SISTEMAS OPERATIVOS. UNIDAD I (Parte A) INTRODUCCION A LOS SISTEMAS OPERATIVOS ING. AGUILERA SERGIO OMAR

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1 SISTEMAS OPERATIVOS UNIDAD I (Parte A) INTRODUCCION A LOS SISTEMAS OPERATIVOS ING. AGUILERA SERGIO OMAR

2 CONCEPTO Programa que controla la ejecución de los programas de aplicación, y actúa como interfaz entre las aplicaciones del usuario y el hardware. OBJETIVOS: FLEXIBILIDAD ESCALABILIDAD EFICIENCIA OPTIMIZACION DE USO 2

3 PROPOSITOS DE LOS SISTEMAS OPERATIVOS INICIALIZACION FUNCIONES MAQUINA EXTENDIDA CONTROL Y ADMINISTRACION JOB SCHEDULER O SHELL NIVELES DE ADMINISTRACION DEL SOp ADMINISTRACION DE RECURSOS TRANSACCIONES DEL KERNEL 3

4 NIVELES DE UN SISTEMA INFORMATICO Usuario final Programador Programas de aplicación Utilidades Diseñador del sistema operativo Sistema operativo Hardware del computador Figura 2.1. Niveles y vistas de un sistema informático. Williams Stallings SISTEMAS OPERATIVOS. Principios de diseño e interioridades. 4ta ed. Pearson Eduación S.A. Madrid, 2001 ISBN:

5 APLICACIONES SISTEMA OPERATIVO EVOLUCION HISTORICA HARWARE JERARQUICA POR ANILLOS JERARQUICA POR ESTRATOS: XINU (1988) PRG DE USUARIO SISTEMA DE ARCHIVOS INTERMACHINE COMUNICATION MANEJADOR DE DISPOSITIVOS REAL TIME CLOCK MANAGER INTERPROCESS COMUNICATIONS PROCESS COORDINATIONS PROCESS MANAGER MEMORY MANAGER 5

6 EVOLUCION HISTORICA ANILLOS CONCENTRICOS SHELL FILE SYSTEM PRG USR MEMORY MANAGER I/O MANAGER CPU SCHEDULING (MAX PRIORIDAD) SPOOL 6

7 EVOLUCION HISTORICA CLIENTE/SERVIDOR FRONT END BACK END OTROS SERVICIOS MICROKERNEL 7

8 EVOLUCION HISTORICA MAQUINA VIRTUAL MSDOS UX-LINUX WIN 98 OTROS HW 1 HW 2 HW 3 HW N VMS HW REAL 8

9 Procesos del sistema Servicios Aplicaciones Controlador de servicio WinLogon Gestor de sesión Replicador Alerta RPC Registro de sucesos Aplicación de usuario Subsistema de DLL Subsistemas de entorno Modo usuario NTDLL.DLL Modo núcleo Sistema de hilos API del ejecutor Ejecutor de Windows 2000 Administrador de E/S Sistemas de archivo Utilidad LPC Administrador Administrador Monitor de de cache de procesos/ referencia de seguridad hilos Administrador de objetos/ejecutor RTL Administrador de memoria virtual Administrador de ventanas Controladores de dispositivo Capa de abstracción hardware (HAL) Micronúcleo Interfaces hardware (buses, E/S, interrupciones, temporizadores, relojes, DMA, control de cache, etc.) Williams Stallings SISTEMAS OPERATIVOS. Principios de diseño e interioridades. 4ta ed. Pearson Eduación S.A. Madrid, 2001 ISBN: Figura Arquitectura de Windows

10 Bibliotecas y órdenes UNIX Interfaz de llamadas al sistema Núcleo Hardware Williams Stallings SISTEMAS OPERATIVOS. Principios de diseño e interioridades. 4ta ed. Pearson Eduación S.A. Madrid, 2001 ISBN: Aplicaciones escritas por el usuario Figura Arquitectura general de UNIX. 10

11 TIPOS DE SISTEMAS OPERATIVOS SISTEMA DE PROCESAMIENTO POR LOTES SISTEMA DE TIEMPO DIFERIDO SISTEMA DE TIEMPO REAL SISTEMA MONOUSUARIO SISTEMA MULTIUSUARIO MONOPROCESAMIENTO MULTIPROCESAMIENTO CENTRALIZADO DISTRIBUIDO PORTABLE PROPIETARIO 11

