Sistemas Operativos I

Tema 1

Introducción a los sistemasoperativos

Objetivos

1. Presentar el concepto de sistema operativo.2. Describir las funciones que debe llevar a cabo cualquier sistema

operativo actual.3. Dar una visión general de la historia de los sistemas operativos que

ayudará a entender cuándo y por qué se introdujeron estas funciones en el sistema.

Un Sistema Operativo es un programa que actúa como intermediario entre el usuario y el hardware de una computadora.

Propósito: Es ofrecer un ambiente en el que un usuario pueda ejecutar programas.Objetivos:Comodidad: Facilitar el uso de la máquina a los usuarios, proporcionando un entorno cómodo para el desarrollo yejecución de programas y para el acceso a los recursos de la máquina.Eficiencia: El s.o. debe administrar los recursos (hardware y software) de la máquina de forma que se aprovechen de la manera más conveniente.

SISTEMA OPERATIVO

Cómo funciona un Sistema Operativo

Los sistemas operativos proporcionan una plataforma de software encima de la cual otros programas, llamados aplicaciones, puedan funcionar. Las aplicaciones se programan para que funcionen encima de un sistema operativo particular, por tanto, la elección del sistema operativo determina en gran medida las aplicaciones que puedes utilizar.

Cómo se utiliza un Sistema Operativo

Un usuario normalmente interactúa con el sistema operativo a través de un sistema de comandos, por ejemplo, el sistema operativo DOS contiene comandos como copiar y pegar para copiar y pegar archivos respectivamente. Los comandos son aceptados y ejecutados por una parte del sistema operativo llamada procesador de comandos o intérprete de la línea de comandos. Las interfaces gráficas permiten que utilices los comandos señalando y clickeando objetos que aparecen en la pantalla.

            

COMPONENTES DE UN SISTEMA COMPUTACIONALUn sistema de computo puede dividirse en cuatro componentes:

El sistema operativo controla y coordina el uso del hardware entre los diversos programas de aplicación para los diversos usuarios

Proporcionan los recursos básicos de computo

Definen las formas en que estos recursos se utilizan para resolver problemas de computo de los usuarios

GESTIONA RECURSOS

Veamos que el S.O es un asignador de recursos (hardware y software) que se requieren para resolver un problema : tiempo de CPU, espacio de memoria, espacio de almacenamiento para archivos, dispositivos de E/S etc. El S.O actúa como un administrador de recursos y los asigna a programas y usuarios específicos según sea necesario para la realización de tareas.

HISTORIA DE LOS SISTEMAS OPERATIVOSGeneración Cero (década de 1940)Los primeros sistemas computacionales no poseían sistemas operativos. Los usuarios tenían completo acceso al lenguaje de la maquina. Todas las instrucciones eran codificadas a mano.

Primera Generación (década de 1950) SISTEMAS POR LOTES

Las computadoras eran fisicamente enormes máquinas que se operaban desde una consola. Los dispositivos de entrada comunes eran los lectores de tarjetas y unidades de cinta. Los dispositivos de salida eran impresoras de línea, unidades de cinta y perforadoras de tarjeta. El usuario no interactuaba con el computador, mas bien preparaba el trabajo que consistía en el programa, los datos y la información de control y lo entregaba al operador de la máquina. En algún momento posterior (minutos, horas o días)aparecía la salida que era el resultado del programa así como un vaciado de la memoria y los registros en caso de errores en el programa.

El S.O era bien simple , su tarea era transferir automáticamente el control de un trabajo al siguiente. El sistema operativo siempre estaba residente en memoria.Para acelerar el procesamiento los operadores los agrupaban en lotes los trabajos con necesidades similares y los ejecutaban en la Pc como un grupo

Segunda Generación (a mitad de la década de 1960)La característica de los sistemas operativos fue el desarrollo de los sistemas compartidos o mutitarea con multiprogramación, y los principios del multiprocesamiento. Un Sistema operativo de tiempo compartido permite a varios usuarios compartir la computadora simultáneamente. Debido a que cada acción o comando en un sistema de tiempo compartido tiende a ser corta, se necesita un poco de tiempo de CPU para cada usuario. Como el sistema cambia rápido de un usuario al siguiente , el usuario tiene la impresión de que todo el sistema de computo está dedicado a el .Un S.O de tiempo compartido hace uso de la planificación de la CPU y la multiprogramación para proporcionar a cada usuario una pequeña porción de una computadora.

La gestión por parte del SO se centra en el concepto de proceso.Un proceso es un programa en el que se ha iniciado su ejecución.Por lo tanto un programa es un ente pasivo mientras que un proceso es un ente activo.

RESUMENLos sistemas operativos se han desarrollado en los últimos 40 años por dos razones principales:

1. Planificar las actividades computacionales y lograr un buen desempeño del sistema en si.2. Proporcionar un ambiente adecuado para el desarrollo y ejecución de programas.

