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¿Que es?HistoriaLogros

Sistemas OperativosIntroduccion a los Sistemas Operativos

Esteban De La Fuente [email protected]

LATEX

Universidad Andres Bello

19 ago 2010

Esteban De La Fuente Rubio Sistemas Operativos


Tabla de contenidos

1 ¿Que es?DefinicionDesde el punto de vista del usuarioVisto desde la administracion de recursosHardware de un computador

2 HistoriaTipos de sistemas operativosComputadores a lo largo de los anos

3 Logros



DefinicionDesde el punto de vista del usuarioVisto desde la administracion de recursosHardware de un computador

¿Que es un sistema operativo?

Segun RAE: Programa o conjunto de programas que efectuanla gestion de los procesos basicos de un sistema informatico, ypermite la normal ejecucion del resto de las operaciones.

Objetivos:

Simplificar labores del usuario.Administrar eficientemente los recursos disponibles.




Desde el punto de vista del usuario

Usuario final no se preocupa por el hardware.

Si le interesan las aplicaciones que puede usar sobre elhardware.

Desarrolladores no requieren implementar llamadas directas alsistema.




Desde el punto de vista del usuario (2)

Servicios ofrecidos:

Creacion de programas: herramientas para realizar la tarea dedesarrollo de aplicaciones para el sistema operativo.

Ejecucion de programas: administra los procesos que seejecutan en el sistema.

Acceso a los dispositivos de E/S: simplifica la tarea de escribiren una pantalla o leer datos desde el teclado.

Almacenamiento: se preocupa de los discos, la busqueda deinformacion en estos, su formato y gestion en general.





Memoria: administracion del uso de memoria disponible.

Deteccion y respuesta contra errores: debera ser capaz dedetectar y proteger al sistema frente a eventuales anomalıas.

Estadısticas: debera recopilar informacion sobre el uso de losrecursos y parametros generales sobre el hardware.





Figura: Capas visibles por el usuario




Visto desde la administracion de recursos

El sistema operativo es un programa que tambien debe haceruso de los recursos disponibles en la maquina.

Lo anterior lleva a la situacion donde el sistema operativodebe ser lo suficientemente eficaz en la administracion derecursos como para hacerla de forma satisfactoria y a la vezno entorpecer la ejecucion de los programas “utiles” de losusuarios.




Visto desde la administracion de recursos (2)

El sistema operativo se encuentra cargado en memoria RAMtodo el tiempo, por esto motivo hay espacio en memoria queno se encuentra disponible para el resto de los programas.

Es el encargado de tomar la desicion de cuando y quienutilizara un determinado recurso (como el procesador,memoria principal, disco duro, etc).





Figura: Recursos a administrar





Figura: Relacion entre los recursos




Hardware de un computador

Figura: Hardware disponible para utilizar por el usuario




Hardware de un computador (2)

Figura: Distintos tipos de memoria





Figura: Organizacion de la memoria principal





Figura: Disco duro





Figura: Funcionamiento de las interrupciones





Figura: Vision global del computador



Tipos de sistemas operativosComputadores a lo largo de los anos

Historia

¿Cuando se actualiza un sistema operativo?

Actualizaciones de hardware o nuevos tipos.

Nuevos servicios y/o funcionalidades.

Correcciones.




Sistemas operativos por lotes (batch)

Requiere que este unido: programa, datos y llamadas alsistema.

Poca o ninguna interaccion con el usuario.

Utiles en programas largos y que no son interactivos.

Lo primero que llega es lo primero que se procesa.

Baja utilizacion de los recursos.

La planificacion del procesador y administracion de memoriaes simple.




Sistemas operativos por lotes (batch) (2)

Figura: Tarjetas para un sistema operativo por lotes




Sistemas operativos de multiprogramacion

Soporta varios procesos residentes, simultaneamente enmemoria primaria.

Multiprogramacion implica multiproceso (no a la inversa).

Multiproceso: un mismo programa se ejecuta “paralelamente”.

Relacionado con el concepto de multiusuarios.




Sistemas operativos de multiprogramacion (2)

Figura: Uso de CPU en lotes v/s multiprogramacion




Sistemas operativos de tiempo compartido

Sistemas multiprogramados y multiusuario.

Buen tiempo de respuesta.

Reparto equitativo de recursos y proteccion frente al uso deestos.

Control de concurrencia (memoria, dispositivos de E/S,archivos).