12 ELEMENTOS PRINCIPALES DEL SISTEMA OPERATIVO JERARQUIA DE DISEÑO Nivel Nombre Objetos Ejemplos de operaciones 13 Shell Entorno de programación Sentencias de un lenguaje de usuario de shell 12 Procesos de usuario Procesos de usuario Salir, eliminar, suspender, reanudar 11 Directorios Directorios Crear, destruir, conectar, desconectar, buscar, listar 10 Dispositivos Dispositvos externos tales Abrir, cerrar, leer, escribir como impresoras, pantallas y teclados 9 Sistema de archivos Archivos Crear, destruir, abrir, cerrar, leer, escribir 8 Comunicaciones Tubos (pipes) Crear, destruir, abrir, cerrar, leer, escribir 12

13 ELEMENTOS PRINCIPALES DEL SISTEMA OPERATIVO JERARQUIA DE DISEÑO Nivel Nombre Objetos Ejemplos de operaciones 7 Memoria virtual Segmentos, páginas Leer, escribir, traer (fetch) 6 Almacenamiento Bloques de datos, Leer, escribir, asignar, liberar secundario local canales de dispositivos 5 Procesos primitivos Procesos primitivos, Suspender, reanudar, esperar, semáforos, colas de señalizar procesos listos 13

14 ELEMENTOS PRINCIPALES DEL SISTEMA OPERATIVO JERARQUIA DE DISEÑO Nivel Nombre Objetos Ejemplos de operaciones 4 Interrupciones Programas de tratamiento Invocar, enmascarar, de interrupciones desenmascarar, reintentar 3 Procedimientos Procedimientos, pila de Marcar la pila, llamar, llamadas, visualización retornar 2 Conjunto de Evaluación de la pila, Cargar, almacenar, sumar, instrucciones intérprete de microprogramas, restar, bifurcar vectores de datos y escalares 1 Circuitos Registros, puertas, buses, etc. Borrar, transferir, activar, electrónicos complementar 14

15 CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS OPERATIVOS MODERNOS: Arquitectura micronúcleo: Asigna solamente una pocas funciones esenciales al núcleo. Espacios de direcciones. Comunicación entre procesos (IPC). Planificación básica. Multihilos: Hilo: El proceso se divide en hilos que pueden ejecutarse concurrentemente. Unidad de trabajo que se puede expedir para su ejecución. Se ejecuta secuencialmente y es interrumpible. Proceso: Un conjunto de uno o más hilos. 15

16 CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS OPERATIVOS MODERNOS: Multiproceso simétrico (SMP): Existencia de múltiples procesadores. Estos procesadores comparten la misma memoria principal y dispositivos de E/S. Todos los procesadores pueden ejecutar las mismas funciones. Sistema operativo distribuido: Proporciona la ilusión de un único espacio de memoria principal y un único espacio de memoria secundaria. Utilizado para el sistema de archivos distribuido. 16

17 CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS OPERATIVOS MODERNOS: Diseño orientado a objetos: Añade extensiones modulares a un pequeño núcleo. Permite a los programadores personalizar un sistema operativo sin romper la integridad del sistema. 17

18 CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS OPERATIVOS MODERNOS: GESTION DE MEMORIA Aislamiento del proceso. Asignación y gestión automáticas. Soporte para la programación modular. Protección y control de acceso. Almacenamiento a largo plazo. MEMORIA VIRTUAL Permite a los programas direccionar la memoria desde un punto de vista lógico. No existirá un espacio muerto entre la ejecución de los procesos sucesivos, mientras un proceso se envía al almacenamiento secundario y el proceso que le sucede es traído de éste. 18

19 CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS OPERATIVOS MODERNOS: Control de acceso: SEGURIDAD /PROTECCION Regula el acceso del usuario al sistema. Control del flujo de información: Regulael flujode datosdentrodel sistemay sudistribucióna los usuarios. Certificación: MEMORIA VIRTUAL Demuestraqueel accesoy el control del flujose llevana cabo de acuerdo con las especificaciones. 19

