Introduccion a Sistemas Operativos. Ej: Linux

Transcripción

1 Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ciencias Física Computacional CC063 Introduccion a Sistemas Operativos. Ej: Linux Prof: J. Solano 2012-I

2 Resumen Qué hacen los sistemas operativos? Organización Sistema-Computador Arquitectura Sistema-Computador Estructura del Sistema Operativo Operaciones del Sistema Operativo Administración de Procesos Administración de la memoria Administración del almacenamiento Protección y Seguridad Sistemas Distribuidos Sistemas de propósito especial Entornos de computación Sistemas Operativos Open Source 2

3 Qué es un Sistema Operativo? Un programa que actúa como intermediario entre un usuario de una computadora y el hardware del equipo Objetivos del sistema operativo: Ejecutar los programas de usuario y hacer más fácil el resolver los problemas de usuarios Hacer el sistema informático conveniente para el uso Usar el hardware en una manera eficiente 3

4 Estructura Sistema-Computador El sistema informático se puede dividir en cuatro componentes: Hardware - proporciona los recursos básicos de computación CPU, memoria, dispositivos I / O Sistema Operativo Controla y coordina el uso del hardware entre diferentes aplicaciones y usuarios Programas de aplicación - define las formas en que los recursos del sistema se utilizan para resolver los problemas de computación de los usuarios Procesadores de texto, compiladores, navegadores web, sistemas de bases de datos, juegos de vídeo Usuarios Las personas, las máquinas, otros equipos 4

5 Estructura Sistema-Computador 5

6 Qué hacen los sistemas Operativos? Los usuarios buscan conveniencia, facilidad de uso no se preocupan por la utilización de recursos Pero PC compartida, como mainframe o PC deben mantener felices a todos los usuarios Usuarios de sistemas dedicados como workstations tienen recursos dedicados, pero con frecuencia usan recursos compartidos de los servidores PCs de bolsillo son de escasos recursos, optimizados para la facilidad de uso y duración de la batería Algunas PCs tienen poca o ninguna interfaz de usuario, como PCs embebidos en dispositivos y automóviles 6

7 Organización Sistema-Computador El programa que funciona todo el tiempo en el equipo es el kernel. El resto es un programa del SO o de una aplicación. Operacion Sistema-Computador Uno o más CPUs, controladores de dispositivos se conectan a través de un bus común facilitando acceso a la memoria compartida Ejecución concurrente de CPUs y dispositivos compiten por los ciclos de memoria 7

8 IRQ 8

9 Jerarquía de dispositivos de almacenamiento 9

10 Arquitectura Sistema-Computador Mayoría de sistemas utilizan un único procesador de propósito general (PDAs a través de sistemas mainframe) La mayoría de los sistemas tambien tienen procesadores de propósito específico Sistemas de multiprocesadores estan creciendo en uso e importancia También conocidos como sistemas paralelos, sistemas fuertemente acoplados Las ventajas incluyen: 1. Mayor rendimiento 2. Economia de escala 3. Mayor fiabilidad degradacion elegante o tolerancia a fallas Dos tipos: 1. Multiprocesamiento asimétrico 2. Multiprocesamiento simétrico 10

11 Como trabaja un computador moderno Arquitectura von Neumann 11

12 Arquitectura de multiprocesamiento simétrico 12

13 Diseño Dual-Core 13

14 Sistemas en Clúster Como los sistemas multiprocesador, pero múltiples sistemas trabajando en conjunto Por lo general comparten almacenamiento a través de una red de área de almacenamiento (SAN) Proporciona un servicio de alta disponibilidad, resistente a fallas Clúster asimétrico tiene una máquina en modo de espera caliente Clúster simétrico tiene multiples nodos ejecutando aplicaciones, controlandose entre sí Algunos clústers son de alto rendimiento (HPC) Aplicaciones deben ser escritas para usar paralelización 14

