Estructuras en SOs

Cecilia Hernández

2007-1

Objetivos SO

Definir capa de software cuyos componentes maximicen: Confiabilidad Seguridad Extensibilidad Desempeño

Por qué es difícil escribir un SO

Complejidad Millones de líneas de código Miles de desarrolladores y probadores

Ambiente de programación delicado Se ejecuta sobre HW Un error puede hacer que sistema se caiga

dejando todos los usuarios sin servicio Concurrencia e interrupciones Restricciones de compatibilidad con

versiones previas

Componentes más importantes del SO

Procesos Manejo de colas de estados, planificación, protección,

comunicación y sincronización Memoria

Manejo VM por proceso, protección Almacenamiento secundario

Usado por Sistema de archivos y memoria virtual Información persistente, comunicación con controlador de

disco, protección E/S

Incluyendo redes Autentificación Intérprete de comandos Auditoria de uso de recursos de sistema

Tiempo, memoria, disco

Estructura de SOs

No siempre claro como interactúan todos los módulos del SO

AdministraciónDe Memoria

E/S

Adm Almacenamiento secundario

Sist Archivos

Protección

Auditoria

Adm Procesos

Interprete de Comandos

Servicios de informacion

Manejo de errores

Enfoque más simple-Monolítico

Una biblioteca grande Cualquier función puede llamar a cualquier

otra

Funcionalidad SO

Programas usuario

HW

SO

Diseño monolítico

Ventaja Comunicación entre módulos mediante llamadas a

procedimientos• Barato en tiempo, interfaz simple y homogénea

Desventajas Cuando sistema crece se hace

• Difícil de entender• Difícil de modificar• Difícil de mantener

Baja confiabilidad• No exite aislación entre componentes

Alternativas? Encontrar manera de estructurar componentes para

simplicar su diseño, implementación y mantención

Estructura por niveles

Idea: Diseñar e implementar SO mediante un conjunto de niveles

Primer sistema de este tipo propuesto por DIJKSTRA con el sistem THE (1968) Nivel 5: Adminitrador de tareas

• Ejecuta programas de usuarios Nivel 4: Manejadores de dispositivos

• Maneja dispositivos y proporciona buffers Nivel 3: Consola

• Implementa consolas virtuales Nivel 2: Administrador de Páginas

• Implementa memoria virtual para cada proceso Nivel 1: kernel

• Implementa un procesador virtual para cada proceso Nivel 0: hardware

Cada nivel puede ser probado y verificado independientemente

Desventajas estructura por niveles

Estructura jerárquica es demasiado inflexible Sistemas reales tienen ciclos de uso

• Sistema de archivos requiere servicios de memoria virtual

Memoria virtual puede usar archivos para respaldos en discos

Bajo desempeño Cada cruce entre niveles involucra una

sobrecarga (overhead)

Usos

En cierto grado se pueden definir algunos niveles

Un ejemplo en sistemas modernos Separar rutinas

específicas del HW del núcleo del SO

• Proporciona portabilidad• Mejora entendimiento de

sistema por la abstracción en cada nivel

Núcleo SO(sistema archivos,

planificador, Llamadas a sistema)

Abstracción HWNivel

(manejadores disp, Rutinas en assembly)

Microkernels

Filosofía Jerarquía estricta no es buena Modularidad es buena

Diseño Minimizar que va en el kernel Organizar el resto del SO como procesos de nivel

usuario• Ejemplo, Sist de Archivos como un servidor

Procesos se comunican mediante pasos de mensajes• Como en un sistema distribuido

Ejemplos Hydra (1970s) Mach (1985-1994)

Ilustración SO Microkernel

Hardware

microkernel

Procesos de sistema

Procesos usuarios

Memoria virtual

Comunicación

protección

Control CPU

Sistema de archivos

hebras

red

planificadorPaginación

Firefox powerpoint

apache

Modo usuario

kernel

Ventajas/desventajas microkernels

Ventajas Simplicidad

• Kernel pequeño Extensibilidad

• Se puede agregar nueva funcionalidad en modo usuario

Confiabilidad• Servicios SO aislados en modo usuario

Desventajas Bajo desempeño

• Comunicación mediante mensajes no tan bueno como llamadas a sistema

Estado del arte: Modulos kernel

Idea básica: usuarios pueden proporcionar módulos, los cuales se ejecutan directamente en el espacio de dirección del kernel.

También llamados Loadable Kernel Modules (LKM) Son cargados después que kernel base está en ejecución

Ventajas Buen desempeño Provee extensibilidad a SO

Un módulo interesante accesible en linux 2.6.20 KVM (Kernel-based VM for linux) kvm.ko

• Funciona en arquitecturas que soportan virtualización(Intel Dual Core es una de ellas) ref

http://www.linux-watch.com/news/NS5168864143.html• Usuarios pueden ejecutar múltiples máquinas virtuales ejecutando

linux o Windows. Cada máquina virtual tiene su propio hw virtualizado

Desventajas Módulos pueden comprometer seguridad y confiabilidad

• Manejadores de dispositivo causan el 85% de las caidas en Windows 2000