Sistemas
- 1. TRABAJO DE SISTEMAS SiStemaS operativoS BELLANID CASTRO OVALLE Página 1
- 2. TRABAJO DE SISTEMAS Un sistema diferencia, es operativo (SO) el núcleo Linux, es el programa o que es el núcleo conjunto de del sistema programas que operativo GNU, del efectúan la cual existen las gestión de los llamadas distribuciones GNU. Este error procesos básicos de precisión, se debe a la modernización de un sistema de la informática llevada a cabo a finales informático, y de los 80, cuando la filosofía de permite la estructura básica de funcionamiento de normal ejecución los grandes computadores2 se rediseñó a del resto de las fin de llevarla a los hogares y facilitar su operaciones. uso, cambiando el concepto de 1 computador multiusuario, (muchos Nótese que es un usuarios al mismo tiempo) por un sistema error común muy mono usuario (únicamente un usuario al extendido mismo tiempo) más sencillo de denominar al gestionar.3 (Véase AmigaOS, beOS o MacO conjunto S como los pioneros4 de dicha completo de modernización, cuando los Amiga, fueron herramientas bautizados con el sobrenombre de Video sistema Toasters5 por su capacidad para operativo, es la Edición de vídeo en decir, la inclusión entorno multitarea round robin, en el mismo con gestión de miles de término de colores einterfaces intuitivos para diseño programas como en 3D. el explorador de ficheros, el Uno de los propósitos del sistema navegador y todo operativo que gestiona el tipo de núcleo intermediario consiste en herramientas gestionar los recursos de localización y que permiten la protección de acceso del hardware, hecho interacción con que alivia a los programadores de el sistema aplicaciones de tener que tratar con operativo, estos detalles. Se encuentran en la también llamado mayoría de los aparatos electrónicos que núcleo o kernel. utilizan microprocesadores para Uno de los más funcionar. (teléfonos móviles, prominentes reproductores de DVD, computadoras, ejemplos de esta radios, etc.). BELLANID CASTRO OVALLE Página 2
- 3. TRABAJO DE SISTEMAS PERSPECTIVA HISTORICA Los primeros sistemas (1945-1960) eran grandes máquinas operadas desde la consola maestra por los programadores. Durante la década siguiente (1950-1960) se llevaron a cabo avances en el hardware: lectoras de tarjetas, impresoras, cintas magnéticas, etc. Esto a su vez provocó un avance en el software: compiladores, ensambladores, cargadores, manejadores de dispositivos, etc. A finales de los años 80, una computadora Commodore Amiga equipada con una aceleradora Video Toaster era capaz de producir efectos comparados a sistemas dedicados que costaban el triple. Un Video Toaster junto a Lightwave ayudó a producir muchos programas de televisión y películas, entre las que se incluyen Babylon 5, Seaquest DSV y Terminator II PROBLEMAS DE EXPLOTACIÓN Y SOLUCIONES INICIALES El problema principal de los primeros sistemas era la baja utilización de los mismos, la primera solución fue poner un operador profesional que lo manejase, con lo que se eliminaron las hojas de reserva, se ahorró tiempo y se aumentó la velocidad. Para ello, los trabajos se agrupaban de forma manual en lotes mediante lo que se conoce como procesamiento por lotes (batch) sin automatizar. MONITORES RESIDENTES BELLANID CASTRO OVALLE Página 3
