TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE IXTAPALUCA. Unidad 1.

Transcripción

1 TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE IXTAPALUCA Unidad 1. ALUMNOS: JUAN FRANCISCO CEDILLO ORTIZ RODRIGUEZ TAPIA YANET HINOJOSA GONZÁLEZ MARIA ERIKA MECALCO GUERRERO GUSTAVO RODRIGUEZ ALCALA NIDYA DEL CARMEN FAUSTINO TOLEDO OMAR RIVERA CASTRO JOSE MARIA MATERIA: SISTEMAS OPERATIVOS PROFESOR: RAMON LOZANO ZAVALA GRUPO: 1701 PRIMER PARCIAL

2 INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES EVALUACION DEL PRIMER PARCIAL DEL CURSO. Tareas 10% Proyectos 15% Investigaciones 20% Fecha de entrega Nombre del alumno Tema Proyecto 20% realizar una página web DEFINICION DE: BIT: es una unidad mínima (o letra). BYTE: conjunto de 8 bit CARÁCTER: símbolo o letra PALABRA: conjunto de letras DIGITALIZAR: guardar datos CONVERSOR DE DATOS O UN FORMATO QUE SE PUEDE LEER UN MICROCONTROLADOR: microprocesador. PRESENTACION DE NUMEROS ENTEROS: enteros, binarios y decimales de puntos flotantes. CLASIFICACION DE ESTRUCTURA DE DATOS: int, fload, doble, char, if, else, while, for, pilas, colas, arboles, gráficos, array OPERADORES BOOLEANOS: and, or, not ORGANIZACIÓN FISICA DE LA MEMORIA: RAM se guarda o se está trabajando, porque allí se puede guardar y almacenar. ARQUITECTURA DE COMPUTADORA: elementos funcionales, E/S, unidad de memoria, ALU, unidad de control.

3 UNIDAD Definición y Concepto. Qué es un sistema Operativo? Conjunto de programas con una interfaz gráfica que administra y gestiona los recursos físicos y lógicos de una computadora. *instrucciones ampliadas llamadas al sistema Procesos, archivos y Shell Es el núcleo del sistema Programas 1.2 Funciones y Características. Gestor de Recursos. Gestiona. Tiempo de CPU, espacio de memoria, espacio de almacenamiento de archivos y dispositivos E/S. Activa. Arbitro que decide que solicitudes atender cuando no pueden satisfacerse todos simultáneamente, asignando recursos de forma eficiente. Como programa de control. Controla. Ejecución de programas de usuarios para evitar errores o usos incorrectos. Tipos de usuarios Usuarios de ordenes/aplicaciones Usuario programador Usuario diseñador/implementador Administrador de sistema Usuario: elemento (persona, maquina) identificable por el sistema. Sesión: conjunto de acciones desarrolladas por el usuario desde que entra hasta que sale.

4 Programa: conjunto de instrucciones destinadas a resolver un problema. Fichero o archivo: conjunto de datos relacionados almacenados en almacenamiento no perecedero (no dura mucho). Programa del sistema: acciones relacionadas con el sistema operativo. Interprete de órdenes: programa del sistema que recoge y manda a ejecutar las órdenes del usuario. Llamadas al sistema: mecanismo que utilizan los programas de aplicación para solicitar que el SO haga algo. Niveles de ejecución: distintos modos de ejecución del procesador, que determinan que ejecuciones se pueden ejecutar en cada momento. Los programas de usuario se ejecutan en modo normal, mientras que el código del Sistema Operativo lo hace en modo privilegiado. Modo privilegiado: es una característica de las nuevas tecnologías para mejorar las multitareas y la estabilidad del sistema. Sistema de gestión de procesos: es el encargado de crear, eliminar, suspender, reanudar, comunicar y sincronizar procesos. Sistema de gestión de memoria: encargado de la memoria principal. Controla particiones libres/ocupadas Asigna/libera espacios Llama a la memoria principal Sistema gestión de E/S: encargado de los dispositivos de E/S, permite su compartición ordenada, minimiza efectos de diferencia de velocidad Clasificación. Sistemas operativos de multiprogramación (multitarea). Procesa varias tareas al mismo tiempo. Conmutación de contextos (dos o más aplicaciones se cargan al mismo tiempo pero son el que solo se está procesando la aplicación que está en primer plano. Multitarea cooperativa (se utiliza en Macintosh). Sistemas multitarea de tiempo compartido (OS/2). Características de un sistema operativo multitarea o multiprogramación (Windows) Mejora la productividad del sistema y su utilización de recursos Multiplexea recursos entre varios programas Generalmente soportan múltiples usuarios Proporcionan facilidades para mantener el entorno de usuarios individual Requieren validación de usuario para seguridad y protección