Los sistemas por lotes permitieron la ejecución secuencial automática de trabajos mediante un S.O residente, la computadora ya no tenia que esperar mas la operación humana, sin embargo la utilización de la CPU todavía era reducida, debido a la baja velocidad de los dispositivos de E/S.Para mejorar el desempeño global del sistema de computo, se introdujo la multiprogramación, que permitía que varios trabajos se mantengan en memoria. La CPU se conmuta entre ellos para incrementar la ocupación del procesador.

La multiprogramación se desarrolló para mejorar el rendimiento, también posibilita el tiempo compartido, estos sistemas permiten que los usuarios utilicen al mismo tiempo un sistema de computo de manera interactiva.

Los Pc son menos costosas que los mainframes , las computadoras personales se han beneficiado del desarrollo de los Sistemas Operativos para equipos grandes , sin embargo, debido a que un usuario puede usar en exclusivo una computadora, La utilización de la CPU ya no es una preocupación principal y por lo tanto el diseño y consideraciones que se toman para sistemas operativos mainframes no son apropiados para sistemas pequeños.

RESUMENLos sistemas paralelos tienen mas de una CPU en estrecha comunicación los mismas que comparten memoria, bus y dispositivos de E/S. Estos sistemas utilizan el multiprocesamiento simétrico en el que cada procesador ejecuta una copia idéntica del S.O y además se le asigna una tarea específica y todos los procesadores están al mismo nivel.En otro esquema un procesador llamado maestro controla el sistema, los restantes procesadores solicitan instrucciones , esta relación define una relación maestro-esclavo.Los sistemas paralelos proporcionan un mayor rendimiento y una mejor confiabilidad.

Un sistema operativo estricto de tiempo real controla una aplicación dedicada y tiene restricciones de tiempo fijas y bien definidas, esto implica que el procesamiento debe realizarse dentro de estas restricciones, o de lo contrario el sistema fallará.

La Influencia del Internet ha impulsado el desarrollo de sistemas operativos modernos que incluyen navegadores y software para redes y comunicación como características integrales .

Se ha visto que avance lógico de los Sistemas Operativos impulsado por la inclusión de características de hardware de la CPU Esta tendencia se puede ver hoy en la evolución delas PC en donde se está mejorando un hardware de bajo precio de manera suficiente para permitir, a su vez, características mejoradas.

ARQUITECTURA DE UN COMPUTADOR

Todo PC tiene, como parte fundamental de su arquitectura, al menos un procesador. En su interior se encuentran una serie de elementos básicos tales como registros (capaces de almacenar pequeñas cantidades de información), unidad aritmético-lógica o UAL (capaz de realizar simples operaciones aritméticas), unidad de control, etc. Este procesador se comunica con el resto del ordenador a través de lo que denominaremos el bus del sistema.

La comunicación entre el procesador y el resto del equipo se puede dividir a su vez en dos categorías: la conexión con la memoria (también llamada memoria principal o memoria RAM), y la conexión con los dispositivos de entrada salida (E/S). El circuito representado en esta figura por el nombre Puente E/S es el encargado de separar los datos de estas categorías. La conexión con la memoria RAM se realiza a través del bus de memoria. Esta memoria es capaz de almacenar información mientras el equipo esté encendido. Al apagar el equipo, los datos almacenados en este dispositivo se pierden, por este motivo, también se le conoce como memoria volátil.

Los datos dirigidos a los dispositivos de entrada/salida se envían a través del bus de entrada/salida (o bus E/S). Este bus se utiliza para conectar todos los dispositivos auxiliares que necesita el ordenador para su funcionamiento. Dichos dispositivos no se conectan directamente el bus, sino a un circuito encargado de gestionar su comunicación denominado “controlador”.

Una de las características que ha contribuido a que esta arquitectura haya alcanzado un nivel tan alto de popularidad es la posibilidad de conectar de forma sencilla dispositivos adicionales. El bus de entrada/salida está preparado para conectar más dispositivos y así dotar al Pc de mayor capacidad. De esta forma, el Pc se puede completar con una impresora, un scanner, discos duros adicionales, lector/grabador de DVDs, etc. La mayoría de estos dispositivos se conectan al Pc a través de conectores específicamente incluidos a tal efecto (tal es el caso de la conexión de una impresora al puerto paralelo) o a través de las clavijas de expansión.

FUNCIONES

Las funciones clásicas en un sistemas Operativo se agrupan en tres categorías:1. Gestión de los recursos de la computadora2. Ejecución de los servicios para los programas3. Ejecución de los mandatos de los usuarios

El S.O está formado por tres capas.Núcleo (kernel) Que es la que gestiona los recursos de hardware del sistema y la que suministra la funcionalidad básica del sistemas operativo.Servicios o llamadas al Sistema Ofrece a los programas unos servicios en forma de interfaz API , desde el punto de vista de los programas , esta capa extiende la funcionalidad de la computadora , por lo que se dice que el S.O ofrece una máquina virtual extendida a los programas.Interprete de Comandos Shell Suministra una interfaz a través de la cual el usuario puede dialogar de forma interactiva con la computadora. Esta capa recibe los mandatos de usuario, los interpreta y, si puede los ejecuta .