- 4. TRABAJO DE SISTEMAS Según fue avanzando la complejidad de los programas, fue necesario implementar soluciones que automatizaran la organización de tareas sin necesidad de un operador. Debido a ello se crearon los monitores residentes: programas que residían en memoria y que gestionaban la ejecución de una cola de trabajos. Un monitor residente estaba compuesto por un cargador, un Intérprete de comandos y unControlador (drivers) para el manejo de entrada/salida. SISTEMAS un área de memoria (buffer 1). CON • El monitor ALMACENAMI residente inicia la ENTO salida desde el TEMPORAL buffer y el DE E/S programa de aplicación calcula depositando la Los avances en el hardware salida en el buffer crearon el soporte 2. de interrupciones y • La salida desde el posteriormente se llevó a buffer 1 termina y cabo un intento de el nuevo cálculo solución más avanzado: también. solapar la E/S de un • Se inicia la salida trabajo con sus propios desde el buffer 2 y cálculos, por lo que se creó otro nuevo cálculo el sistema de buffers con dirige su salida al el siguiente buffer 1. funcionamiento: • Un programa escribe su salida en BELLANID CASTRO OVALLE Página 4
- 5. TRABAJO DE SISTEMAS • El proceso se rendimiento. Se eliminan puede repetir de las cintas magnéticas para nuevo. el volcado previo de los • Los problemas datos de dispositivos surgen si hay lentos y se sustituyen por muchas más discos (un disco puede operaciones de simular varias cintas). cálculo que de E/S Debido al solapamiento (limitado por la del cálculo de un trabajo CPU) o si por el con la E/S de otro trabajo contrario hay se crean tablas en el disco muchas más para diferentes tareas, lo operaciones de E/S que se conoce que cálculo comoSpool (Simultaneous (limitado por la Peripherial Operation On- E/S). Line). SISTEMAS OPERATIVOS MULTIPROGRAMA SpoolerS DOS Surge un nuevo avance en el PERSPECTIVA hardware: el hardware con HISTÓRICA protección de memoria. Lo que ofrece nuevas soluciones a los problemas de Los primeros sistemas rendimiento: (1945-1950) eran grandes Se solapa el cálculo de unos máquinas operadas desde trabajos con la la consola maestra por los entrada/ programadores. Durante la salida de década siguiente otros (1950-1960) se llevaron a trabajos. cabo avances en Se el hardware: lectoras de pueden tarjetas, impresoras, cintas magnéticas, etc. Esto a su vez provocó un avance en el software: compiladores, e mantener en memoria nsambladores, cargadores, varios programas. manejadores de dispositivos, etc. Se asigna el uso de la CPU Hace aparición el disco a los diferentes programas magnético con lo que en memoria. surgen nuevas soluciones a Debido a los cambios los problemas de anteriores, se producen BELLANID CASTRO OVALLE Página 5
- 6. TRABAJO DE SISTEMAS cambios en el monitor Administrar la memoria. residente, con lo que éste Gestionar el uso de la debe abordar nuevas CPU (planificación). tareas, naciendo lo que se Administrar el uso de los denomina como Sistemas dispositivos de E/S. Operativos Cuando desempeña esas multiprogramados, los tareas, el monitor cuales cumplen con las residente se transforma en siguientes funciones: un sistema operativo multiprogramado. LLAMADAS AL SISTEMA OPERATIVO Definición breve: llamadas que ejecutan los programas de aplicación para pedir algún servicio al SO. Cada SO implementa un conjunto propio de llamadas al sistema. Ese conjunto de llamadas es la interfaz del SO frente a las aplicaciones. Constituyen el lenguaje que deben usar las aplicaciones para comunicarse con el SO. Por ello si cambiamos de SO, y abrimos un programa diseñado para trabajar sobre el anterior, en general el programa no funcionará, a no ser que el nuevo SO tenga la misma interfaz. Para ello: Las llamadas correspondientes deben tener el mismo formato. Cada llamada al nuevo SO tiene que dar los mismos resultados que la correspondiente del anterior. MODOS DE EJECUCIÓN EN UN CPU BELLANID CASTRO OVALLE Página 6