5 Multitarea sin soporte multiusuario se encuentra en algunas computadoras o en sistemas de tiempo real. En general, los sistemas de multiprogramación se conoce por tener múltiples programas activos compitiendo por los recursos del sistema. Sistema operativo Mono tarea (MS-DOS). Los sistemas operativos Mono tarea son más primitivos, es decir solo pueden manejar un proceso o pueden ejecutar una tarea a la vez. Sistema operativo monousuario (MS-DOS). Son aquellos que pueden atender a un solo usuario por las limitaciones creadas del hardware y están orientados a las microcomputadoras. Sistema operativo multiusuario. Es todo lo contrario al monousuario, y esta categoría se encuentra en todos los sistemas que cumplen las necesidades de dos o más usuarios. Sistema operativo por lotes. Procesan una gran cantidad de trabajos con poca o ninguna interacción entre los usuarios y los programas en ejecución. Se reúnen todos los trabajos comunes para realizarlos todos al mismo tiempo, evitando la espera de dos o más trabajos como sucede en el procesamiento en serie. Sistemas operativos por lotes: SCOPE, EXEC II Características. Permiten poca o ninguna interacción usuario/programa en ejecución. Mayor potencial de recursos No conveniente para desarrollo de programas por bajo tiempo de retorno y depuración. Conveniente para programas de largos tiempos de ejecución (análisis estadísticos, nóminas de personal). 1.5 Estructura (Niveles o estratos de diseño). En informática, el núcleo (kernel) es la parte fundamental de un sistema operativo. Es el software responsable de facilitar a los distintos programas acceso seguro al hardware de la compañía de forma más básica, es el encargado de gestionar recursos, a través de servicios de llamadas al sistema. Como hay muchos programas y el acceso al hardware es ilimitado, el núcleo también se encarga de decir que programa hace uso de un dispositivo del hardware y durante cuánto tiempo lo hace, lo que se conoce como multiplexado. Acceder a hardware directamente puede ser realmente complejo, por lo que los nucleos suelen implementar una serie de

6 abstracciones del hardware, esto permite acceder la complejidad, y proporciona una interfaz limpia y uniforme al hardware subyacente, lo que facilita su uso para el programador. Funciones generalmente ejercidas por el núcleo. Garantizar la carga Ejecución de procesos Entrada/salida Interfaz grafica Programas Funcionalidades básicas. Redes Sistema de Ficheros Servicio Estas técnicas son utilizadas para atenuar defectos de los nucleos como los elevados estados. En la medida de lo posible es preferible, escribir un programa informático fuera del núcleo, en el espacio usuario. Es más complejo escribir un programa informático que funciona en el espacio núcleo, que en el espacio usuario, los errores y falta de seguridad pueden desestabilizar el sistema. Tipos de núcleo. Nucleos monolíticos: facilitan abstracciones del hardware y el subyacente realmente potente y variado. Micro núcleos: proporciona un pequeño conjunto de abstracciones simples del hardware, y usan las aplicaciones llamadas servidores para ofrecer mayor funcionalidad. Nucleos híbridos: son muy parecidos a los micronúcleos puros excepto porque incluyen código adicional en el espacio de núcleo para que se ejecute más rápidamente. Exonucleos: no facilitan ninguna abstracción pero permiten el uso de bibliotecas que proporcionan mayor funcionalidad gracias al acceso directo o casi directo al hardware. El enfoque micronucleo. Consiste en definir una abstracción muy simple sobre el hardware con un conjunto de primitivas o llamadas al sistema que implementan ser vicios del sistema operativo mínima como la gestión de hilos, el espacio de direccionamiento y la comunicación entre procesos. Objetivo principal de micronucleos. Separación de la implementación de los servicios básicos La política de funcionamiento del sistema Ejemplos de micronucleos.

