria simultáneamente. La necesidad de reducir los tiempos de respuesta entre la entrada de datos y los resultados, fue uno de los impulsores de los sistemas de tiempo compartido.

36 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años La tercera generación de computadores ( ) (3) Aparece el concepto de memoria virtual, se podían ejecutar programas mayores que la memoria real disponible. Surge la ingeniería de software; la comprensión de que el software debía ser diseñado de modo que fuera confiable, comprensible y fácil de mantener, mediante el uso de métodos disciplinados y estructurados en la construcción de programas. Los SO de esta época se caracterizaron por tener múltiples modos de operación que comprendían el procesamiento por lotes, de tiempo compartido y de tiempo real.

37 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años La tercera generación de computadores ( ) (4) Costo de construir un ordenador disminuidos drásticamente. Aparece el uso de los estándares en los protocolos de comunicación como TCP/IP del departamento de Defensa de Estados Unidos y el uso en redes de área local del estándar Ethernet desarrollado en el Centro de Investigación de Palo Alto de Xerox.

38 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años La tercera generación de computadores ( ) (5) Figura: Circuito tercera generación

39 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años La cuarta generación de computadores ( ) Caracterizada por la utilización de los circuitos de integración a gran escala. Aparición de los computadores personales. Reducción en el costo de los computadores hacen posible la adquisición masiva de equipos por parte de las universidades e industria.

40 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años La cuarta generación de computadores ( ) (2) Se hacen populares las estaciones de trabajo. Surge la industria del software de aplicación. En las computadoras personales que utilizan el procesador Intel 8088, y sus sucesores, 80286, y 80486, domina el SO. MS-DOS de Microsoft.

41 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años La cuarta generación de computadores ( ) (3) En las estaciones de trabajo el SO. predominante es UNIX. Se hicieron populares las aplicaciones en redes de computadores como el correo electrónico, la transferencia de archivos y el acceso a bases de datos remotas. Proliferaron las aplicaciones tipo cliente/servidor.

42 Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años La cuarta generación de computadores ( ) (4) Figura: Circuito cuarta generación

43 Tendencias últimas 2 décadas Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años Computación distribuida, mediante el uso de plataformas multiprocesadoras y procesadores conectados en red. Dispositivos de entrada más rápidos y eficientes como los sistemas de reconocimiento automático de voz. Calidad fotográfica en el tratamiento de imágenes. Gran desarrollo en aplicaciones en Multimedia (Datos + Sonido + Imágenes).

44 Tendencias últimas 2 décadas (2) Tipos de sistemas operativos Computadores a lo largo de los años Los sistemas abiertos: Normas de comunicación abiertas, como el modelo de referencia OSI. Normas de SO. abiertos como UNIX. Normas de interfaces de usurio abiertas, como el sistema de ventanas X desarrollado por MIT. Normas de aplicaciones de usuario abiertas, como las entregadas por la FSF.

45 Qué es? Los procesos. La gestión de memoria. La seguridad y la protección de la información. La planificación y la gestión de recursos. La estructura del sistema.

46 Procesos y memoria Qué es? Un proceso corresponde a cualquier programa en ejecución. Estados: Listo: preparado para ser ejecutado. Standby: ha sido elegido por el planificador. Ejecución: está siendo ejecutado. Espera: existe algún tipo de bloqueo. Transición: listo para ejecutar, pero en espera de recursos. Terminado: fin del proceso.

47 Procesos y memoria (2) Qué es? Figura: Posibles estados de un proceso

48 Procesos y memoria (3) Qué es? Requiere usar CPU, memoria, dispositivos de entrada/salida, etc. Acceso a un mismo recurso al mismo tiempo. Ejemplo CPU, existe competencia por el uso del procesador. Diferentes algoritmos utilizados por el sistema operativo para administrar CPU y memoria principal.

49 Procesos y memoria (4) Qué es? Figura: Ejemplo de acceso a un mismo recurso

50 Procesos y memoria (5) Qué es? Problemas comunes: Sincronización incorrecta: una señal que debería llegar a un proceso y no llegó. Fallos de exclusión mutua: 2 procesos accediendo al mismo recurso. Funcionamiento no determinista: salida de un proceso no depende de la entrada o los cálculos (ejemplo: fallo memoria compartida). Interbloqueos: proceso A en espera de B y B en espera de A.

51 Procesos y memoria (6) Qué es? Figura: Ejemplo de interbloqueo

52 Procesos y memoria (7) Qué es? Proceso requiere para funcionar: Ejecutable. Datos asociados. Contexto: datos que requiere el sistema operativo para manejar un proceso (ejemplo: espacio en memoria).

53 Procesos y memoria (8) Qué es? Figura: Uso de memoria principal por un proceso

54 Seguridad y protección Qué es? Poĺıticas de protección: No compartición: procesos se encuentran aislados. Compartida solo como lectura, para escribir un recurso se requieren mecanismos (o condiciones) especiales. Subsistemas confinados: similar a una protección por ocultación donde un proceso evita que otros sepan como opera. Diseminación controlada: en este caso existen credenciales de seguridad para acceder a los recursos.

55 Seguridad y protección (2) Categorías de protección: Control de acceso: que recursos puede utilizar un usuario en el sistema. Control de flujo de información: indica como se comparte la informacion entre el sistema y los usuarios. Certificación: corresponde a la verificación del cumplimiento de los casos anteriores de acuerdo a las poĺıticas usadas.

56 Gestión de recursos Qué es? Factores a tener en cuenta: Equidad: igual preferencias. Sensibilidad: priorizar ciertos procesos. Eficiencia: maximizar productividad y minimizar tiempo de respuesta.

57 Gestión de recursos (2) Qué es? Figura: Esquema para la gestión de recursos

58 Estructura del sistema Qué es? La estructura del software utilizada dentro del sistema operativo puede afectar considerablemente el funcionamiento de este. Un sistema con más o menos instrucciones no significa que sea un sistema más o menos eficiente, ni mucho menos más o menos simple. Existen problemas con los tiempos de entrega del software, fallos y rendimiento en el momento de poner en funcionamiento un nuevo sistema. Se debe dividir el sistema operativo, de tal forma de que cada una de las partes de este cumpla una función específica.

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