La administracion del procesador y de la memoria es mascompleja.

Se organiza por sesiones y no por trabajos.




Sistemas operativos de tiempo compartido (2)

Figura: Trabajos: T1/15K, T2/20K, T3/5K, y T4/10K




Sistemas operativos de tiempo real

Disenados para aplicaciones en tiempo real (ej: control traficoo procesos industriales).

Tiempos rapidos de respuesta.

Procesos residen permanentemente en memoria.

Interrupciones deben ser atendidas muy rapidamente.




Sistemas operativos distribuidos

Varias CPU´s, conectadas entre sı, trabajan de maneraconjunta.

Influenciado por el decaimiento en los costos de losprocesadores.

La velocidad de la luz, un lımite natural para la capacidad delos procesadores.

Aprovechamiento de las redes de computadores.

Se espera: alto rendimiento, alta disponibilidad, balanceo decarga y escalabilidad.




Sistemas operativos distribuidos (2)

Figura: Cluster de la NASA




La primera generacion de computadores (1945 - 1955)

Caracterizada por los grandes tamanos.

Capacidad muy limitada y lentas.

El mismo grupo de personas, disenaba, construıa,programaba, operaba y mantenıa las maquinas.

No existıa SO, los programas se introducıan bit a bit. Luegose automatiza la funcion cuando en 1950, se introduce lalectora de tarjetas perforadas.




La primera generacion de computadores (1945 - 1955) (2)

Figura: Computador primera generacion




La primera generacion de computadores (1945 - 1955) (3)

Figura: Circuito primera generacion




La segunda generacion de computadores (1955 - 1965)

Caracterizada por la introduccion de los transistores que hizoa los computadores mas confiables.

Se separaron las funciones de diseno, construccion,programacion, operacion y mantenimiento.

El procedimiento a seguir era: disenar el programa, perforartarjetas, cargar el programa, esperar la salida, impresion deresultados (sistema on-line).




La segunda generacion de computadores (1955 - 1965) (2)

Para automatizar la tarea del operador, nace el primer SO, el“Monitor Residente”.

Luego surge el sistema de procesamiento por lotes. Solo secargaban programas escritos en Fortran o Cobol para luegoprocesarlos en serie.

Introduccion de la unidad de cinta (sistema off-line).




La segunda generacion de computadores (1955 - 1965) (3)

Figura: Circuito segunda generacion




La tercera generacion de computadores (1965 - 1980)

Caracterizada por los circuitos integrados (computadores detamano mas pequeno que en la primera generacion) y lamultiprogramacion.

Aparecen los discos magneticos que permiten una lectura yescritura en forma “simultanea”.

La necesidad del mercado por ciclos de procesamiento fueaumentando, lo que derivo en la necesidad de maquinas masgrandes y compatibles entre sı.




La tercera generacion de computadores (1965 - 1980) (2)

La multiprogramacion fue uno de los aportes massignificativos de esta generacion de computadores.

Soporte de hardware para la proteccion de diferentesprogramas residentes en memoria simultaneamente.

La necesidad de reducir los tiempos de respuesta entre laentrada de datos y los resultados, fue uno de los impulsores delos sistemas de tiempo compartido.





Aparece el concepto de memoria virtual, se podıan ejecutarprogramas mayores que la memoria real disponible.

Surge la ingenierıa de software; la comprension de que elsoftware debıa ser disenado de modo que fuera confiable,comprensible y facil de mantener, mediante el uso de metodosdisciplinados y estructurados en la construccion de programas.

Los SO de esta epoca se caracterizaron por tener multiplesmodos de operacion que comprendıan el procesamiento porlotes, de tiempo compartido y de tiempo real.





Costo de construir un ordenador disminuidos drasticamente.

Aparece el uso de los estandares en los protocolos decomunicacion como TCP/IP del departamento de Defensa deEstados Unidos y el uso en redes de area local del estandarEthernet desarrollado en el Centro de Investigacion de PaloAlto de Xerox.





Figura: Circuito tercera generacion




La cuarta generacion de computadores (1980 - 1990)

Caracterizada por la utilizacion de los circuitos de integraciona gran escala.

Aparicion de los computadores personales.

Reduccion en el costo de los computadores hacen posible laadquisicion masiva de equipos por parte de las universidades eindustria.




La cuarta generacion de computadores (1980 - 1990) (2)

Se hacen populares las estaciones de trabajo.

Surge la industria del software de aplicacion.