7 AIX, L4, MACH usado en GNU Hurd, y imac os Beos minix Morp os QNX. Nucleos monolíticos en contra posición de micronucleos. Frecuentemente se prefieren los nucleos monolíticos frente a los micronucleos debido al menor valor de complejidad que comparta el tratar con todo el código de control del sistema en un solo espacio de direccionamiento. A principios de los 90 s los nucleos monolíticos se consideraban obsoletos. El diseño de Linux como un núcleo monolítico en lugar de como un micronucleo fue el tema de una famosa disputa entre Linux Torvalds Andrew Tenenbaun los argumentos de ambas partes en esta discusión presentan alguna motivaciones interesantes. Los nucleos monolíticos suelen ser más fáciles de diseñar correctamente, y por lo tanto puede crecer más rápidamente que un sistema basado en micronucleos, los micronucleos suelen usarse en robótica embebida ya que la mayoría de los componentes del sistema operativo en su propio espacio de memoria privado y protegido. Nucleos híbridos. Fundamentalmente son micronucleos que tienen algo de código en espacio de núcleo para que este se ajuste más rápido de lo que lo aria si estuviera en espacio de usuario y tener buen rendimiento. La mayoría de sistemas operativos modernos pertenecen a esta categoría, siendo el más popular Windows. El núcleo de Mac osx, también es un micronucleo modificado debido a la inclusión de código del núcleo de Free BSD. Exonucleos. También conocidos como sistemas operativos verticalmente estructurado, la idea subyacente o permitir que el desarrollador tome las decisiones relativas al rendimiento del hardware debido a que este núcleo solo proporciona una interfaz al hardware de muy bajo nivel careciendo de todas funcionalidades de alto nivel de otros sistemas operativos este es complementado por una biblioteca del sistema operativo. Los diseños hexonucleos están fundamentalmente en fase de estudio y no se usan en ningún sistema popular. Un concepto del sistema operativo es némesis creado por la universidad de Cambridge, Glasgow, Citrix sistem y el Instituto Sueco de informática. El MIT, también ha diseñado algunos sistemas basados en hexonucleos. 1.6 Nudeo. El nudeo (kernell) es una colección de módulos de software que se ejecutan en forma privilegiada lo que significa que tienen acceso pleno a los recursos del sistema. El núcleo normalmente representa solo una pequeña parte de lo que por lo general se piensa en todo el sistema operativo pero es tal vez el código que más se utilice por esta razón, el núcleo reside por lo regular en la memoria principal solo cuando se necesitan.

8 Los nucleos se diseñan para realizar el mínimo posible de procedimiento en cada interrupción y dejar que el resto lo realice el proceso apropiado del sistema que pueda operar mientras el núcleo se habilita para atender otras interrupciones. PRACTICA 1: #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #include<unistd.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<dos.h> Int main (int argc, char*argv[ ]){ Int num; Pid_t pid; For (num=0; num<3; num++){ Pid=fork( ); Printf( soy el proceso pid %d y mi padre tiene %d de pid \n, getpid( ), getppid( )); If (pid!=0) Break; Srandom(getpid( )); Sleep(random( )%3);} If(pid!=0) Printf( fin del proceso de pid %d\n, wait(null)); Return 0; }