FUNCIONES DEL SISTEMA OPERATIVO

1.- Gestor de recursos: En un computador los programas en ejecución deben compartir los recursos disponibles que sonlimitados (CPU, memoria, dispositivos de E/S, etc.). El s.o.establece la política que determina a quién, cuándo, cuánto tiempo y la cantidad de recurso que asigna.

EL S.O. COMO GESTOR DE RECURSOS

ASIGNACIÓN DE RECURSOS Para este propósito debe mantener estructuras que le permitan saber que recursos están libres y cuáles están asignados a cada programa. La asignación se realiza según la disponibilidad de los mismos y la prioridad de los programas.También hace la recuperación de recursos cuando ya no son necesitados. Una mala recuperación puede hacer que el sistema operativo considere por ejemplo que ya no le quede memoria disponible cuando en realidad si la tiene.

Protección Ha de garantizar la protección entre los usuarios del sistema, para esto impide que algunos programas accedan a los recursos asignados a otros programas.

Contabilidad Mide la cantidad de recursos que, a lo largo de su ejecución utiliza cada programa. De esta forma se puede conocer la carga de utilización que tiene cada recursos y se puede imputar a cada usuario los recursos que ha utilizado.

2.- Máquina extendida: Los recursos hardware son difíciles de manejar y programar (especialmente la E/S). El s.o. debe ocultar la complejidad del hardware y proporcionar una interfaz sencilla de utilizar.

FUNCIONES DEL SISTEMA OPERATIVO

El S.O ofrece a los programas un conjuntos de servicios o llamadas del sistema que pueden solicitar cuando lo necesiten, proporcionando a los programas una visión de máquina extendida..Los servicios se pueden agrupar en 4 clases:

1. Ejecución de programas..- Existen servicios para lanzar la ejecución asi como para pararla y abortarla, también existen servicios para conocer y modificar las condiciones de ejecución, para sincronizar comunicar unos programas con otros.La ejecución de programas da lugar al concepto de proceso, que puede ser definido como un programa en ejecución. Para que un programa pueda ser convertirse en un proceso ha de estar traducido a código de máquina y almacenado en un dispositivo de almacenamiento.

Es importante diferenciar entre proceso y programa:• Programa: Lista de instrucciones. Ente pasivo. Se almacena en ficheros.• Proceso: Ejecución de un programa. Ente activo. La ejecución de un programa requiere que éste se

cargue, previamente, en memoria.

EL SISTEMA OPERATIVO COMO MAQUINA EXTENDIDA

EL SISTEMA OPERATIVO COMO MAQUINA EXTENDIDA

2. Ordenes de E/S.- Estos servicios ofrecen una gran comodidad y protección al proveer a los programas de operaciones de lectura, escritura y modificación del estado de los periféricos. Las operaciones de E/S son complejas y dependiente del hardware específico del periférico.

3. Operaciones sobre archivos.- Los archivos ofrecen un mayor nivel de abstracción que las ordenes de E/S permitiendo operaciones como creación, borrado, renombrado, apertura, escritura y lectura de archivos.

4. Detección y tratamiento de errores.- Además de analizar todas las ordenes que recibe, para comprobar que se pueden realizar, el S.O se encarga de tratar todas las condiciones de error que detecte el hardware. Entre las condiciones de error d que pueden aparecer podemos mencionar los siguientes:

a) Errores en las operaciones de E/Sb) Errores de paridad en los accesos a memoria o en los busesc) Errores de ejecución en los programas como desbordamientos, violaciones de memoria,

códigos de instrucción prohibidas, etc.

EL SISTEMA OPERATIVO COMO INTERFAZ DE USUARIO

Cuando un usuario introduce una orden en un ordenador, ésta es captada por el intérprete de comandos (shell). El intérprete se encarga de traducir o descomponer la orden en llamadas al sistema.El Shell se comporta como un bucle infinito que está repitiendo constantemente la siguiente secuencia:• Espera una orden del usuario. En el caso de interfaz textual el shell está pendiente de lo que escribe el usuario.

En las interfaces gráficas está pendiente de los eventos del apuntador (mouse).• Analiza la orden y, en caso de ser correcta la ejecuta para lo cual emplea los servicios del S.O.

Casi todos los interpretes de ordenes pueden ejecutar archivos de mandatos llamados shell scripts , estos archivos incluyen varios mandatos totalmente equivalentes a los mandatos que se introducen en le terminal. Además para realizar funciones complejas pueden incluir mandatos especiales de control de flujo de ejecución como por ej, el goto, for e el if .

ARRANQUE DE LA COMPUTADORAEl arranque de una computadora tiene 2 fases: la de arranque hardware y la del sistema operativo.

