Grado en Ingeniería de Computadores Grado en Ingeniería Informática Universidad de Alcalá / Curso 1º 2º Cuatrimestre

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1 SISTEMAS OPERATIVOS Grado en Ingeniería de Computadores Grado en Ingeniería Informática Universidad de Alcalá / Curso 1º 2º Cuatrimestre

2 Nombre de la asignatura: Código: Titulación en la que se imparte: Departamento y Área de Conocimiento: Carácter: Créditos ECTS: 6 Curso: Profesorado: GUÍA DOCENTE Sistemas Operativos Grado en Ingeniería de Computadores. Grado en Ingeniería Informática. Automática. Arquitectura y Tecnología de Computadores Básico Primer curso. Segundo cuatrimestre. Horario de Tutoría: Idioma en el que se imparte: Español 1. PRESENTACIÓN Esta guía es una herramienta que permitirá al alumno conocer los contenidos que componen la materia, las competencias que se adquirirán con su estudio, la distribución en el tiempo de las diferentes actividades, y los requisitos para superar la asignatura así como otros datos de interés. Podrá también descargarse de la plataforma docente disponible en Internet para la asignatura en Sistemas Operativos es una asignatura básica que se imparte en el segundo cuatrimestre del primer curso del Grado en Ingeniería de Computadores. Es la primera de las asignaturas de la materia de Sistemas Operativos, que se completará durante el grado con Sistemas Operativos Avanzados y, finalmente, con Sistemas Empotrados y Sistemas de Tiempo Real, siendo estas dos últimas de carácter optativo. El objetivo de esta asignatura es introducir al alumno en la necesidad de emplear sistemas software que ayuden a proporcionar niveles de abstracción suficientemente altos como para acometer el desarrollo de otros sistemas aún más complejos. Los Sistemas Operativos son los encargados de poner los recursos hardware de nuestra plataforma, de forma sencilla y segura, a disposición de los usuarios. Su evolución ha estado frecuentemente ligada a la de las Arquitecturas de Computadores, tomando de esta disciplina gran número de conceptos y técnicas. A su vez las Arquitecturas de Computadores han evolucionado para dar soporte a los requisitos que, a través de los Sistemas Operativos, han ido imponiendo los usuarios 2

3 a lo largo del tiempo. Esta realimentación mutua es vital para la comprensión del estado actual de esta disciplina, así como también para entender sus tendencias futuras. El primer tema se dedicará al estudio de esta relación, haciendo principal hincapié en aquellos elementos de la Arquitectura de Computadores que sean necesarios para abordar el estudio de los Sistemas Operativos. El segundo tema plantea el estudio de los diferentes enfoques de diseño que se pueden emplear para construir un Sistema Operativo. Se introducirá al estudiante en una serie de conceptos generales sobre el diseño de grandes sistemas particularizados para esta disciplina concreta. Entre ellos, cabe resaltar el diseño por capas, la separación entre mecanismos y políticas, etc. A continuación, se hará un estudio de los interfaces que generalmente comunican al usuario y a las aplicaciones con el Sistema Operativo, para concluir con un estudio sobre el núcleo y los mecanismos de llamadas al sistema. El tercer tema permitirá al alumno establecer las diferencias entre programas y procesos, así como la estructura de ambos en cada uno de los contextos en los que se desenvuelven. Al finalizar el tema el estudiante será capaz de justificar la introducción de hilos en los Sistemas Operativos modernos, establecer las características de los mismos, y realizar pequeños programas que hagan uso de ellos. Este tema concluirá con una serie de casos de estudio de Sistemas Operativos reales. Estos casos permitirán encuadrar todos los conceptos teóricos aprendidos anteriormente, así como detalles particulares propios de cada implementación. El último tema está dedicado a la planificación del uso de CPU. Con este tema se planteará al alumno la necesidad de llevar a cabo una selección de qué proceso debe ejecutarse en cada momento para conseguir mejorar una serie de parámetros de rendimiento. Asimismo, se estudiarán las políticas de planificación clásicas finalizando con el estudio de las técnicas utilizadas por algunos Sistemas Operativos comerciales. Prerrequisitos y Recomendaciones Esta asignatura se apoya en los conocimientos adquiridos por los estudiantes en las asignaturas de Tecnología de Computadores y Programación Básica I, impartidas ambas en el cuatrimestre precedente. Es por lo tanto muy recomendable haber superado dichas asignaturas antes de abordar el estudio de la asignatura de Sistemas Operativos. 3

