Universidad de Buenos Aires Facultad de Ciencias Económicas Tecnología de la Información Profesor Adjunto Dr. Anibal Mazza Fraquelli Sistemas Operativos File: 2-34000 1
Nacimiento del Sistema Operativo En el inicio: Luego: Computador / Técnico en Sistemas / Usuario Computador / Sistema Operativo (Interfase Usuario) / Usuario 2
Sistema Operativo Actividades de Manejo y Control Asignación Programación de Tareas Monitoreo Dispositivos Residentes: Almacenamiento Secundario Administración de Dispositivos 3
Equivalencias... Software de Base = Sistema Operativo Software de Aplicación = Programas Aplicativos 4
Ejemplo Ram = 64mb Uso propio por SO = 20% = 12.8mb Libre = 10% = 6.4mb Excel = 8mb Word = 8mb Access = 16mb Outlook = 8mb Winamp = 4mb Como corre todo a la vez? 5
Sistemas Operativos Sistema Operativo Particularidades Windows 98 & 95 Windows NT & 2000 32 Bits; GUI; Multithread, rediseñado desde viejas versiones, redes 32-bit, no limitado a chips Intel. Multitasking; MultiProceso, redes Windows CE OS/2 Windows para handheld, Inalámbrico Dispositivos de comunicación, redes 32-bit. IBM PS/2. Multitasking; redes 6
Sistemas Operativos Sistema Operativo Particularidades UNIX Mac OS DOS MicroComputadoras, Workstations, MiniComputadoras. Multitasking; Multi- Usuario; Redes. Portable a varias plataformas Macintosh. Multitasking, gráficos de alta calidad Multimedia IBM (PC-DOS) y PC (MS-DOS). Memoria Programas: 640K 7
Funcionamiento Ejecución de un solo programa a la vez. Batch: conjunto de programas que se ejecutan en grupo. Multiprogramación: varios programas se ejecutan a la vez y el S. O. Asigna los recursos. Entrada remota de trabajos Tratamiento de transacciones: permite la ejecución múltiple de un mismo programas (multithreading) Multiacceso: varios usuarios actuando de forma concurrente. Tiempo real: los ordenadores pueden interactuar con otros equipos. 8
Definición Es un programa o conjunto de programas. Estos programas trabajan juntos para lograr ciertos objetivos. Se encarga de gestionar ciertos recursos: Entrada/salida Tratamiento de la información Almacenamiento masivo Actúa de intermediario entre el hardware y los programas de aplicación. 9
Objetivos Hacer posible el uso eficiente de los recursos del sistema: Actúa coordinando las diferentes velocidades de funcionamiento de los dispositivos. P. E. Mas velocidad de procesadores, mas lentitud de periféricos. Simplificar la operación de trabajo con el hardware: Generan una máquina virtual: ordenador simplificado en el que el S. O. Carga con el trabajo de acercamiento al hardware. 10
Funciones Asignación de tiempo de CPU: Planificar las diversas actividades. Control de recursos: Asignar recursos de forma racional. P. E. División de la memoria del ordenador entre los programas, controlar colas de e/s. Control de entrada/salida: Gestionar los datos desde y hacia los periféricos. Control de los errores y protección: Informar de las situaciones anómalas Interfaz con el usuario: Facilita el uso. Facilidades contables: Cálculo de costes de uso de CPU. 11
Tipos de S. O. Estructura jerárquica 12
Tipos de S. O. Sistemas operativos por servicios 13
Estructura Núcleo Gestión de la memoria Control de entrada/salida Gestión de dispositivos de almacenamiento masivo Asignación de recursos y planificación Protección Interfaz de usuario 14
Núcleo Descansa directamente sobre el hardware y proporciona una serie de servicios a las capas superiores del sistema. Las tareas principales son: Manejo de interrupciones Asignación de trabajo al procesador Proporcionar una vía de comunicación entre los diferentes programas 15
Núcleo Manejo de interrupciones: Cuando el hardware detecta una interrupción, el control se transfiere a este módulo, el cual analiza el carácter de la interrupción y toma las acciones apropiadas: Transferir el control a otro módulo del S. O. Iniciar otro programa Continuar la ejecución del programa interrumpido 16
Gestión de interrupciones S. O. multitarea ES3 ES2 ES1 P1 P2 P3 P3 P3 P2 P1 SO 17
Núcleo Asignación de trabajo al procesador y comunicación entre programas El núcleo transfiere el control al programa que el planificador ha determinado para que sea el próximo en ejecutarse. La comunicación entre programas se logra manteniendo una cola de mensajes en espera para cada uno de los programas activos. El núcleo recibe los mensajes y los va almacenando en la cola apropiada al destino en cuestión, para distribuirlos cuando el programa destino se active. 18
