Qué es un Sistema Operativo

“Un S. O. es un grupo de programas de proceso con las rutinas de control necesarias para mantener

continuamente operativos dichos programas”.

El objetivo primario de un Sistema Operativo es:

• Optimizar todos los recursos del sistema para soportar los requerimientos.

A los efectos de situar a los S. O. en el conjunto del software para computadoras,podemos clasificar a este de la siguiente manera:

• Programas de sistema: Controlan la operación de la computadora en sí.

• Programas de aplicación: Resuelven problemas para los usuarios.

Multiprogramación. Varios programas de usuarios se encuentran al mismo

tiempo en el almacenamiento principal, cambiando el procesador rápidamente de un trabajo a otro.

Multiprocesamiento. Varios procesadores se utilizan en un mismo sistema para

incrementar el poder de procesamiento.

Procesos.• Es el concepto central de todos los S. O.• Es básicamente un programa en ejecución.• Consta del programa ejecutable, sus datos y pila, contador y

otros registros, además de la información necesaria para ejecutar el programa.

• La información de control relacionada con los procesos se almacena en la tabla de procesos:

Archivos.• Una de las funciones principales del S. O. es brindar

independencia de dispositivo.• Muchos S. O. soportan el concepto de directorio como

una forma de agrupar archivos.• Los directorios se estructuran jerárquicamente, por lo que

a cada archivo le corresponde una ruta de acceso.• Existen distintos esquemas de seguridad de archivos en

los distintos S. O.

Estructura de los Sistemas Operativos.

Se considera la organización interna de los S. O. y conforme a ella se los clasifica de la siguiente manera, destacándose sus principales características:

Sistemas monolíticos.

• Es muy común: no existe estructura propiamente dicha o es mínima.

• El S. O. es una colección de procedimientos que se pueden llamar entre sí.

• Cada procedimiento tiene una interfaz bien definida en términos de parámetros y resultados.

Sistemas con capas.• Es una generalización del modelo de estructura simple

para un sistema monolítico.• Consiste en organizar el s. o. como una jerarquía de

capas, cada una construida sobre la inmediata inferior.

ESTRUCTURA DE LOS SISTEMAS OPERATIVOS.

ESTRUCTURA DE LOS SISTEMAS OPERATIVOS.ESTRUCTURA DE LOS SISTEMAS OPERATIVOS.

Modelo de estructura simple para un sistema monolítico.

Estructura del S.O. en capas

Capa 1:• Administra la memoria.• Asegura que las páginas (porciones de memoria)

requeridas de los procesos• lleguen a memoria cuando fueran necesarias.

Capa 2:• Administra la comunicación entre cada proceso y la

consola del operador.• Por sobre esta capa, cada proceso tiene su propia consola

de operador.

Capa 3:• Controla los dispositivos de e / s y almacena en buffers

los flujos de• información entre ellos.• Por sobre la capa 3 cada proceso puede trabajar con

dispositivos abstractos de e / s en vez de con dispositivos reales.

Capa 4:• Aloja los programas del usuario.• Los programas. del usuario no tienen que preocuparse

por el proceso, memoria, consola o control de e / s.

Capa 5:• Localiza el proceso operador del sistema.

Modelo cliente – servidor.

• Una tendencia en los S. O. modernos es la de explotar la idea de mover el código a capas superiores y mantener un núcleo mínimo, de manera similar al “VM/370”.

• Implantar la mayoría de las funciones del S. O. en los procesos del usuario.

• Para solicitar un servicio (por ej.: lectura de un bloque de cierto archivo) según el modelo cliente – servidor.

• El proceso del usuario (proceso cliente) envía la solicitud

a un proceso servidor: Realiza el trabajo y regresa la respuesta.

• El núcleo controla la comunicación entre los clientes y los servidores.

Gestión de procesos. Uno de los módulos más importantes de un sistema

operativo es la de administrar los procesos y tareas del sistema de cómputo. En esta sección se revisarán dos temas que componen o conciernen a este módulo: la planificación del procesador y los problemas de concurrencia.

Planificación del procesador. La planificación del procesador se refiere a la manera

o técnicas que se usan para decidir cuánto tiempo de ejecución y cuando se le asignan a cada proceso del sistema. Obviamente, si el sistema es monousuario y monotarea no hay mucho que decidir, pero en el resto de los sistemas esto es crucial para el buen funcionamiento del sistema.

Niveles de planificación. En los sistemas de planificación generalmente se

identifican tres niveles: el alto, el medio y el bajo. El nivel alto decide que trabajos (conjunto de procesos) son candidatos a convertirse en procesos compitiendo por los recursos del sistema; el nivel intermedio decide que procesos se suspenden o reanudan para lograr ciertas metas de rendimiento mientras que el planificador de bajo nivel es el que decide que proceso, de los que ya están listos (y que en algún momento paso por los otros dos planificadores)

Gestión de memoria. El gestor de memoria es uno de los componentes

principales del sistema operativo. Su actividad se centra fundamentalmente en la categoría de gestión de recursos, puesto que tiene por objetivo casi exclusivo la gestión del recurso memoria, en este sentido se encarga de:

Gestión de memoria.

• Asignar memoria a los procesos para crear su imagen de memoria.

• Proporcionar memoria a los procesos cuando la soliciten y liberarla cuando así lo requieran.

• Tratar los posibles errores de acceso a memoria, evitando que unos procesos interfieran en la memoria de otros.

• Permitir que los procesos puedan compartir memoria entre ellos. De esta forma los procesos podrán comunicarse entre ellos.

• Gestionar la jerarquía de memoria y tratar los fallos de página en los sistemas con memoria virtual.