- 7. TRABAJO DE SISTEMAS Las aplicaciones no deben poder usar todas las instrucciones de la CPU. No obstante el Sistema Operativo, tiene que poder utilizar todo el juego de instrucciones del CPU. Por ello, una CPU debe tener (al menos) dos modos de operación diferentes: Modo usuario: el CPU podrá ejecutar sólo las instrucciones del juego restringido de las aplicaciones. Modo supervisor: la CPU debe poder ejecutar el juego completo de instruccio BELLANID CASTRO OVALLE Página 7
- 8. LLAMADAS AL Las llamadas al sistema no siempre tienen En ambos casos, la acción realizada no está una expresión sencilla en los lenguajes de ordenada por el programa de aplicación, es SISTEMA alto nivel, por ello se crean las bibliotecas decir, no figura en el programa. Una aplicación, normalmente no sabe de interfaz, que son bibliotecas de Según los dos casos anteriores tenemos dónde está situada la rutina de servicio de funciones que pueden usarse para efectuar las interrupciones y la excepciones: la llamada. Por lo que si ésta se codifica llamadas al sistema. Las hay para distintos Interrupción: señal que envía un como una llamada de función, cualquier lenguajes de programación. dispositivo de E/S a la CPU para indicar cambio en el S.O. haría que hubiera que La aplicación llama a una función de la que la operación de la que se estaba reconstruir la aplicación. biblioteca de interfaz (mediante una ocupando, ya ha terminado. Pero lo más importante es que una llamada normal) y esa función es la que Excepción: una situación de error llamada de función no cambia el modo de realmente hace la llamada al sistema. detectada por la CPU mientras ejecutaba ejecución de la CPU. Con lo que hay que una instrucción, que requiere tratamiento conseguir llamar a la rutina de servicio, sin por parte del SO. tener que conocer su ubicación, y hacer INTERUCCIONES Y que se fuerce un cambio de modo de TRATAMIENTO DE LAS operación de la CPU en la llamada (y la EXCEPCIONES. INTERRUPCIONES Una recuperación del modo anterior en el El SO ocupa una posición intermedia entre interrupción se trata en todo caso, después retorno). los programas de aplicación y el hardware. de terminar la ejecución de la instrucción Esto se hace utilizando instrucciones No se limita a utilizar el hardware a en curso. máquina diseñadas específicamente para petición de las aplicaciones ya que hay El tratamiento depende de cuál sea el este cometido, distintas de las que se usan situaciones en las que es el hardware el dispositivo de E/S que ha causado la para las llamadas de función. que necesita que se ejecute código del SO. interrupción, ante la cual debe poder En tales situaciones el hardware debe identificar el dispositivo que la ha causado. poder llamar al sistema, pudiendo deberse La ventaja de este procedimiento es que no BIBLIOTECAS DE estas llamadas a dos condiciones: se tiene que perder tiempo ejecutando Algún dispositivo de E/S necesita continuamente rutinas para consultar el INTERFAZ DE atención. estado del periférico. El inconveniente es LLAMADAS AL Se ha producido una situación de error al que el dispositivo debe tener los circuitos SISTEMA intentar ejecutar una instrucción del electrónicos necesarios para acceder al programa (normalmente de la aplicación). sistema de interrupciones del computador