Núcleo 19
Gestión de la memoria La memoria principal de la mayoría de los ordenadores es mucho mas pequeña de lo que sería necesario para manejar todos los programas y datos. El módulo de gestión de memoria es el encargado de asignar ciertas porciones de la memoria principal a los diferentes programas, mientras el resto de programas y datos se mantienen en los dispositivos de almacenamiento masivo. La forma mas común de gestión de memoria es crear una memoria virtual utilizando los dispositivos de almacenamiento masivo. 20
Gestión de la memoria 21
Gestión de la memoria 22
División de la memoria entre las tareas Por páginas: bloques de bytes de igual tamaño para todos los procesos y tareas. Por segmentos: bloques de bytes con distinto tamaño según el proceso. Por segmentos paginados: Los segmentos de tamaño distinto se dividen a su vez en páginas de distinto tamaño. 23
Control de la entrada/salida Los problemas derivados de las diferentes velocidades de funcionamiento de los dispositivos son tratados por este módulo presentándolo como una cuestión independiente del dispositivo. P.e. En las salidas es frecuente la utilización de spoolers, los datos se almacenan temporalmente en una cola situada en un dispositivo de almacenamiento masivo hasta que el periférico requerido quede libre. 24
Gestión de entradas/salidas Proceso Soft E/S Soft Perif Ctrl Interr Hardware Petición E/S Petición OK 25
Gestión de los dispositivos de almacenamiento masivo Los datos y programas de un dispositivo de almacenamiento masivo se mantienen en ficheros. Supervisa la creación, actualización y eliminación de estos ficheros. Mantiene un directorio con todos los ficheros que existen en el sistema en cada momento. Cada fichero está dotado de un conjunto de privilegios de acceso, que indican la extensión con la que pueden compartir la información contenida en el fichero. El S. O. Vigila que estos privilegios no sean violados. 26
Sistema de archivos Todas las aplicaciones computarizadas necesitan almacenar y recuperar la información Superando las limitaciones del almacenamiento real. Trascendiendo a la duración de los procesos que las utilizan o generan. Independizando a la información de los procesos permitiendo el acceso a la misma a través de varios procesos. Las condiciones esenciales para el almacenamiento de la información a largo plazo son: Debe ser posible almacenar una cantidad muy grande de información. La información debe sobrevivir a la conclusión del proceso que la utiliza. Debe ser posible que varios procesos tengan acceso concurrente a la información. La solución es el almacenamiento de la información en discos y otros medios externos en unidades llamadas archivos: Los archivos deben ser persistentes, es decir que no deben verse afectados por la creación o terminación de un proceso. Los archivos son una colección de datos con nombre. Pueden ser manipulados como una unidad por operaciones como: open, close, create, destroy, copy, rename, list. Los elementos de datos individuales dentro del archivo pueden ser manipulados por operaciones como: read, write, update, insert, delete. El Sistema de Archivos es la parte del sistema de administración del almacenamiento responsable, principalmente, de la administración de los archivos del almacenamiento secundario. Es la parte del S. O. responsable de permitir compartir controladamente la información de los archivos. 27
Sistema de archivos Los usuarios deben poder crear, modificar y borrar archivos. Se deben poder compartir los archivos de una manera cuidadosamente controlada El mecanismo encargado de compartir los archivos debe proporcionar varios tipos de acceso controlado: Ej.: Acceso de Lectura, Acceso de Escritura, Acceso de Ejecución, varias combinaciones de estos, etc. Se debe poder estructurar los archivos de la manera más apropiada a cada aplicación. Los usuarios deben poder ordenar la transferencia de información entre archivos. Se deben proporcionar posibilidades de respaldo y recuperación para prevenirse contra: La pérdida accidental de información. La destrucción maliciosa de información. Se debe poder referenciar a los archivos mediante Nombres Simbólicos, brindando Independencia de Dispositivos. En ambientes sensibles, el sistema de archivos debe proporcionar posibilidades de Cifrado y Descifrado. El sistema de archivos debe brindar una interfase favorable al usuario: Debe suministrar una visión lógica de los datos y de las funciones que serán ejecutadas, en vez de una visión física. El usuario no debe tener que preocuparse por: Los dispositivos particulares. Dónde serán almacenados los datos. El formato de los datos en los dispositivos. Los medios físicos de la transferencia de datos hacia y desde los dispositivos. 28