Arranque Hardware Las computadoras antiguas tenían una serie de conmutadoras que permitían introducir una a una palabras en la memoria principal en los registros. El usuario debía introducir a mano y en binario un primer programa que permitiese cargar otros programas almacenados en algún soporte, como la cinta de papel.

En la figura podemos observar que una parte del mapa de memoria está construido con memoria ROM no volátil en esta se encuentra un programa de arranque está siempre disponible le, puesto que la ROM no pierde su contenido. Lo que le llamaremos Iniciador ROMAl encender la computadora o presionar RESET se genera una señal eléctrica para cargar valores predefinidos en los registros, esta señal carga en el CP (contador de programa) la dirección de comienzo del iniciador ROM

FUNCIONES DEL INICIADOR ROM1. Hacer una comprobación del sistema que sirve para detectar sus características, memoria, dispositivos

conectados, etc, una vez pasada la comprobación entra a la fase de:2. Lectura y almacenamiento en memoria del programa cargador del S.O3. Da el control a este programa, bifurcando a la dirección de memoria en la que lo ha almacenado.

Nota.- Para tener una mayor flexibilidad se hace que el Iniciador Rom sea independiente del sistema operativo

ARRANQUE DEL SISTEMA OPERATIVO

Boot del sistema que está almacenado en una en una zona predefinida del disco

El programa cargador del S.O tiene por misión traer a memoria principal algunos de los componentes del Sistema Operativo. Una vez en memoria se pasa a la fase de iniciación que incluye las siguientes operaciones: :• Comprobación del Sistema Completamiento del hardware realizados por el ………… y se comprueba que el sistema

de archivos tengan coherencia.• Se establece las estructuras de información propias del S.O tales como tablas de procesos, tablas de memoria y las

de E/S• Se carga a memoria aquella parte del S.O que ha de estar siempre en memoria , a la que se le denomina Sistema

Operativo Residente• Se crea un proceso de inicio o LOGIN para cada terminal definido en el sistema.

COMPONENTES Y ESTRUCTURA DE UN SISTEMA OPERATIVO

El Núcleo es el que interacciona directamente con el hardware, las funciones de este se centran en la gestión de recursos como el procesador, tratamiento de interrupciones y las funciones básicas del manipulación de memoria.Los Servicios se suelen agrupar de acuerdo a su funcionalidad:Gestión de Procesos.- Encargada de la creación, planificación y destrucción de procesosGestión de Memoria.- Encargada de saber que partes de memoria están libres y cuales ocupadas, así como la asignación y liberación según la necesiten los recursos.Gestión de E/S.- Facilitar el uso de los dispositivos periféricosGestión de Archivos.- Manejo de archivos y directorios y de la administración del almacenamiento secundarioComunicación y Sincronización entre procesos.- Encargada de ofrecer mecanismos para que los procesos puedan comunicarse y sincronizarse.Seguridad y Protección.- Se encargará de garantizar la identidad de los usuarios y de definir lo que pueden hacer cada uno de ellos con los recursos del sistema.

interfaz de servicios en la que los programas deben elegir con cual quieren ejecutar

ESTRUCTURA DEL SISTEMA OPERATIVOSISTEMAS OPERATIVOS MONOLITICOS

No tienen una estructura bien clara definida , todos sus componentes se encuentran integrados en un único programa que ejecuta en un único espacio de direcciones , todas las funciones que ofrece el sistema operativo se ejecutan en modo núcleo. (programas sencillos)El problema que plantean es en lo complicado que es modificar el S.O para añadir nuevas funcionalidades y servicios, lo que implica la modificación de un gran programa compuesto por miles de líneas de código fuente y funciones, cada una de las cuales puede invocar a otra cuando así lo requiera.

SISTEMAS OPERATIVOS ESTRUCTURADOS

Capa 5 Programa de usuario

Capa 4 Gestión de la E/S

Capa 3 Controlador de consola

Capa 2 Gestión de memoria

Capa 1 Planif. CPU y multiprogramac.

Capa 0 Hardware

El S.O se organiza como una jerarquía de capas , donde cada capa ofrece una interfaz clara y bien definida a la capa superior y solamente utiliza los servicios que le ofrece la capa inferior.Su principal ventaja es la modularidad y la ocultación de la información , la capa superior no necesita conocer como se ha implementado la capa anterior, solo conoce la interfaz que ofrece, lo que facilita que las capas se pueden ir construyendo y depurando por separado

CLIENTE SERVIDOR

Este tipo de modelo consiste en implementar la mayor parte de los servicios y funciones del S.O en procesos de usuario, dejando solo una pequeña parte del sistema operativo ejecutando en modo núcleo conocido a esto como micro núcleo y a los procesos que ejecutan el resto de funciones se les denomina Servidores

La gran ventaja de este modelo es la gran flexibilidad que presenta. Cada proceso servidor solo se ocupa de una funcionalidad concreta, lo que hace que cada pate pueda ser pequeña y manejable Este tipo a su vez facilita el desarrollo y depuración de cada uno de los procesos servidores.En cuanto a la desventaja se pueden citar que estos sistemas presentan una mayor sobrecarga en el tratamiento de los servicios que los sistemas monolíticos. Esto se debe a que los distintos componentes de un sistema operativo de este tipo ejecutan en espacios de direcciones distintos, lo que hace que su activación requiera mas tiempo.