9 Funciones del núcleo de un sistema operativo. Manejo de interrupciones Creación y destrucción de procesos Cambio de estado de los procesos Despacho Suspensión y reanudación de procesos Sincronización de procesos Manipulación de los bloques de control de procesos El kernel consiste en la parte principal del código del sistema operativo el cual se encarga de controlar y administrar los servicios y peticiones de recursos de hardware con respecto de uno o varios procesos, este se divide en 5 capas: Nivel 1. Procesador (núcleo). Se encarga de activar los quantum de tiempos para cada uno de los procesos creando interrupciones de hardware cuando no son respetados. Objetos procesos semáforos Operaciones típicas crear, destruir, suspender, reanudar, señalizar y esperar Proceso (programa en ejecución junto con el entorno asociado, el registros, variables, etc.) Nivel 2. E/S. proporciona las facilidades para poder utilizar los dispositivos E/S requeridos por procesos. Objetos bloques de datos Operaciones típicas leer, escribir, asignar y liberar

10 Nivel 3. Gestión de memoria. Proporciona las facilidades de najo nivel para la gestión de memoria secundaria necesaria para la ejecución de procesos. Objetos segmentos paginas Operaciones típicas leer escribir acceder Nivel 4. Sistema de archivo. Proporciona las facilidades de bajo nivel para la gestión de memoria secundaria necesaria para la ejecución de procesos. Objetos archivos dispositivos Operaciones típicas crear, abrir, destruir, cerrar, leer, escribir Los archivos pueden caracterizarse por: Volatilidad Actividad Tamaño Nivel 5. Información o intérprete, aplicaciones, lenguajes. Facilitan la comunicación con los lenguajes. Facilitan la comunicación con los lenguajes y el sistema operativo para aceptar las ordenes en cada una de las aplicaciones cuando solicitan un programa de software de este nivel crea el ambiente de trabajo e invoca los procesos correspondientes. El intérprete de comandos representa la interfaz entre el usuario y el sistema operativo. Objetos datos del entorno Operaciones típicas sentencias de lenguaje de ordenes INTERRUPCION (FLIH) DESPACHADOR (SCHEDULER) - La interrupción es el mecanismo mediante el cual otros módulos pueden interrumpir una secuencia normal de procesamiento. - Temporizador cuando se cumple un tiempo especifico - Entrada/salida cuando hay algo que comunicar - Hardware cuando ocurre una falla La gestión de interrupciones la realiza el manipulador (controlador) de interrupciones FLIH, (firts level interrupt handler). El manipulador de interrupciones es la parte del sistema operativo responsable de proporcionar la respuesta adecuada a las señales procedentes tanto del exterior como del interior del sistema (interrupciones internas y externas).

11 DESPACHADOR Se encarga de asignar a las diferentes procesos, por lo tanto debe actuar cuando se debe comprobar si no necesario cambiar el proceso que esta activo. Esto involucra: 1.- Cambios de contexto 2.- Cambio en modo usuario 3.- Salto a la direccion de memoria que corresponda al programa de usuario para continuar su ejecución CRITERIOS DE DESPACHADOR 1.- Utilización de CPU: mantener la CPU ocupada la mayor cantidad de tiempo posible 2.- Productividad: números de procesos por unidad de tiempo 3.- Tiempo de servicio: tiempo necesario para la ejecución de un proceso particular 4.- Tiempo de espera: tiempo total que el proceso se encuentra en la fila leer 5.- Tiempo de respuesta: Tiempo que transfiere desde el requerimiento hasta que se produce la primera respuesta (en ambientes de tiempo compartido). CRITERIOS DE OPTIMIZACION 1.- Máxima utilización del CPU 2.- Máxima productividad 3.- Mínimo tiempo de servicio 4.- Mínimo tiempo de espera 5.- Mínimo tiempo de respuesta PRIMITIVAS DE COMUNICACIÓN (IPC) Es una función básica de los sistemas operativos. Los procesos pueden comunicarse entre sí a través de compartir espacios de memoria, ya se han variables compartidos o a través de los buffers y de las herramientas provistas por las rutinas IPC. Las IPC provee un mecanismo que permite a los procesos comunicarse y sincronizarse entre si. Normalmente a trves de un sistema de bajo nivel de paso de mensajes que ofrece la red subyacente.

