Sistemas operativos

Funcionamiento de los ordenadores y S. O.

• 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.

Definición de S. O.

• 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.

Objetivos de los S. O.

• 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.

Funciones de los S. O.

• 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.

Tipos de S. O.• Estructura jerárquica

Tipos de S. O.

• Sistema operativos por servicios

Estructura de un S. O.

• Núcleo• Gestión de la memoria• Control de entrada/salida• Gestión de dispositivos de almacenamiento

masivo• Asignación de recursos y planificación• Protección• Interfaz de usuario

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

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

Gestión de interrupciones S. O. multitarea

SOP1

P2

P3

ES1

ES2ES3

P2 P3

P1P3

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.

Núcleo

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.

Gestión de la memoria

Gestión de la memoria

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.

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.

Gestión de entradas/salidas

Proceso Soft E/S Soft Perif Ctrl Interr Hardware

Petición E/S

Petición OK

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.

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.

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.

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.

Sistema de archivos

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)

Asignación de recursos y planificación

Cola del procesador Procesador

Colas deEntrada/salida

Nuevosprogramas

Fin de un intervalo de tiempo

Programasterminados

Programasejecutables

Ejecución deUn programa

Programas listospara ejecutarse

Programas no ejecutables

Programas bloqueadospor peticiones e/s

Programas cuyaspeticiones e/ssatisfechas

Protección

• Actúa contra dos sucesos:– Errores– Abuso deliberado de los recursos del sistema

Bloqueos

Interfaz de usuario

• Interfaz de comandos

• Interfaz gráfica

MS DOS

• Desarrollado en 1979

• MS DOS, IBM, Bill Gates y Microsoft

MS DOS

Procesadorde comandos

Usuario

Sistema deTransferencia de

caracteres

Sistema deficheros

Programasde aplicación

Utilidades

Controladores dedispositivos

Bios

Firmware

Hardware

MS DOS

• Procesador de comandos– Interfaz de usuario– Gestionar el sistema de interrupciones– Tratar los errores– Ejecutar los comandos internos del MS DOS

MS DOS

• Gestión de almacenamiento masivo– Gestión de ficheros del ordenador– Sistemas de directorios

Directorioraíz

Fichero Directorio Fichero Directorio

FicheroDirectorio Fichero Fichero

Windows• 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

UNIX

• Laboratorios Bell de ATT

• S. O. de propósito general

• Multiusuario e Interactivo

• Soporta multiprogramación y multiacceso

LINUX

• Desarrollado por Linus Torvald• 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.

LINUXInterfaz gráfica