4 2. COMPETENCIAS Competencias genéricas: 2. Capacidad de lectura comprensiva, análisis y síntesis 3. Desarrollo de habilidades para la búsqueda de información, selección de documentación en bases de datos y buscadores académicos relacionados con las ciencias económicas y empresariales 4. Iniciación en la capacidad de argumentación con el apoyo de los libros de texto y otras referencias proporcionadas en la asignatura 5. Capacidad para comunicar ideas y expresarse de forma correcta oral y escrita 6. Fortalecer la habilidad de aprendizaje autónomo y de trabajo en equipo. Competencias específicas: 7. Razonar la necesidad de los sistemas operativos en los entornos de computación actuales. 8. Explicar el papel del sistema operativo como interfaz entre el hardware y los programas de usuario. 9. Justificar la necesidad de las actividades concurrentes, los problemas que estas provocan y las soluciones a dichos problemas. 10. Diferenciar las técnicas de planificación de tareas más relevantes, tanto para sistemas batch, interactivos y de tiempo real. 11. Manejar el API de un sistema operativo. 4

5 3. CONTENIDOS Programación de los contenidos Parte Temas Total horas PARTE 1: Introducción a los Sistemas Operativos y conceptos previos sobre Arquitectura de Computadores Definición de Computador Definición de Sistema Operativo Modelo de máquina desnuda o Arquitectura de Von Neumann. o CPU, memoria, buses y Entrada y Salida Monitor simple residente o Monoprocesamiento o Protección del monitor o Llamadas a servicios del monitor o Concepto de interrupción Procesamiento por lotes (batch) o Alternancia en el uso de CPU y E/S o Arquitectura de E/S y técnicas de buffering. Sistemas multiprogramados o E/S por interrupciones o Protección de memoria o Modo dual de ejecución: trap s e Interrupciones. o Separación de espacios de direccionamiento: concepto de MMU Tiempo compartido o Protección contra monopolio de CPU o Técnica de desalojo o Necesidad de Planificación Técnicas de diseño: o Vista funcional y estructural o Diferencia entre mecanismos y políticas o Representación jerárquica de un computador 12h 5

6 PARTE 2: Estructura del Sistema Operativo Vistas restringidas y amplia de un Sistema Operativo. Funciones del Sistema Operativo Interfaces del sistema operativo o Con el usuario: La shell Entornos gráficos o Con las aplicaciones: llamadas al sistema. Descomposición en capas del Sistema Operativo El núcleo del Sistema Operativo o Descripción y funciones básicas o Casos de estudio de diseños: Linux, Windows, Mach Mecanismos de llamadas al sistema o Descripción o Tipos de llamadas al sistema 12h PARTE 3: Procesos e Hilos Programas vs. procesos Estructura de un programa Concepto de proceso Proyección de un programa en memoria en el contexto de usuario Creación de un proceso Hilos o Ciclo de vida básico o Llamadas al sistema relacionadas con la creación de procesos o Contexto del núcleo: estructuras de datos internas o Justificación o Características o Procesos vs. Hilos o Ejemplo de uso de hilos POSIX Casos de uso: Linux y Windows 16h 6

7 PARTE 4: Planificación del uso de CPU Mecanismo de conmutación de CPU Concepto de planificación o Justificación o Objetivos o Parámetros de evaluación Tipos de planificadores Políticas de planificación básicas o FCFS o SJF Conceptos de prioridad y requisa Políticas de planificación avanzadas o Planificación por prioridad pura o Turno rotatorio (round robin) o Colas multinivel con y sin realimentación Casos de uso: Linux y Windows 20h Cronograma Semana Contenido 1ª - 3ª PARTE 1: Teoría (6h) + Práctica y evaluación (6h) 4ª - 6ª PARTE 2: Teoría (6h) + Práctica y evaluación (6h) 7ª - 10ª PARTE 3: Teoría (8h) + Práctica y evaluación (8h) 11ª - 15ª PARTE 4: Teoría (10h) + Práctica y evaluación (10h) 4. METODOLOGÍAS DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE. ACTIVIDADES FORMATIVAS Número de horas totales: 150 Número de horas presenciales: 60 Número de horas del trabajo propio del estudiante: 90 Número de horas para clases teóricas y para prácticas. Número de horas de estudio autónomo: (estudio independiente, elaboración trabajos, ejercicios) 7