Un programa no es mas que un conjunto de instrucciones , mientras que el proceso surge cuando un programa se pone en ejecución. Esto hace que varios procesos puedan ejecutar al mismo programa ala vez. Ej. Varios usuarios estén ejecutando el mismo editor de textos.

MULTIPROGRAMACIONUn solo usuario no puede por lo general mantener a la CPU o a los dispositivos de E/S ocupados en todo momento . La Multiprogramación incrementa el uso de la CPU organizando los trabajos de tal manera que la CPU siempre tenga alguno por ejecutar .

La idea es que el S.O mantiene simultáneamente varios trabajos en la memoria

El sistema operativo toma y comienza a ejecutar uno de los trabajos que están en la memoria . En ocasiones el trabajo tiene que esperar a que se complete alguna tarea entonces el S.O simplemente cambia a otro trabajo, con el tiempo el primer trabajo termina su espera y vuelve de nuevo a la CPU

ELEMENTOS DE UN PROCESO

Al contenido de los segmentos de memoria en los que reside el código y los datos del proceso se le denomina: IMAGEN DE MEMORIA

Durante la ejecución el proceso va modificando los registros del modelo de programación de la computadora de acuerdo a las instrucciones de máquina presentes.. A este contenido de los registros del modelo de programación se lo conoce como ESTADO DEL PROCESADOR

El S.O mantiene por cada proceso una serie de estructuras de información que permite identificar las características de éste así como los recursos asignados Una parte muy importante de esta estructura es el BLOQUE DE CONTROL DEL PROCESO (BCP)

El sistema operativo debe encargarse también de ofrecer una serie de servicios para la gestión de procesos y de gestionar los posibles interbloqueos que surgen cuando los procesos acceden a diferentes recursos.Dependiendo del numero de procesos y de usuarios que pueden ejecutar simultáneamente, un Sistema Operativo puede ser : MonotareaMultitareaMonousuarioMultiusuario

También llamado Monoproceso permiten que exista un proceso en cada instante

O Multiproceso , permite que exista varios procesos a la vez . El S.O se encarga de ir repartiendo el tiempo del procesador entre estos procesos

Está previsto para soportar a un solo usuario

Soporta varios usuarios trabajando simultáneamente desde varias terminales . A su vez cada usuario puede tener activo más de 1 proceso , por lo que debe ser también el sistema Multitarea .También reciben el nombre de Tiempo Compartido porque ha de repartir el tiempo de la computadora entre los usuarios para procesar cada una de las tareas de los usuarios

Servicios de procesosEl sistema operativo ofrece una serie de servicios que permiten definir la vida de un proceso; y está constituido por las siguientes fases: Creación Ejecución y muerte de un proceso:Crear un ProcesoEl proceso es creado por el S.O cuando así lo solicita otro proceso, que se convierte en el padre del nuevo. Existen 2 modalidades para crear un proceso:

Creación a partir de un procesos padreCreación a partir de un archivo ejecutable Esta modalidad es la que se define en el API WIN 32

Ejecutar un ProcesoSe pueden ejecutar de 2 formas : batch e interactivaEn batch también llamado backcground no está asociado a ningún terminal, deberá tomar sus datos de entrada de un archivo y deberá depositar sus resultados en otro archivo, Un ejemplo típico de esta forma es un proceso de nominas que parte de un archivo de empleados y del archivo de los partes de trabajo y genera un archivo de ordenes bancarias.En Interactivo está asociado a un terminal, por el que recibe la información del usuario y por el que contesta con los resultados, un ejemplo de este tipo es un proceso de edición.

Terminar la Ejecución de un ProcesoUn proceso puede terminar su ejecución por varias causas de entre las principales están:

Ha terminado de ejecutar el programaSe produce una condición de error pj. División por 0 o violación de memoriaOtro proceso o el usuario deciden que ha de terminar.

Cambiar el programa de un procesoAlgunos S.O tienen un servicio que cambia el programa que está ejecutando un proceso por otro programa almacenado en disco. Esta operación no consiste en crear uno nuevo que ejecuta ese nuevo programa, Se trata de eliminar el programa que está ejecutando el proceso y de incluir el nuevo programa que se trae del disco.

Gestión de la memoria

La gestión de memoria se encuentra normalmente asociada a la gestión de procesos: para ejecutar un proceso es necesario asignarle memoria y cargarlo en ella; cuando finaliza su ejecución, la memoria debe ser liberada.