15 Sistemas en Clúster 15

16 Estructura del Sistema Operativo Multiprogramación necesaria para la eficiencia Un solo usuario no puede mantener la CPU y los dispositivos de I/O ocupados todo el tiempo Multiprogramación organiza trabajos (código y datos) para q la CPU siempre tenga uno para ejecutar Un subconjunto del total de trabajos en el sistema se mantiene en la memoria Un trabajo se selecciona y ejecuta a través del planificador de tareas (job scheduling) Cuando se tiene que esperar (ej. para I/O), el SO cambia para otro trabajo Tiempo compartido (multitarea) es una extensión lógica en la que la CPU cambia trabajos con tanta frecuencia que los usuarios pueden interactuar con cada trabajo mientras se están ejecutando, creando computación interactiva El tiempo de respuesta debe ser <1 seg Cada usuario tiene al menos un programa ejecutandose en la memoria - proceso Si varios trabajos listos para ejecutarse al mismo tiempo - CPU scheduling Si los procesos no caben en la memoria, intercambia ellos I/O para ejecutarse La memoria virtual permite ejecución de procesos q no estan del todo en la memoria 16

17 Administración de Procesos Un proceso es un programa en ejecución. Es una unidad de trabajo dentro del sistema. Programa es una entidad pasiva, Proceso es una entidad activa. Proceso necesita recursos para realizar su tarea CPU, memoria, I/O, archivos datos de inicialización Finalización de los procesos requiere recuperar de todos los recursos reutilizables Procesos de un único hilo tienes un contador de programa que especifica la ubicación de la siguiente instrucción a ejecutar Proceso ejecuta instrucciones secuencialmente, una a la vez, hasta finalizar Procesos de multiples hilos (Multi-threaded) tiene un contador de programa por hilo Normalmente, el sistema tiene muchos procesos, algunos de los usuarios, algunos del sistema operativo ejecutandose simultáneamente en uno o más CPUs Concurrencia por multiplexación del CPU entre los procesos/hilos 17

18 Computacion Distribuida Colección de sistemas separados, posiblemente heterogéneos, conectados en red Red (network) es una vía de comunicación Red de Área Local (LAN) Red de Área Amplia (WAN) Red de Área Metropolitana (MAN) Sistema operativo de red proporciona funciones entre sistemas a través de la red Esquema de comunicación permite a los sistemas intercambiar mensajes Ilusión de un sistema único 18

19 Sistemas de proposito especifico Sistemas embebidos en tiempo real es forma más frecuente de computadores Varia mucho, proposito especial, SO de proposito limitado, SO en tiempo real Sistemas multimedia Flujos de datos deben ser entregados de acuerdo a restricciones de tiempo Sistemas portátiles PDAs, smart phones, CPU limitado, memoria, potencia Reducido conjunto de funciones del SO, limitado I/O 19

20 Ambientes de Computacion Computador tradicional Borrando con el tiempo Ambiente de oficina PCs conectados a una red, los terminales conectados al mainframe o miniordenadores proporcionando batch y tiempo compartido Ahora los portales permitiendo acceso de sistemas remotos y en red a los mismos recursos Redes domésticas Solía ser un solo sistema, a continuación los módems Ahora un cortafuegos (firewalled), en red 20

21 Ambientes de Computacion (cont.) Cliente-servidor Terminales tontos suplantados por PCs inteligentes Muchos sistemas son ahora servidores, respondiendo a solicitudes de clientes Servidor-computador proporciona una interfaz al cliente para solicitar servicios (ej: base de datos) Servidor-archivos proporciona una interfaz a los clientes para almacenar y recuperar archivos 21

22 Computacion Peer-to-Peer Otro modelo de sistema distribuido P2P no distingue clientes y servidores En su lugar todos los nodos son considerados iguales (peers) Cada uno puede actuar como cliente, servidor o ambos Nodo debe unirse a la red P2P Registra su servicio con el centro de servicio de búsqueda en la red, o Solicitud broadcast de servicio y respuesta a las solicitudes de servicio via protocolo de detección Algunos ejemplos son Napster y Gnutella 22

23 Computacion basada en Web Web se ha convertido en omnipresente PCs son los dispositivos que prevalecen Más dispositivos se conectan a la red para permitir acceso a la web Nueva categoría de dispositivos para controlar el tráfico web entre servidores similares: balanceadores de carga Uso de sistemas operativos como Windows 95, del lado del cliente, ha evolucionado en Linux y Windows XP, que pueden ser clientes y servidores 23

24 Sistemas Operativos Open-Source SOs disponibles en formato de código fuente en lugar de sólo binarios de código cerrado En contra de la protección de copia y el movimiento de derechos digitales (DRM) Iniciado por Free Software Foundation (FSF), que cuenta con "copyleft" GNU Public License (GPL) Los ejemplos incluyen GNU/Linux y BSD UNIX (incluyendo el núcleo de Mac OS X), y muchos más 24