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FUNDAMENTOS DE SISTEMAS OPERATIVOS

LUIS ALEJANDRO PACHECO TORO

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Diseño y Estructuras de Hardware

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Definición de Sistema Operativo

• Un sistema operativo es un programa que actúa como intermediario entre el usuario de un computador y el hardware de éste.

• El S.O. controla y coordina el uso del hardware en forma eficiente entre lo diversos programas de aplicación de los usuarios (de diferentes usuarios en el caso de mainframe)

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Definición de Sistema Operativo

• El S.O. es un asignador de recursos.– Tiempo de CPU– Espacio en memoria– Espacio para el almacenamiento en disco– Dispositivos de E/S– Etc.

El SO para asignar recursos actúa como administrador, al enfrentarse a una masiva solicitud de recursos por parte de programas y usuarios específicos.

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Definición de Sistema Operativo

• Un S.O. es un programa de control– Controla la ejecución de los programas de usuario

a fin de evitar errores y el uso incorrecto del computador

– Se ocupa de la operación y control de los dispositivos de E/S

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Definición de Sistema Operativo

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Propósito de un S.O.El propósito de un S.O. es crear un entorno en el que el usuario pueda ejecutar programas

• El objetivo primario de un S.O. es brindar comodidad al usuario

• El objetivo secundario es la operación eficiente del sistema de computación

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Definición de Kernel• El Kernel o Núcleo de un

S.O. es una pequeña parte de lo que es el S.O.

• Es el código que más se utiliza

• Reside en memoria principal

• Controla todas las operaciones donde participan procesos.

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Kernel

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Microkernels• El kernel se expande (aumentaba su tamaño)

cada día mas ya sea en UNIX o WINDOWS, a mediados de los años 80 existía un SO llamado MACH que modularizaba el kernel usando lo que se denomina microkernel.

• Este método estructura el SO eliminando todos los componentes no esenciales del kernel e implementándolos como programas del sistema y de nivel del usuario.

• Proporciona: gestión de memoria y procesos mínima, además un mecanismo de comunicación

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Historia de los S.O.

• A medida que se diseñaron y usaron los S.O., se hizo evidente que podían simplificarse si se modificaba el diseño del hardware

• Los problemas de los S.O. dieron pie a la introducción de nuevas características de hardware

UNIX 1969 Ken Thomp computador PDP-7

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Sistemas por Lotes Sencillos (Batch)• Los primeros computadores eran máquinas

enormes que se controlaban desde una consola

• Los dispositivos de entrada comunes eran lectores de tarjetas y unidades de cinta

• Los dispositivos de salida más comunes eran impresoras de líneas, unidades de cinta y perforadoras de tarjetas

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Sistemas por Lotes Sencillos (Batch)

• El S.O. en estos primeros computadores era sencillo

• Su principal obligación era transferir el control automáticamente de un trabajo al siguiente

• El sistema operativo siempre estaba residente en memoria

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Sistemas por Lotes Sencillos (Batch) Monitor Residente

Un monitor residente (MR) era un componente de software, parte integral de una computadora de tarjetas de control de uso general. Su trabajo consistía en realizar la carga rápida de la siguiente tarea a ejecutar en un ambiente batch. Considerado como la más primitiva forma de sistema operativo.

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Sistemas por Lotes Sencillos (Batch)

• A fin de agilizar el procesamiento, los programas con necesidades similares se agrupaban en lotes y se ingresaban al computador como un grupo

• Los programadores dejaban sus trabajos con el operador

• La salida de cada trabajo se devolvía al programador apropiado

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Sistemas por Lotes Sencillos (Batch)

Tarjetas CPU Impresora

Trabajos individuales

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Sistemas por Lotes Sencillos (Batch)• Características

– Falta de interacción entre el usuario y el trabajo mientras éste se ejecuta

– Retardo entre la presentación de un trabajo y su terminación

– CPU con frecuencia ociosa, los dispositivos de E/S son más lentos

– En un sistema monoprogramado, la memoria principal se divide en dos partes: una parte para el sistema operativo (monitor residente, núcleo) y otra parte para el programa que se ejecuta en ese instante