8 Estrategias metodológicas Clases presenciales Trabajo autónomo Tutorías Clases teóricas: estas clases se impartirán en grupos grandes y en ellas, mediante docencia magistral, el profesor desarrollará los conceptos más importantes para la comprensión de los contenidos de la asignatura. Resolución de casos prácticos: se harán en grupos reducidos. Durante las sesiones se plantearán diversos problemas susceptibles de resolución mediante técnicas expuestas en clase. De forma guiada se procederá a la aplicación de dichas técnicas para la resolución del problema. Presentación de informes y trabajos: el alumno deberá presentar a sus compañeros y al profesor informes y proyectos que haya realizado de forma individual o en grupos reducidos. Las presentaciones harán uso de las técnicas multimedia apropiadas. Pruebas parciales: durante el desarrollo del curso el profesor propondrá diversas pruebas parciales para revisar la adquisición de conocimientos y la aplicación de los mismos. Lecturas Realización de actividades: ejercicios, mapas conceptuales, ejemplificaciones, búsqueda de información. Participación en foros y actividades, generalmente a través de la plataforma docente de la asignatura. Las tutorías podrán ser tanto en grupos como individuales. Durante las mismas el profesor podrá evaluar la adquisición de las competencias y revisará los informes aportados por los estudiantes sobre los trabajos encomendados. 8

9 Materiales y recursos Los materiales para la preparación de las sesiones presenciales, así como las actividades a realizar por el estudiante de forma individual se podrán encontrar en la sección de docencia del portal de la Unidad de Sistemas Operativos y Lenguajes del Departamento de Automática, cuya dirección es El funcionamiento de esta herramienta docente se detallará en la clase de presentación de la asignatura. En ella se explicará entre otras cosas la forma en la que los estudiantes se inscribirán en el foro general de mensajes, que será el mecanismo habitual de comunicación con los estudiantes. Para cada actividad, el profesor proporcionará una serie de referencias bibliográficas que pueden consultarse en la biblioteca de la Escuela Politécnica. Para aquellas actividades que así lo requieran, el profesor indicará la forma de planificar dicha actividad así como los entregables que deben resultar de la realización de la misma. 5. EVALUACIÓN Esta asignatura se evaluará de forma continua mediante una serie de pruebas de carácter sumativo distribuidas a lo largo del curso, que permiten al estudiante abordar la asignatura de forma progresiva. En cada bloque de contenidos, se realizará, como mínimo, una prueba de evaluación, pudiendo ser relativa tanto a los contenidos prácticos, teóricos o ambos. La evaluación continua garantiza la retroalimentación temprana en el proceso de aprendizaje del alumno y permite a los profesores, coordinadores y demás elementos del Sistema de Garantía de calidad hacer un seguimiento global, con la posibilidad de actuar en caso de que lo aconsejen indicadores o situaciones determinadas. Según la Normativa Reguladora de los Procesos de Evaluación de los Aprendizajes, aprobada en Consejo de Gobierno el 24 de marzo de 2011, existe la posibilidad de acogerse a una prueba de evaluación final. Según cita literalmente dicha normativa: para acogerse a la evaluación final, el estudiante tendrá que solicitarlo por escrito al decano o director de centro en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura, explicando las razones que le impiden seguir el sistema de evaluación continua. La evaluación final no exime en ningún caso de la entrega en los plazos previstos de los ejercicios prácticos. Criterios de evaluación Para determinar si el alumno ha alcanzado los objetivos previstos, se tendrán en cuenta los siguientes parámetros: 9

10 1. Sobre el contenido y estudio: 1. Comprende los conceptos e ideas principales de cada uno de los bloques 2. Integra y aplica los contenidos a situaciones diversas 3. Resuelve los problemas de modo comprensivo 4. Elabora ideas coherentemente 5. Sintetiza de modo integrado 2. Sobre la capacidad de emitir juicios y fundamentar: 1. Demuestra argumentación en las ideas 2. Ejerce sentido crítico 3. Se observa capacidad de reflexión 3. Sobre el trabajo o proyecto: 1. Originalidad, aportes 2. Rigor en la presentación 3. Claridad y fundamentación 4. Integración teórico-práctica Criterios de calificación La evaluación de los alumnos se realizará de forma continuada a lo largo del curso. Su rendimiento será evaluado por su trabajo, conocimientos y destrezas adquiridas y la mejora de su proceso de aprendizaje. Los métodos a emplear serán: 1. Realización de actividades de evaluación continua planteadas por el profesor para cada uno de los temas. En global, estas actividades supondrán el 60% de la calificación del alumno. El total de las actividades planteadas se comunicarán al alumno durante la clase de presentación o a la finalización del bloque de contenido correspondiente. Dichas actividades comprenden: Realización de ejercicios prácticos (30% de la nota final) Exámenes durante el periodo docente (30% de la nota final) 2. Realización de un examen teórico-práctico a la finalización del periodo docente (40% de la nota final y será necesario una nota mínima de 3 puntos sobre 10). Si no se supera la asignatura en la evaluación ordinaria y se cumplen los requisitos específicos de los ejercicios prácticos detallados más adelante, existe la posibilidad 10