Sistema de archivos Un Archivo es un conjunto de registros relacionados El Sistema de Archivos es un componente importante de un S. O. y suele contener: Métodos de acceso relacionados con la manera de acceder a los datos almacenados en archivos. Administración de archivos referida a la provisión de mecanismos para que los archivos sean almacenados, referenciados, compartidos y asegurados. Administración del almacenamiento auxiliar para la asignación de espacio a los archivos en los dispositivos de almacenamiento secundario. Integridad del archivo para garantizar la integridad de la información del archivo. El sistema de archivos está relacionado especialmente con la administración del espacio de almacenamiento secundario, fundamentalmente con el almacenamiento de disco. Una forma de organización de un sistema de archivos puede ser la siguiente: Se utiliza una raíz para indicar en qué parte del disco comienza el directorio raíz. El directorio raíz apunta a los directorios de usuarios. Un directorio de usuario contiene una entrada para cada uno de los archivos del usuario. Cada entrada de archivo apunta al lugar del disco donde está almacenado el archivo referenciado. Los nombres de archivos solo necesitan ser únicos dentro de un directorio de usuario dado. El nombre del sistema para un archivo dado debe ser único para el sistema de archivos. En sistemas de archivo jerárquicos el nombre del sistema para un archivo suele estar formado como el nombre de la trayectoria del directorio raíz al archivo. 29
Sistema de archivos 30
Asignación de recursos y planificación La mayor parte del tiempo en que un ordenador está funcionando, la demanda de recursos es mayor que los realmente existentes. Este problema se resuelve aplicando una política de asignación de recursos. El mecanismo sería sencillo si se pudiese utilizar una política del tipo: atender primero al que antes lo solicite, sin embargo esto puede llevar a situaciones de deadlock (sistema colgado o caido) cuando dos programas solicitan insistentemente recursos asignados a otro. El planificador cuenta con una política que varia de un S. O. a otro. Una política muy común consiste en el time slicing (asignación de intervalos cortos de tiempo a los programas) 31
Asignación de recursos y planificación Fin de un intervalo de tiempo Nuevos programas Programas ejecutables Cola del procesador Programas listos para ejecutarse Procesador Ejecución de Un programa Programas terminados Programas cuyas peticiones e/s satisfechas Colas de Entrada/salida Programas bloqueados por peticiones e/s Programas no ejecutables 32
Protección Actúa contra dos sucesos: Errores Abuso deliberado de los recursos del sistema 33
Bloqueos 34
Interfaz de usuario Interfaz de comandos Interfaz gráfica 35
MS DOS Desarrollado en 1979 MS DOS, IBM, Bill Gates y Microsoft 36
MS DOS Usuario Procesador de comandos Sistema de Transferencia de caracteres Sistema de ficheros Programas de aplicación Utilidades Controladores de dispositivos Bios Firmware Dr. Anibal Mazza Fraquelli Hardware www.fraquelli.net 37
MS DOS Procesador de comandos Interfaz de usuario Gestionar el sistema de interrupciones Tratar los errores Ejecutar los comandos internos del MS DOS 38
MS DOS Gestión de almacenamiento masivo Gestión de ficheros del ordenador Sistemas de directorios Directorio raíz Fichero Directorio Fichero Directorio Directorio Fichero Fichero Fichero 39
Interfaz gráfico Metáfora escritorio Menús y botones Teclado y ratón S: O. Usuario S. O. Servidores Historia Windows 1.0, 2.0, 3.0 Windows 3.1 Windows 3.11 Windows 95 y 98 Windows NT, 2000 y XP Windows CE Windows Pocket PC Windows 40
UNIX Laboratorios Bell de ATT S. O. de propósito general Multiusuario e Interactivo Soporta multiprogramación y multiacceso 41
LINUX Desarrollado por Linus Torvalds Funciona sobre plataformas Intel o Motorola Se estructura en: Núcleo o Kernel: Interactúa directamente con el hardware y reside permanentemente en memoria. Shell: Intérprete de comandos. Interfaz entre núcleo y usuario. Utilidades o programas de usuario. 42
Interfaz gráfica LINUX 43