- 9. . IMPORTANCIA DE LAS INTERRUPCIONES El conveniente, para hacer que mecanismo el programa que estaba de esperando por el dispositivo, tratamiento se continúe ejecutando. de las En ciertos intervalos de interrupcio tiempo puede convenir no nes permite aceptar señales de al SO interrupción. Por ello las utilizar la interrupciones pueden CPU en inhibirse por programa servicio de (aunque esto no deben poder una hacerlo las mismas). aplicación, Un ejemplo de sincronismo mientras por interrupción es el otra almacenamiento de permanece caracteres introducidos a la espera mediante el teclado. Cuando de que se introduce un carácter, se concluya codifica en el registro de una datos del dispositivo y operación además se activa un bit del en un registro de estado quien dispositivo crea una interrupción en el de E/S. hardware. El procesador El deja temporalmente la tarea hardware que estaba completando y se encarga ejecuta la rutina de atención de avisar al a la interrupción SO cuando correspondiente. El teclado el almacena el carácter en el dispositivo vector de memoria intermedia de E/S ha ( también llamado buffer) terminado y asociada al teclado y el SO puede despierta el proceso que intervenir había en el estado de espera entonces, si de la operación de es entrada/salida. EXCEPCIONES Cuando la CPU intenta ejecutar una instrucción incorrectamente construida, la unidad de control lanza una excepción para permitir al SO ejecutar el tratamiento adecuado. Al contrario que en una interrupción, la instrucción en curso es abortada. Las excepciones al igual que las interrupciones deben estar identificadas. CLASES DE EXCEPCIONES Las instrucciones de un programa pueden estar mal construidas por diversas razones:
- 10. El código de operación puede ser incorrecto. Se intenta realizar alguna operación no definida, como dividir por cero. La instrucción puede no estar permitida en el modo de ejecución actual. La dirección de algún operando puede ser incorrecta o se intenta violar alguno de sus permisos de uso. IMPORTANCIA DE LAS EXCEPCIONES El mecanismo de tratamiento de las excepciones es esencial para impedir, junto a los modos de ejecución de la CPU y los mecanismos de protección de la memoria, que las aplicaciones realicen operaciones que no les están permitidas. En cualquier caso, el tratamiento específico de una excepción lo realiza el SO. Como en el caso de las interrupciones, el hardware se limita a dejar el control al SO, y éste es el que trata la situación como convenga. Es bastante frecuente que el tratamiento de una excepción no retorne al programa que se estaba ejecutando cuando se produjo la excepción, sino que el SO aborte la ejecución de ese programa. Este factor depende de la pericia del programador para controlar la excepción adecuadamente.
- 11. Componentes de un sistema operativo Gestión de procesos Un proceso es simplemente, un programa en ejecución que necesita recursos para realizar su tarea: tiempo de CPU, memoria, archivos y dispositivos de E/S. El SO es el responsable de: Crear y destruir los procesos. Parar y reanudar los procesos. Ofrecer mecanismos para que se comuniquen y sincronicen. La gestión de procesos podría ser similar al trabajo de oficina. Se puede tener una lista de tareas a realizar y a estas fijarles prioridades alta, media, baja por ejemplo. Debemos comenzar haciendo las tareas de prioridad alta primero y cuando se terminen seguir con las de prioridad media y después las de baja. Una vez realizada la tarea se tacha. Esto puede traer un problema que las tareas de baja prioridad pueden que nunca lleguen a ejecutarse. y permanezcan en la lista para siempre. Para solucionar esto, se puede asignar alta prioridad a las tareas más antiguas. Gestión de la memoria principal La Memoria es una gran tabla de palabras o bytes que se referencian cada una mediante una dirección única. Este almacén de datos de rápido accesos es compartido por la CPU y los dispositivos de E/S, es volátil y pierde su contenido en los fallos del sistema. El SO es el responsable de: Conocer qué partes de la memoria están siendo utilizadas y por quién. Decidir qué procesos se cargarán en memoria cuando haya espacio disponible.