Problemática para la gestión de memoria

?Aislamiento del proceso: Cada proceso debe tener una zona de memoria independiente que no puede ser interferida por otros procesos.?Asignación de la memoria: Llevar el control de las zonas de memoria libres y ocupadas y la zona de memoria asignada a cada proceso.?Memoria virtual: Técnica que permite direccionar la memoria desde un punto de vista lógico, sin depender del tamaño o la ubicación de la zona de memoria que finalmente se asigne al proceso.? Funciones de gestión de memoria: La gestión de memoria es transparente al programador: la asignación y la liberación se hacen automáticamente con la creación y eliminación de procesos.

SERVICIOS EN LA GESTION DE LA MEMORIA

SOLICITAR MEMORIAEste servicio aumenta el espacio de datos de la imagen de memoria del proceso. El sistema operativo satisfará la petición siempre y cuando cuente con los recursos necesarios para ello. En general el sistema operativo devuelve un apuntador con la dirección de la nueva memoria. El programa utilizará este nuevo espacio a través del mencionado apuntador.LIBERAR MEMORIAEste servicio sirve para devolver trozos de la memoria del proceso. El S.O recupera el recurso liberado y lo añade a sus listas de recursos libres.COMPARTIR MEMORIAEl gestor de memoria se encarga de servicios que periten que los procesos puedan comunicarse utilizando un segmento de memoria compartida Para ello se permite que los procesos creen y liberen este tipo de segmentos.

COMUNICACIÓN Y SINCRONIZACION DE PROCESOS

Los procesos son entes independientes y aislados que por razones de seguridad no deben interferir unos con otros. Sin embargo cuando se divide un trabajo complejo en varios proceso que cooperan entre si para realizar ese trabajo, es necesario que se comuniquen para transmitirse datos y ordenes y se sincronicen para ejecutar acciones, por lo tanto el S.O debe incluir estos servicios .El S.O ofrece una serie de mecanismos básicos de comunicación que permiten transferir cadenas de bytes, pero deben existir la coordinación entre procesos para interpretar esas cadenas de bytes transferidas

Dependiendo el servicio utilizado, la comunicación se limita a los procesos de una máquina (procesos locales) o puede involucrar a proceso de maquinas distintas (procesos remotos)

Procesode Usuario

SO

UN CO M PUTADO R DO S CO M PUTADO RES

Procesode Usuario

Procesode Usuario

SO SO

Procesode Usuario

SERVICIOS COMUNICACIÓN Y SINCRONIZACION DE PROCESOS

1. CREACION DEL MECANISMO2. UTILIZACION DEL MECANISMO3. DESTRUCCION DEL MECANISMO

De acuerdo con esto, los servicios básicos de comunicación que incluyen todos los mecanismos de comunicación son:• Crear Permite que le proceso solicite la creación del mecanismos• Enviar o Escribir Permite que el proceso emisor envíe información a otro• Recibir o Leer Permite que el proceso receptor reciba información de otro• Destruir Permite que el proceso solicite la creación o destrucción del mecanismo.

En una comunicación síncrona los dos procesos han de ejecutar los servicios de comunicación al mismo tiempo, es decir el emisor ha de estar en el servicio de enviar y el receptor ha de estar en el servicio de recibir , para que esto ocurra , uno de ellos ha de esperar a que el otro llegue a la ejecución del correspondiente servicio.En una comunicación asíncrona el emisor o tiene que esperar a que el receptor solicite el servicio recibir , hace el envío y sigue con la ejecución , esto hace que el S.O establezca un almacenamiento intermedio para guardar la información hasta que el receptor la solicite

Los mecanismos de sincronización suelen utilizar los siguientes servicios: Crear, Bloquear, Despertar, Destruir

GESTION DE LAS UNIDADES DE E/S

El Gestor de E/S controla el funcionamiento de todos los dispositivos de E/S para alcanzar los siguientes objetivos:1. Facilitar el manejo de dispositivos periféricos,

por lo que debe ofrecer una interfaz sencilla y fácil de utilizar entre los dispositivos y gestionar los errores que se pueden producir en el acceso a los mismos

2. Ofrecer mecanismos de protección que impidan a los usuarios acceder sin control a los dispositivos periféricos.

SERVICIOSEl S.O ofrece una serie de servicios de E/S independiente de los dispositivos , esto implica que debe emplearse los mismos servicios y operaciones de E/S para leer . Ejem datos de un disquete , de un disco duro o de un teclado.Los servicios de E/S están dirigidos básicamente a la lectura y escritura de datos .Estos servicios pueden estar orientados a caracteres como ocurre con las impresoras o los terminales o pueden estar orientadas a bloques como ocurre con las unidades de disco .

GESTION DE ARCHIVOS Y DIRECTORIOS

El servidor de archivos es la parte del sistema operativo que cubre una de las cuatro clases de funciones que tiene éste en su faceta de máquina extendida. Los objetivos fundamentales del servidor de archivos son:• Facilitar el manejo de los dispositivos periféricos Para ello ofrece una visión lógica simplificada de los mismos en

forma de archivos• Proteger a los usuarios, poniendo limitaciones a los archivos que es capaz de manipular cada usuario.