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Sistemas por Lotes Sencillos (Batch)

• La introducción de la tecnología de discos dio paso a un tipo de procesamiento llamado Spooling (operación periférica simultánea en línea (Simultaneous Peripheral Operations On-Line)) se refiere al proceso mediante el cual la computadora introduce trabajos en un buffer (un área especial en memoria o en un disco)

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Spooling

• Las tarjetas pueden leerse ahora del lector al disco, en vez de ir directamente a la memoria

• La ubicación de las imágenes de tarjeta se registra en una tabla que mantiene el S.O.

• Cuando el trabajo solicita impresión de una línea, ésta se copia en el buffer del sistema y se escribe en disco. Una vez que el trabajo termina se imprime realmente

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Spooling

CPULector de tarjetas Impresora de

líneas

Disco

E/S

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Sistema por Lotes Multiprogramado

• El Spooling da origen a una estructura de datos: la reserva de trabajos

• Como resultado del spooling puede haber varios trabajos ya leídos esperando en el disco listos para ejecutarse

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Sistema por Lotes Multiprogramado

Trabajo 1 –U1

Trabajo 2 –U2

Trabajo 3 –U3

Trabajo n -Un

Multiprogramación

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Sistema por Lotes Multiprogramado

• Operación– El S.O. mantiene varios trabajos a la vez– El S.O. escoge uno de los trabajos que están en la

memoria y comienza a ejecutarlo– Tarde o temprano, el trabajo tendrá que esperar

mientras se lleva a cabo alguna tarea, entonces el S.O. selecciona otro trabajo y lo ejecuta

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Sistema de Tiempo Compartido

• El sistema por lotes multiprogramado aprovecha de manera efectiva los recursos del sistema.

• Su desventaja es que los usuarios no pueden interactuar

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Sistema de Tiempo Compartido

• El tiempo compartido o multitarea es una extensión lógica de la multiprogramación

• Se ejecutan múltiples trabajos mientras la CPU conmuta entre ellos

• Permite a múltiples usuarios compartir el computador simultáneamente

• Cada acción tiende a ser corta. Cada usuario necesita sólo un poco tiempo de CPU

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Sistema de Tiempo Compartido

• Como el computador cambia rápidamente de un usuario al siguiente, cada uno recibe la impresión que tiene su propio computador, aunque en realidad lo están compartiendo

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Sistemas de Computador Personal

• Sistema dedicado a un solo usuario

• Los PC aparecen en la década de 1970

• Son microcomputadores mucho más pequeños y económicos que los sistemas mainframes

• Se opta por maximizar la comodidad del usuario y la rapidez con que responden a sus comodidades

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Sistemas Paralelos• Tienen más de un procesador en comunicación

íntima• Los procesadores comparten el bus del

computador, el reloj y a veces la memoria y los dispositivos periféricos

• Están

fuertemente acoplados

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Sistemas Paralelos

• Ventajas– Aumento en el rendimiento– Al aumentar el número de procesadores se espera

realizar más trabajo en un tiempo más corto

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Sistemas Distribuidos• No comparten memoria ni reloj• Cada procesador tiene su propia memoria local• Se comunican a través de distintas líneas de

comunicación ya sean buses o líneas telefónicas• Son sistemas débilmente acoplados

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Sistemas Distribuidos

• Características– Recursos compartidos

• Si varios sitios distintos se conectan entre sí, un usuario de un sitio podría aprovechar los recursos disponibles del otro

– Computación más rápida• Si un cálculo dado se puede dividir en varios

subcálculos, un sistema distribuido podría permitir distribuir el cálculo en sitios distintos

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Sistemas Distribuidos

• Características– Confiabilidad

• Si un sitio de un sistema distribuido falla, los sitios restantes podrían seguir funcionando

– Comunicación • Si muchos sitios están conectados a través de una red de

comunicaciones, los procesos de diferentes sitios tienen la oportunidad de intercambiar información

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Sistemas de Tiempo RealSon aquellos en los cuales no tiene importancia el usuario, sino los procesos. Por lo general, están subutilizados sus recursos con la finalidad de prestar atención a los procesos en el momento que lo requieran. se utilizan en entornos donde son procesados un gran número de sucesos o eventos.