20 SERVICIOS DE UN SOp DESARROLLOS DE PROGRAMAS EJECUCION DE PROGRAMAS UTILILERIAS SHELL SYSTEM CALL KERNEL ACCESO A DISPOSTIVOS DE E/S CONTROL DE ACCESO A ARCHIVOS SEGURIDAD DE ACCESO DETECCION DE ERRORES AUDITORIA Y CONTABILIDAD 20

21 ADMINISTRADORES DE UN SOp ADMINISTRADOR DE UMC ADMINISTRADOR DE PROCESOS/EJECUCION ADMINISTRACION DE ARCHIVOS: DATOS Y PROGRAMAS UTILILERIAS SHELL SYSTEM CALL KERNEL ADM. ARCHIVOS EN MEM. SECUND. CONJUNTO DE PROGRAMAS DE SERVICIOS Y UTILERIAS ADMINISTRACION DE NETWORKING PROTECCION Y SEGURIDAD INTERPRETES DE COMANDOS (SHELLS) 21

22 NUCLEO (KERNEL) Parte del sistema operativo que se encuentra en la memoria principal. Incluye las funciones utilizadas con más frecuencia. También denominado kernel. TIPOS MONOKERNEL MICROKERNEL 22

23 TERMINOLOGIA BASICA: MONOPROGRAMACION Antes de continuar, el procesador debe esperar hasta que la instrucción de E/S termine. Programa A Ejecutar Tiempo Esperar Ejecutar Esperar (a) Monoprogramación Williams Stallings SISTEMAS OPERATIVOS. Principios de diseño e interioridades. 4ta ed. Pearson Eduación S.A. Madrid, 2001 ISBN:

24 TERMINOLOGIA BASICA: MULTIPROGRAMACION Cuando un trabajo necesite esperar una E/S, el procesador puede cambiar al otro trabajo. Programa A Ejecutar Esperar Ejecutar Esperar Programa B Esperar Ejecutar Esperar Ejecutar Esperar Combinados Ejecutar A Ejecutar B Esperar Ejecutar A Ejecutar B Esperar Williams Stallings SISTEMAS OPERATIVOS. Principios de diseño e interioridades. 4ta ed. Pearson Eduación S.A. Madrid, 2001 ISBN: Tiempo (b) Multiprogramación con dos programas 24

25 TERMINOLOGIA BASICA: MULTIPROGRAMACION Programa A Ejecutar Esperar Ejecutar Esperar Programa B Esperar Ejecutar Esperar Ejecutar Esperar Programa C Esperar Ejecutar Esperar Ejecutar Esperar Combinados Ejecutar A Williams Stallings SISTEMAS OPERATIVOS. Principios de diseño e interioridades. 4ta ed. Pearson Eduación S.A. Madrid, 2001 ISBN: Ejecutar B Tiempo Ejecutar C Esperar Ejecutar A Ejecutar B Ejecutar B (c) Mulitprogramación con tres programas Ejecutar C Ejecutar Esperar C 25

26 TERMINOLOGIA BASICA: MULTIPROGRAMACION CPU CPU Memoria Memoria Impresora Impresora Terminal Terminal Impresora Impresora Historia del trabajo TRABAJO 1 Williams Stallings SISTEMAS OPERATIVOS. Principios de diseño e interioridades. 4ta ed. Pearson Eduación S.A. Madrid, 2001 ISBN: TRABAJO 2 Minutos (a) Monoprogramación Figura 2.6. Histograma de utilización. Historia del trabajo TRABAJO 3 TRABAJO 1 TRABAJO 2 TRABAJO 3 Minutos (b) Multiprogramación 26

27 MULTIPROGRAMACION: EJEMPLO Y RESULTADOS TRABAJO1 TRABAJO2 TRABAJO3 Tipo de trabajo Cálculo intensivo E/S intensiva E/S intensiva Duración 5 min. 15 min. 10 min. Memoria exigida 50 K 100 K 80 K Necesita disco? No No Sí Necesita terminal? No Sí No Necesita impresora? No No Sí Monoprogramación Multiprogramación Uso del procesador 22% 43% Uso de la memoria 30% 67% Uso del disco 33% 67% Uso de la impresora 33% 67% Tiempo transcurrido 30 min. 15 min. Tasa de productividad 6 trabajos/hora 12 trabajos/hora Tiempo medio de respuesta 18 min. 10 min. 27