Los servicios en el servidor de archivos son de dos tipos:1. Los servicios dirigidos al manejo de

datos o archivos2. Los dirigidos al manejo de los

nombres o directorios.El servidor de archivos ofrece al usuario una visión lógica compuesta por una serie de objetos…. Identificables por un nombre lógico sobre los que se pueden realizar una serie de operaciones.

La visión física ha de incluir los detalles de como están almacenados estos objetos en los periféricos correspondientes.

SERVICIO DE ARCHIVOS

Un archivo es una unidad de almacenamiento lógico no volátil que agrupa un conjunto de información relacionada entre si bajo un mismo nombre. Cada archivo tiene una información asociada que utilizan tanto los usuarios como el propio servidor de archivos.Entre las informaciones mas usuales se pueden destacar las siguientes:• Tipo de Archivo Ej. Archivo de datos , ejecutables, etc• Propietario del archivo Identificador de usuario que creó • Tamaño del Archivo. Este tamaño suel e ser menor que el espacio de disco asignado al archivo• Instantes (fecha hora)importantes en la vida de un archivo como son los siguientes:

• Instante en que se creó• Instante de la última modificación• Instante del último acceso

• Derechos de acceso al archivo (lectura, lectura-escritura, solo escritura, ejecución, etc

Las operaciones sobre archivos que ofrece el servidor de archivos están referidas a la visión lógica de los archivos .Una solución común es que el archivo se v visualice como un vector de bytes o caracteres Esta visión lógica incluye normalmente un puntero de posición. Este puntero permite hacer operaciones de lectura y escritura consecutivas sin tener que indicar la posición de la operación

SERVICIO DE ARCHIVOS

La visión física está formada por los elementos físicos del periférico que soportan el archivo. En el caso más común de tratarse de discos , la visión física consiste en la enumeración ordenada de los bloques de disco en los que reside el archivo

SERVICIO DE ARCHIVOS

Un archivo es una entidad viva, que va evolucionando de acuerdo a los servicios que se solicitan del S.O su fase de vida es la siguiente:• Se crea el archivo

• Se abre: se genera un descriptor de archivo• Se escribe y lee (El archivo puede crecer)

• Se cierra . Se borraLos servicios que ofrece el Servidor de Archivos son:CREAR UN ARCHIVOSe crea un archivo vacío esta creación exige una interpretación del nombre, puesto que el servidor de archivos ha de comprobar que el nombre es correcto y que el usuario pueda hacer la operación solicitada.ABRIR UN ARCHIVOEste servicio comprueba que el archivo exista , que el usuario tiene derechos de acceso y trae a memoria información del objeto para optimizar el acceso al mismo, además devuelve al usuario un manejador de archivo temporal para su manipulación .ESCRIBIR Y LEEREste servicios se realiza utilizando el identificador o manejador devuelto en las operaciones anteriores.Una operación de lectura permite trae datos del archivo a memoria, para ello se especifica el identificador, la posición de memoria y la cantidad de información a leer .Las operaciones de escritura permiten llevar datos situados en memoria al archivo, para ello y al igual que en las operaciones de lectura se debe especificar el identificador obtenido en las operaciones de creación o apertura , la posición de memoria y la cantidad de información a escribir.CERRAR UN ARCHIVOTerminado la utilización de un archivo se debe cerrar, con lo que se elimina el identificador temporal y de esta forma se liberan los recursos de memoriaBORRAR UN ARCHIVOEl archivo se puede borrar lo que supone que se borra su nombre del directorio y que el sistema de archivos ha de recuperar los bloques de datos y el espacio que tenía asignado.

SERVICIO DE DIRECTORIOS

Un directorio es un objeto que relaciona de forma univoca un nombre con un archivo. El servicio de directorios sirve para identificar a los archivos, por tanto ha de garantizar que la relación (nombre-archivo) sea unívoca, es decir un mismo nombre no puede identificar a dos archivos , por el contrario observe que varios nombres se refieren al mismo archivo en este caso son simples sinónimos.

ESQUEMA GERARQUICO DE NOMBRES (Visión Lógica)

Se diferencia el nombre relativo o local que es el nombre asignando al archivo dentro del subdirectorio en el que esta el nombre del archivo ej. “Ap11”Del nombre o camino absoluto que incluye todos los nombres de todos los subdirectorios que hay que recorrer desde el directorio raíz hasta el objeto ej. “/Textos/Tipo/Sec1/Ap11”

VISION FISICAConsiste en unas estructuras de información que permiten relacionar cada nombre lógico con la descripción física del archivo , En definitiva se trata de una tabla NOMBRE-IDENTIFICADOR por cada subdirectorio . El NOMBRE no es mas que el nombre relativo del archivo , mientras que el IDENTIFICADOR es una información que permite localizar la descripción física del archivo.