En las computadoras personales que utilizan el procesadorIntel 8088, y sus sucesores, 80286, 80386 y 80486, domina elSO. MS-DOS de Microsoft.





En las estaciones de trabajo el SO. predominante es UNIX.

Se hicieron populares las aplicaciones en redes decomputadores como el correo electronico, la transferencia dearchivos y el acceso a bases de datos remotas.

Proliferaron las aplicaciones tipo cliente/servidor.





Figura: Circuito cuarta generacion




Tendencias ultimas 2 decadas

Computacion distribuida, mediante el uso de plataformasmultiprocesadoras y procesadores conectados en red.

Dispositivos de entrada mas rapidos y eficientes como lossistemas de reconocimiento automatico de voz.

Calidad fotografica en el tratamiento de imagenes.

Gran desarrollo en aplicaciones en Multimedia (Datos +Sonido + Imagenes).




Tendencias ultimas 2 decadas (2)

Los sistemas abiertos:

Normas de comunicacion abiertas, como el modelo dereferencia OSI.

Normas de SO. abiertos como UNIX.

Normas de interfaces de usurio abiertas, como el sistema deventanas X desarrollado por MIT.

Normas de aplicaciones de usuario abiertas, como lasentregadas por la FSF.



Logros

Los procesos.

La gestion de memoria.

La seguridad y la proteccion de la informacion.

La planificacion y la gestion de recursos.

La estructura del sistema.



Procesos y memoria

Un proceso corresponde a cualquier programa en ejecucion.

Estados:

Listo: preparado para ser ejecutado.Standby: ha sido elegido por el planificador.Ejecucion: esta siendo ejecutado.Espera: existe algun tipo de bloqueo.Transicion: listo para ejecutar, pero en espera de recursos.Terminado: fin del proceso.



Procesos y memoria (2)

Figura: Posibles estados de un proceso




Requiere usar CPU, memoria, dispositivos de entrada/salida,etc.

Acceso a un mismo recurso al mismo tiempo. Ejemplo CPU,existe competencia por el uso del procesador.

Diferentes algoritmos utilizados por el sistema operativo paraadministrar CPU y memoria principal.




Figura: Ejemplo de acceso a un mismo recurso




Problemas comunes:

Sincronizacion incorrecta: una senal que deberıa llegar a unproceso y no llego.

Fallos de exclusion mutua: 2 procesos accediendo al mismorecurso.

Funcionamiento no determinista: salida de un proceso nodepende de la entrada o los calculos (ejemplo: fallo memoriacompartida).

Interbloqueos: proceso A en espera de B y B en espera de A.




Figura: Ejemplo de interbloqueo




Proceso requiere para funcionar:

Ejecutable.

Datos asociados.

Contexto: datos que requiere el sistema operativo paramanejar un proceso (ejemplo: espacio en memoria).




Figura: Uso de memoria principal por un proceso



Seguridad y proteccion

Polıticas de proteccion:

No comparticion: procesos se encuentran aislados.

Compartida solo como lectura, para escribir un recurso serequieren mecanismos (o condiciones) especiales.

Subsistemas confinados: similar a una proteccion porocultacion donde un proceso evita que otros sepan comoopera.

Diseminacion controlada: en este caso existen credenciales deseguridad para acceder a los recursos.



Seguridad y proteccion (2)

Categorıas de proteccion:

Control de acceso: que recursos puede utilizar un usuario en elsistema.

Control de flujo de informacion: indica como se comparte lainformacion entre el sistema y los usuarios.

Certificacion: corresponde a la verificacion del cumplimientode los casos anteriores de acuerdo a las polıticas usadas.



Gestion de recursos

Factores a tener en cuenta:

Equidad: igual preferencias.

Sensibilidad: priorizar ciertos procesos.

Eficiencia: maximizar productividad y minimizar tiempo derespuesta.



Gestion de recursos (2)

Figura: Esquema para la gestion de recursos



Estructura del sistema

La estructura del software utilizada dentro del sistemaoperativo puede afectar considerablemente el funcionamientode este.

Un sistema con mas o menos instrucciones no significa quesea un sistema mas o menos eficiente, ni mucho menos mas omenos simple.

Existen problemas con los tiempos de entrega del software,fallos y rendimiento en el momento de poner enfuncionamiento un nuevo sistema.

Se debe dividir el sistema operativo, de tal forma de que cadauna de las partes de este cumpla una funcion especıfica.


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