Particiones Fijas de Memoria.

• Consiste en dividir la memoria en varias particiones de tamaño fijo. Cada partición puede contener exactamente un proceso.

• El nivel de multiprogramación está limitado por el número de particiones.

• Cuando una partición está libre, se selecciona un proceso de la cola de entrada y se carga en la partición libre; cuando un proceso termina, la partición está disponible para otro.

• El sistema operativo conserva una tabla que indica qué partes de la memoria están disponibles y cuales están ocupadas.

Particiones Variables. • Cada trabajo ocupa tanto espacio como necesita. • El tamaño del trabajo a ubicar no puede ser mayor que el

almacenamiento principal disponible • Se disminuye parcial o totalmente el desperdicio de

memoria • Aparecen: Condensación y Compactación

Segmentación. Este método consiste en la asignación de bloques de

memoria de tamaño variable, llamados segmentos. El tamaño de cada segmento será el requerido según la petición, por ejemplo el tamaño del proceso a cargar. El tamaño máximo para un segmento estará determinado por la capacidad de direccionamiento del hardware de la computadora, esto es, de cuantos bits se dispone para almacenar una dirección. El acceso a cada elemento individual (byte) en la memoria se hace mediante una dirección de memoria que se integra por dos elementos: una dirección de segmento y una de desplazamiento.

Segmentación.

Paginación.

La paginación consiste en considerar el espacio de direcciones lógicas de cada proceso como un conjunto de bloques de tamaño consistente llamados paginas. Cada dirección lógica manejada para un proceso estará conformada por un par de valores.

La memoria física se administra implementando bloques de tamaño consistente denominados 'marcos'. Obviamente el tamaño de un 'marco' debe ser igual al tamaño de una pagina.

Paginación.

Servicios. • El gestor de memoria ofrece una serie de servicios a los

procesos. Estos son:• Solicitar memoria • Liberar memoria • Compartir memoria.

Gestión de la E/S. • Una de las principales funciones de un sistema operativo

es la gestión de los recursos de la computadora y, en concreto, de los dispositivos periféricos. El gestor de E/S debe controlar el funcionamiento de todos los dispositivos de E/S para alcanzar los siguientes objetivos:

Gestión de la E/S.

• Facilitar el manejo de los dispositivos periféricos. Para ello ofrecer una interfaz sencilla, uniforme y fácil de utilizar entre los dispositivos, y gestionar los errores que se pueden producir en el acceso a los mismos.

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

Seguridad y protección. • La seguridad reviste dos aspectos, uno es garantizar la

identidad de los usuarios y otro es definir lo que puede hacer cada uno de ellos. El primer aspecto se trata bajo el término de autenticación, mientras que el segundo se hace mediante los privilegios. La seguridad es una de las funciones del sistema operativo que, para llevarla a cabo, se ha de basar en los mecanismos de protección que le proporciona el hardware.

Autenticación. • El objetivo de la autenticación es determinar que un

usuario( persona, servicio o computadora) es quien dice ser.

Privilegios. • Los privilegios especifican los recursos que puede

acceder cada usuario. Para simplificar la información de privilegios es organizar a los usuarios en grupos, asignando determinados privilegios a cada grupo.

Estructura de UNIX. La estructura de UNIX se amolda a un típico modelo en

capas, de forma que cada capa únicamente puede comunicarse con las capas que se hallan en los niveles inmediatamente inferior y superior.

El núcleo (kernel) del sistema interactúa directamente con el hardware y proporciona una serie de servicios comunes a los programas de las capas superiores, de forma que las peculiaridades del hardware permanecen ocultas.

UNIX desde el punto de vista del usuario. UNIX se compone de tres partes principales: el núcleo

(kernel), el sistema de ficheros y el intérprete de comandos (shell). Estas dos últimas son visibles al usuario, mientras que el kernel permanece oculto.

Arquitectura UNIX.

Conexión y desconexión al sistema. Para acceder a un Sistema UNIX un usuario debe disponer

de un identificador de usuario y una palabra de paso (password), que son leídos y comprobados por un programa llamado login.

De esta forma se proporciona seguridad, ya que UNIX conoce qué usuario es dueño de cada fichero. Un fichero únicamente puede ser accedido por usuarios autorizados.

Gestión de Procesos. UNIX es un Sistema Operativo multitarea y multiusuario, lo

que implica que puede atender más de un trabajo a la vez, para cualquier usuario. Cada uno de estos trabajos se denomina proceso. Un proceso se puede definir como un programa en ejecución. Los procesos son las únicas entidades activas en UNIX. Ejecutan un único programa y tienen un único flujo o hebra (thread) de control (otros Sistemas Operativos tienen un modelo de proceso según el cual pueden existir varios flujos de control por proceso).

Gestión de memoria en UNIX. La gestión de memoria en el sistema operativo UNIX se basa

en el intercambio (swapping) y paginación. La paginación de la memoria se lleva a cabo si el hardware de la computadora la soporta. La política de carga y descarga de un proceso en la memoria depende del tiempo que lleve en la misma, de su actividad y del tamaño. Dependiendo de la computadora en la que se ejecute, UNIX utiliza dos técnicas de manejo de memoria: swapping y memoria virtual.

Gestión de archivos en UNIX.

La estructura básica del sistema de archivos es jerárquica, lo que significa que los archivos están almacenados en varios niveles. Se puede tener acceso a cualquier archivo mediante su trayectoria, que especifica su posición absoluta en la jerarquía, y los usuarios pueden cambiar su directorio actual a la posición deseada. Existe también un mecanismo de protección para evitar accesos no autorizados.

Diagrama de Bloques.