SERVICIO DE DIRECTORIOS

Un objeto directorio es básicamente un conjunto de entradas que relacionan nombres y archivos. El servidor de archivos incluye una serie de servicios que permiten manipular directorios. Estos son:CREAR UN DIRECTORIOCrea un objeto directorio y lo sitúa en el árbol de directorios donde se especifique en el nombre , absoluto o relativo, del nuevo directorio.BORRAR UN DIRECTORIOElimina un objeto directorio de forma que nunca mas pueda ser accesible y borra su entrada del árbol de directorios. Normalmente solo se puede borrar un directorio vacío , es decir un directorio sin entradas.ABRIR UN DIRECTORIOAbre un directorio para leer los datos del mismo, Un directorio debe ser abierto para poder acceder a su contenido. Esta operación devuelve al usuario un identificador , descriptor o manejador temporal que permite su manipulaciónLEER UN DIRECTORIOExtrae la siguiente entrada de un directorio, abierto previamente , devuelve una estructura de datos como la que define la entrada de directorios.CERRAR UN DIRECTORIOCierra un directorio, liberando el identificador devuelto en la operación de apertura, así como los recursos de memoria .

FASES DE ACTIVACION DE UN SISTEMA OPERATIVO

El S.O es un servidor que esta a la espera de que se le encargue trabajo La secuencia normal es mostrada en la siguiente figura:

Está ejecutando un proceso A , y en un instante determinado, se solicita la atención del S.O. Este entra en ejecución y salva el estado en le Bloque de control de proceso A (PCB). Seguidamente realiza la tarea solicitada que una vez finalizada entra en acción el planificador, módulo del S.O que selecciona un proceso B para ejecutar. La actuación del S.O finaliza con el activador, módulo que se encarga de restituir los registros con los valores almacenados en el PCB del Proceso B , el instante en que se restituye el contador de programa marca la transición del S.O a la ejecución del proceso B

El trabajo del S.O puede provenir de 3 fuentes:1. Llamadas al sistema provenientes de programas2. Interrupciones producidas por los periféricos3. Condiciones de excepción o error del hardware

En todos estos casos se deja de ejecutar el proceso en ejecución y se entra a ejecutar el S.O ,los mecanismos para romper la secuencia lineal de ejecución de un SO son dos : Instrucciones de bifurcación y las interrupciones.INSTRUCCIONES DE BIFURCACIÓNEste no es un mecanismo para invocar al S.O puesto que el proceso se ejecuta a nivel usuario y el S.O ha de ejecutar a nivel de núcleo y en espacios de direcciones distintas. Esto significa que los Servicios del S.O no se pueden solicitar mediante una instrucción de máquina CALL . Por lo tanto la activación del S.O solamente se realiza mediante interrupciones . Cuando es un proceso en ejecución el que desea un Servicio ha de utilizar una instrucción TRAP que genera la interrupción respectiva

LLAMADAS DE UN SISTEMA OPERATIVO

Int fork(){ int r;Load R8, fork_system_callTRAPLOAD r, R9Return(r);}

La llamada fork() es el servicio que ofrece el API de POSIX para la creación de un nuevo proceso

Para completar la imagen de que se está llamando a una función, el S.O devuelve un valor, como una función real. Al programador le parece, por tanto que invoca al S.O como una función , pero eso no es así puesto que lo que hace es invocar a la función que realiza la solicitud al sistema operativo.

El código escrito carga en uno de los registros de la computadora el número que identifica la llamada al sistema (fork_system_call), en el caso de que la llamada incluyera parámetros , esto se pasarían en otros registros o en la pila.A continuación se ejecuta la función TRAP con lo que se transfiere el control al S.O. que accede al contenido del R8 para identificar la llamada a ejecutar y realizar el trabajo. Cuando el control se transfiere de nuevo al proceso que invocó la llamada fork(), se accede al registro R9 para obtener el valor devuelto por la llamada y éste retorna finalizando le ejecución de la función.

PASOS DE LLAMADAS A UN SISTEMA

• Carga en uno de los registros de la computadora el número que identifica la llamada al sistema (fork_system_call)

• Se transfiere el control al S.O. que accede al contenido de R8• Cuando el control se transfiere de nuevo al proceso que invocó la llamada fork(), se accede al

registro R9 para obtener el valor devuelto por la llamada y éste retorna• Finaliza la ejecución

INTERFAZ DEL PROGRAMADOR

La interfaz del S.O con el programador es la que recupera los servicios y llamadas al sistema que los usuarios pueden utilizar directamente desde sus programas.

POSIXEs el estándar de interfaz de los sistemas operativos portables de IEEE basado en el sistema operativo UNIXEsta es una interfaz ampliamente utilizada, se encuentra disponible en todas las versiones de Unix y Linux. También Windows NT ofrece un subsistema que permite programar aplicaciones POSIX