11 de presentarse a una evaluación extraordinaria que estará compuesta de las siguientes partes: 1. Examen sobre los ejercicios prácticos realizados durante el curso. Esta parte es opcional. De no realizarse se mantendrá la nota obtenida en la correspondiente parte de la evaluación continua. En caso de realizarse, la nueva nota prevalecerá sobre la continua. Esta parte constituye el 30% de la nota final. 2. Examen sobre los contenidos teórico-prácticos. Esta parte valdrá el 70% de la nota final. A aquellos alumnos a los que se les haya concedido la evaluación mediante examen final, y que cumplan los requisitos específicos de los ejercicios prácticos detallados más adelante, se les evaluará mediante un único examen global acerca de todos los contenidos de la asignatura. Esta evaluación considerará las siguientes partes: 1. Evaluación sobre los ejercicios prácticos realizados durante el curso. Esta parte es opcional. De no realizarse se mantendrá la nota obtenida. En caso de realizarse, la nota obtenida prevalecerá sobre la obtenida previamente. Esta parte constituye el 30% de la nota final. 2. Evaluación sobre los contenidos teórico-prácticos. Esta parte valdrá el 70% de la nota final. Si no se supera la asignatura en este examen se tendrá la posibilidad de presentarse a un examen extraordinario que tendrá el mismo formato y condiciones que el ordinario descrito anteriormente. Criterios de calificación específicos de los ejercicios prácticos Para superar esta parte tanto en la evaluación continua como en la final, en convocatoria ordinaria y en extraordinaria, es necesario cumplir los siguientes requisitos: 1. Entregar los ejercicios en la fecha establecida para cada uno de ellos durante el desarrollo del curso. Los ejercicios entregados en las dos semanas siguientes a la fecha límite se calificarán con una nota de cero puntos. Pasado este plazo, no se admitirá la entrega. Las entregas de las prácticas, salvo que se indique lo contrario de forma expresa, se realizarán exclusivamente dentro del grupo de laboratorio asignado al alumno. 2. No tener más de un ejercicio práctico calificado con una nota de cero. El incumplimiento de alguno de estos requisitos resultará en la calificación de No presentado en la asignatura en el curso académico. Según cita la Normativa Reguladora de los Procesos de Evaluación de los Aprendizajes, aprobada en Consejo de Gobierno el 24 de marzo de 2011: 11

12 El plagio, entendido como la copia de textos sin citar su procedencia y dándolos como de elaboración propia, conllevará automáticamente la calificación de suspenso en la asignatura en la que se hubiera detectado. Esta consecuencia debe entenderse sin perjuicio de las responsabilidades disciplinarias en las que pudieren incurrir los estudiantes que plagien. 6. BIBLIOGRAFÍA Bibliografía Básica Sistemas Operativos. S. Sánchez Prieto. Segunda edición. Servicio de Publicaciones de la Universidad de Alcalá Bibliografía Complementaria Sistemas Operativos. Stallings, William. Cuarta edición. Alhambra Editorial. Unix. Programación avanzada. Francisco M. Márquez García. Tercera edición. Ra-Ma Fundamentos de Sistemas Operativos. A. Silberschatz, P. B. Galván y G. Gagne. Séptima edición. McGraw Hill Sistemas Operativos Modernos. A.S. Tanenbaum. Tercera edición. Prentice Hall, Sistemas Operativos. Diseño e implementación. Tanenbaum, A.S. y Woodhull, A.S. Segunda edición. Prentice-Hall Hispanoamericana, S. A Organización y Arquitectura de Computadores. William Stallings. Séptima edición. Prentice-Hall International, Computer architecture: a quantitative approach. Hennessy, John L., Patterson, David A., Cuarta edición. Elsevier