- 12. Asignar y reclamar espacio de memoria cuando sea necesario. GESTIÓN DEL ALMACENAMIENTO SECUNDARIO Un sistema de almacenamiento Gestionar el secundario es necesario, ya que la memoria espacio libre. principal (almacenamiento primario) es Asignar el volátil y además muy pequeña para almacenamie almacenar todos los programas y datos. nto. También es necesario mantener los datos Verificar que que no convenga mantener en la memoria los datos se principal. El SO se encarga de: guarden en orden Planificar los discos. EL SISTEMA DE E/S Consiste en un sistema de almacenamiento temporal (caché), una interfaz de manejadores de dispositivos y otra para dispositivos concretos. El sistema operativo debe gestionar el almacenamiento temporal de E/S y servir las interrupciones de los dispositivos de E/S. SISTEMA DE ARCHIVOS Los archivos son Construir y almacenamie colecciones de eliminar nto. información archivos y Realizar relacionada, directorios. copias de definidas por sus Ofrecer seguridad de creadores. Éstos funciones archivos. almacenan para programas (en manipular Existen diferentes código fuente y archivos y Sistemas de objeto) y datos directorios. Archivos, es tales como decir, existen Establecer la imágenes, textos, diferentes formas corresponden información de de organizar la cia entre bases de datos, información que archivos y etc. El SO es se almacena en unidades de responsable de: las memorias
- 13. (normalmente embargo, existen una base de discos) de los diferencias muy datos con ordenadores. Por importantes. Por bastante ejemplo, existen ejemplo, los información ya los sistemas de sistemas de que el tamaño archivos FAT, FA ficheros FAT32 y máximo de un T32, EXT3, NTFS NTFS, que se fichero con un , XFS, etc. utilizan Sistema de fundamentalment Archivos FAT32 e Desde el punto e en sistemas stá limitado a de vista del operativos 4 gigabytes, sin usuario estas de Microsoft, embargo, en un diferencias tienen una gran sistema NTFS el pueden parecer diferencia para un tamaño es insignificantes a usuario que considerablement primera vista, sin utilice e mayor . lasinterfaces de red. También hay que crear y mantener puntos de comunicación que sirvan a las aplicaciones para enviar y recibir información, y crear y mantener conexiones virtuales entre aplicaciones que están SISTEMAS DE ejecutándose localmente y PROTECCIÓN otras que lo hacen remotamente. Mecanismo que controla el Programas de sistema acceso de los programas o Son aplicaciones de utilidad los usuarios a los recursos del que se suministran con el SO sistema. El SO se encarga de: pero no forman parte de él. Distinguir entre uso Ofrecen un entorno útil para autorizado y no autorizado. el desarrollo y ejecución de Especificar los controles de programas, siendo algunas seguridad a realizar. de las tareas que realizan: Forzar el uso de estos Manipulación y modificación mecanismos de protección. de archivos. Sistema de Información del estado del comunicaciones sistema. Para mantener las Soporte a lenguajes de comunicaciones con otros programación. sistemas es necesario poder Comunicaciones. controlar el envío y recepción Gestor de recursos de información a través de
- 14. Como gestor de recursos, el memoria, periféricos) de Sistema Operativo forma alternada a los administra: procesos que los solicitan, La CPU (Unidad Central de de manera que el usuario Proceso, donde está alojado percibe que todos el microprocesador). funcionan a la vez, de Los dispositivos de E/S forma concurrente. (entrada y salida) Administración de La memoria principal (o de usuarios acceso directo). Los discos (o memoria secundaria). Monousuario: Si sólo Los procesos (o programas permite ejecutar los en ejecución). programas de un usuario y en general todos los recursos del sistema. al mismo tiempo. Clasificación Multiusuario: Si permite Administración de que varios usuarios tareas ejecuten simultáneamente Monotarea: Solamente sus programas, puede ejecutar un proceso (aparte de los procesos del accediendo a la vez a los propio S.O.) en un momento recursos de la dado. Una vez que empieza a computadora. ejecutar un proceso, continuará haciéndolo hasta Normalmente estos su finalización y/o sistemas operativos interrupción. utilizan métodos de Multitarea: Es capaz de ejecutar varios procesos al protección de datos, de mismo tiempo. Este tipo de manera que un programa S.O. normalmente asigna los recursos disponibles (CPU, no pueda usar o cambiar los datos de otro usuario. MANEJO DE RECURSOS Centralizado: Si permite usar los recursos de una sola computadora. Distribuido: Si permite utilizar los recursos (memoria, CPU, disco, periféricos... ) de más de una computadora al mismo tiempo. Ejemplos de Sistemas Operativos ( ordenadores )
- 15. Windows Mac OS Linux AmigaOS Ejemplos de Sistemas Operativos ( Dispositivos Moviles ) Symbian Android iOS Windows Mobile