12 La comunicación se establece siguiendo una serie de reglas (protocolos de comunicación). Los mayormente usados. Protocolo de internet (Capa de red) Protocolo de control de transmisión (Capa de transporte) Protocolo de transferencia de archivos Protocolo de ransferencia hipertexto (Capa de aplicación) Fork hace lo siguiente: * Cambia modo operación (usuario-kernel) * Crea un mapa de memoria para un nuevo proceso * Copia todas las variables * Devuelve 0 (cero) al proceso hijo 2.1 CONCEPTO DE PROCESO Un proceso no es más que un conjunto de (threades) hilos que ejecutan el mismo código, junto con las zonas de memoria asociadas a ellos y los ficheros que tienen abiertos. Un programa consta al menos de un proceso de un thread. Cuando un programa tiene varios procesos, lo normal es que cada uno ejecute un código distinto, los cuales se encuentran en ficheros ejecutables separadas. Dos procesos solo pueden compartir una zona de memoria. Si esta es definida expresamente como tal. Así mismo, es en este caso cuando los sistemas de sincronización a la hora de compartir memoria se vuelven más especialmente necesarios e importantes.

13 2.2 ESTADOS Y TRANSICIONES DE LOS PROCESOS ESTADOS Durante su vida, un proceso pueden pasar por una serie de estados discretos, algunos de ellos son: *En ejecución El proceso ocupa el CPU actualmente es decir se está ejecutando. *Listo o preparado: El proceso dispone de todos los recursos para su ejecución, solo le falta el CPU. *Bloqueado: El proceso le falta algún recurso para seguir ejecutándose, además del CPU. Por recurso se pueden entender un dispositivo, un dato etc. El proceso necesita que ocurra algún evento que le permita poder proseguir su ejecución. *Transiciones de estado de los procesos: Ejemplos de eventos que pueden provocar transmisiones de estado en un proceso: - De ejecución a bloqueado: Al iniciar una operación de entrada salida al realizar una operación wait sobre un semáforo a O. - Punto de ejecución a listo: En un sistema de tiempo compartido, cuando el proceso que ocupa el CPU llave demasiado tiempo ejecutándose continuamente el sistema operativo decide que otro proceso ocupe el CPU pasado el proceso que ocupaba el CPU a estado listo. - De listo a en ejecución: Cuando lo requiere el planificador del CPU. - De bloqueado a listo: Se dispone del recurso por el que se había bloqueado el proceso. Ejemplo termina la operación de E/S, o se produce una operación signal sobre el semáforo en que se bloqueó el proceso, no habiendo otros procesos bloqueados en el semáforo. 2.3 PROCESO LIGERO (HILOS O HEBRAS) Un proceso ligero o tread es un programa en ejecución que comparte la imagen de memoria y otras afirmaciones con otros procesos ligeros. Un proceso puede contener un solo flujo de ejecución, como ocurre en los procesos clásicos.

14 Desde el punto de vista de la programación un proceso ligero se define como una función cuya ejecución se puede lanzar en paralelo con otras. El hilo de ejecución primario o proceso ligero primario, corresponde a la función main. Cada proceso ligero tiene informaciones que le son propias y no comparten con otros procesos ligeros. Las informaciones propias se refieren fundamentalmente al contexto de ejecución pudiendo destacar los siguientes: *Contador de programa. *Pila *Registro *Estado del proceso ligero (ejecutando, listo o bloqueado). Todos los procesos ligeros de un mismo proceso comparten información del mismo. *Espacio de memoria. *Variables globales. *Archivos abiertos. *Procesos hijo. Es importante destacar que todos los procesos ligeros de un mismo proceso comparten el mismo espacio de direcciones de memoria, que incluye el código, los datos y las pilas de los diferentes procesos ligeros esto hace que no exista protección de memoria entre los procesos ligeros de un mismo proceso, algo ocurre con los procesos convencionales.