28 TERMINOLOGIA BASICA: MULTIPROGRAMACION Petición de servicio de un proceso Sistema operativo Gestor de peticiones de servicio (código) Interrupción de un proceso Interrupción de E/S Gestor de interrupciones (código) Colaa largo Cola a corto Cola de E/S plazo plazo Planificador a corto plazo (código) Pasar el control al proceso Figura Elementos clave para la multiprogramación de un sistema operativo. 28

29 TERMINOLOGIA BASICA: MULTITAREA Utiliza la multiprogramación para gestionar varias tareas interactivas. El tiempo del procesador se comparte entre los diversos usuarios. Múltiples usuarios acceden simultáneamente al sistema por medio de terminales. Objetivo principal Multiprogramación por lotes Maximizar la utilización del procesador Tiempo compartido Minimizar tiempo de respuesta Origen de las instrucciones al sistema operativo Instrucciones de un lenguaje de control de trabajos incluidas en el trabajo Órdenes dadas en el terminal 29

30 TERMINOLOGIA BASICA: MULTITAREA T EJECUCION BAJO ALGORTIMOS DE TIEMPO COMPARTIDO PROC 4 PROC 4 PROC 3 PROC 2 PROC 2 PROC 1 CANT DE PROC. 30

31 SOFTWARE DE SISTEMA PROGRAMAS QUE CONFORMAN UTILERIAS DEL SISTEMA OPERATIVO, QUE LE PERMITEN REALIZAR TAREAS INTERNAS DE OPERACION ENSAMBLADORES TIPOS LOADERS & LINKERS INTERPRETES COMPILADORES 31

32 ENSAMBLADORES TRADUCTOR DE PROGRAMAS EN LENGUAJE ASSEMBLER A CODIGO CORRESPONDIENTE AL LENGUAJE MAQUINA CRUZADOS (CROSS ASSSEMBLER) RESIDENTES MICROENSAMBLADORES TIPOS MACROENSAMBLADORES DE UNA FASE DE DOS FASES 32

33 LOADER: PRG QUE COLOCA EN MEMORIA PARA SU EJECUCION A UN PRG DE USUARIO LINKER: ENLAZA PRGs OBJETO PERMIITENDO REFERENCIAS CRUZADAS ENTRE VARIABLES Y CODIGO. LOADER BOOTSTRAP LOADERS & LINKERS LOADER INICIALES LOADER ABSOLUTOS TIPOS LOADER CON REUBICACION LOADER LINKERS LINKEADOR DINAMICO 33 33

34 INTERPRETES Y COMPILADORES INTERPRETES: TRADUCTOR QUE REALIZA LA EJECUCION LINEA A LINEA DE UN CODIGO, CON FASES DE EDICION E EJECUCION ESTAN INTEGRADAS. COMPILADOR: PRG QUE CONVIERTE CODIGO FUENTE EN CODIGO OBJETO, SE EJECUTA POR BLOQUE. COMP. CRUZADO COMP. MONTAJE Y EJECUCION DE UNA O VARIAS PASADAS TIPOS DE COMPILADORES INCREMENTAL AUTOCOMPILADOR METACOMPILADOR DECOMPILADOR 34

35 BIBLIOGRAFIA DE REFERENCIA 1. Manual de Actualizacióny reparaciónde PCs, 12va. Ed. Scott Mueller. Que. Pearson, Prentice Hall. Mexico, Sistemasde Computadoras, un enfoqueestructurado. 7ma ed. Andrew Tannenbaum. Prentice Hall, Operating Systems, 2da. Ed. William Stallings. Prentice Hall SistemasOperativos, 4ta ed. William Stallings. Pearson, Prentice Hall. Madrid, SistemasOperativos. 5ta Ed. William Stalling. Pearson Prentice Hall. Madrid Unix, SistemaV Versión4. Rosen,Rozinskyy Farber.McGrawHill. NY Lunix, Ediciónespecial. Jack Tackett, David GunteryLance Brown. Ed. Prentice Hall Linux, Guíadel Administradoravanzado. FacundoArena. MP ediciones. BsAs

36 FIN UNIDAD I (Parte A) INTRODUCCION A LOS SISTEMAS OPERATIVOS 36