Algunos ejemplos de Sistemas Operativos de tiempo real son:

y Lyns OS

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Son construidos para aplicaciones muy específicas como control de tráfico aéreo, bolsas de valores, control de refinerías, control de laminadores. También en el ramo automovilístico y de la electrónica de consumo, las aplicaciones de tiempo real están creciendo muy rápidamente. Otros campos de aplicación de los Sistemas Operativos de tiempo real son los siguientes: Control de trenes, Telecomunicaciones, Sistemas de fabricación integrada, Producción y distribución de energía eléctrica, Control de edificios, Sistemas multimedia.

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Sistemas de Tiempo Real

• Se usa un sistema de tiempo real, cuando los requisitos de tiempo de la operación del procesador o del flujo de datos, son estrictos

• A menudo se utilizan como dispositivos de control en aplicaciones dedicadas

• El procesamiento debe efectuarse dentro de los intervalos definidos, o el sistema fallará

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ESTADO DE PROCESOS

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(SO) es un software que actúa de interfaz entre los dispositivos de hardware y los programas usados por el usuario para utilizar un computador. Es responsable de gestionar,coordinar la actividades y llevar acabo el intercambio de los recursos y actúa como estación para las aplicaciones que se ejecutan en la máquina.sistema operativos del celular: en cada marca es diferente nokia s 40 s 60 s 80 (symbia) sony ericsson java symbia blakberry os palm palm window mobile.

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FreeBSD es un sistema operativo multiusuario, capaz de efectuar multitarea con apropiación y multiproceso en plataformas compatibles con múltiples procesadores; el funcionamiento está inspirado, en la variante 4.4 BSD-Lite de UNIX. Aunque FreeBSD no puede ser propiamente llamado UNIX, al no haber adquirido la debida licencia de The Open Group, FreeBSD sí está hecho para ser compatible con la norma POSIX, al igual que varios otros sistemas "clones de UNIX".El sistema FreeBSD incluye el núcleo, la estructura de ficheros del sistema, bibliotecas de la API de C, y algunas utilidades básicas.

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En general se le llama multiusuario a la característica de un sistema operativo o programa que permite proveer servicio y procesamiento a múltiples usuarios simultáneamente (tanto en paralelismo real como simulado).

Los sistemas operativos multitarea son capaces de dar servicio a más de un usuario a la vez, ya sea por medio de varias terminales conectadas a la computadora o por medio de sesiones remotas en una red de comunicaciones. No importa el número de procesadores en la máquina ni el número de procesos que cada usuario puede ejecutar simultáneamente. En esta categoría se encuentran todos los sistemas que cumplen simultáneamente las necesidades de dos o más usuarios, que comparten mismos recursos. Este tipo de sistemas se emplean especialmente en redes. En otras palabras consiste en el fraccionamiento del tiempo (timesharing).

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La memoria de tambor es un dispositivo de almacenaje de datos. Fue una temprana forma de memoria de computador que extensamente fue usada en los años 1950 y 1960. Para muchas máquinas, el tambor formó la memoria de trabajo principal de la máquina, con datos y programas cargados sobre el tambor, que usa medios de comunicación como la cinta de papel o tarjetas perforadas. Los tambores comúnmente eran tan usados para la memoria de trabajo principal que las máquinas, a menudo, eran mencionadas máquinas de tambor.

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En un sistema multiprogramado, la parte de “usuario” de la memoria debe subdividirse aún más para hacer sitio a varios procesos. La tarea de subdivisión la lleva a cabo dinámicamente el sistema operativo y se conoce como gestión de memoria