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Sistemas Operativos 1
Sistemas Operativos
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Columna 1
Columna 2
Columna 3
Sistemas Operativos 2Ebert Gómez Aiquipa
Sistema Operativo● Gestiona todos los dispositivos● Proporciona al usuario una interfaz con el hardware mas sencilla● Primer programa que se instala en el ordenador● Por encima de el, esta el resto del software del sistema
Sistemas Operativos 3Ebert Gómez Aiquipa
Sistema Operativo
Labor de administrar todos los I/O
Sistemas Operativos 4Ebert Gómez Aiquipa
Ubicación del Sistemas Operativos
Dispositivos físicos
Microarquitectura
Lenguaje de máquina
Sistemas Operativos
Compiladores
Sistemabancario
Editores
ReservacionesDe vuelo
Navegadorweb
Interprete decomandos
Hardware
ProgramasDel sistema
Programasde aplicación
Sistemas Operativos 5Ebert Gómez Aiquipa
Historia de los Sistemas Operativos
Sistemas Operativos 6Ebert Gómez Aiquipa
Sistemas operativos, monoliticos, por capas o anillos, micronucleo, etc ...
Sistemas Operativos por su estructura (visión interna):
Estructura monolítica
Primeros sistemas operativosEstán hechos a medida, eficientes y rapidos, carecen de flexibilidad
Estructura jerárquica
Sistema organizado como una jerarquía de capasCada capa se comunica con la capa inferiorCapa N mas cerca del usuarioCapa 0 mas cerca del hardwareNivel de abstracción va en aumento como aumentan las capas
Sistemas Operativos 7Ebert Gómez Aiquipa
… Sistemas operativos, monoliticos, por capas o anillos, micronucleo, etc.
Sistemas Operativos por su estructura (visión interna):
Una máquina virtual es una máquina que emula otra máquina
Puede ejecutar programas como si fuese una máquina real
TiposMaquina virtual de procesoSoporta solo un proceso dentro de un sistema operativo ejecutado como un proceso normal, Actualmente una de la maquinas virtuales de proceso mas conocida es la de JAVA.
Estructura monolítica
Sistemas Operativos 8Ebert Gómez Aiquipa
Maquina Virtual de SistemaLas máquinas virtuales de sistema son herramientas muy útiles para probar distintos sistemas operativos y aplicaciones, sin tener que crear nuevas particiones y sectores de arranque para instalarlas. Puedes tener tu computadora funcionando con Windows 7 y al mismo tiempo tener instalada una máquina virtual funcionando con alguna versión Linux para probar otras aplicaciones que no puedas instalar en Windows o viceversa. Por decirlo de algún modo, es como si pudieras tener una computadora virtual con su propio sistema operativo funcionando dentro de tu computadora física sobre el sistema operativo que tengas instalado.
Sistemas Operativos 9Ebert Gómez Aiquipa
Maquina Virtual de Sistema - Beneficios● Puedes probar distintos sistemas operativos y aplicaciones sin tener que arriesgar la
configuración de tus sistema operativo actual.● No necesitas crear nuevas particiones ni sectores de arranque para instalar otros sistemas
operativos● Puedes prender, apagar y reiniciar tus máquinas virtuales sin tener que apagar tu
computadora física● El sistema operativo invitado funciona de manera aislada del sistema operativo anfitrión, de
este modo si hubieran problemas con la instalación (o virus), estos no afectarán a tu sistema original
● Los sistemas de archivos de las máquinas virtuales están aislados del sistema anfitrión, y viceversa.
● Las máquinas virtuales pueden comunicarse entre sí como si fuera una red de computadoras. De este modo puedes realizar pruebas técnicas de desarrollo de software con hardware reducido emulando más de una computadora y de este modo se minimizan los costos.
● Gracias a las máquinas virtuales puedes seguir utilizando software antiguo que no funcione sobre los sistemas operativos actuales. Por ejemplo, si tienes alguna aplicación de 16 bits que no puedes dejar de utilizar e instalas un sistema operativo como Windows 7 de 64 bits, dichas aplicaciones dejarán de funcionar, pero al instalar una máquina virtual de Windows XP de 32 bits podrás seguir utilizando las aplicaciones antiguas.
● Actualmente las computadoras no se utilizan al 100% de su capacidad, gracias a la virtualización se puede aprovechar al máximo el hardware disponible, reduciendo los costos de energía, mantenimiento, espacio, etc.
● Es divertido poder enseñarles a tus amigos que tu computadora tiene Windows, Linux, Mac OS, BSD y Solaris funcionando al mismo tiempo.
Sistemas Operativos 10Ebert Gómez Aiquipa
Maquina Virtual de Sistema - Desventajas● Dado que el sistema operativo invitado funciona sobre una máquina
virtual, su desempeño es un poco más lento que si se instalara directamente sobre el hardware. Esto se debe al complejo sistema de virtualización que entra en funcionamiento a la hora de ejecutarse la máquina virtual. Sin embargo, la falta de eficiencia se ve compensada por las ventajas que nos ofrecen las máquinas virtuales
Sistemas Operativos 11Ebert Gómez Aiquipa
Sistemas Operativos por la forma de ofrecer sus servicios.Esta clasificación también se refiere a una visión externa, que en este caso se refiere a la del usuario, el cómo accede a los servicios. Bajo esta clasificación se pueden detectar dos tipos principales: sistemas operativos de red y sistemas operativos distribuidos
Sistemas Operativos de Red
Sistemas Operativos distribuidos
-Interactuan con otros S.O. Con otras PC.- Utilizan un medio de transmisión
Sistemas Operativos 12Ebert Gómez Aiquipa
Variedad de Sistemas Operativos Sistemas Operativos de Mainframe
1000 discos
Servidores web avanzados
Varios tr
abajos a la
vez
Cap
acidad
de E
/S
Mile
s de
Pic
obyt
es d
e da
tos
Sistemas Operativos 13Ebert Gómez Aiquipa
Sistemas Operativos de Mainframe
Servicios de tres tipos
- Por lotes- Procesamiento de transacciones- Tiempo compartido
Sistema detiempocompartido
Sistemas Operativos 14Ebert Gómez Aiquipa
… Variedad de Sistemas Operativos
Sistemas Operativos de Servidores
PC muy
grandes
Servicios a múltiples usuarios, a través de una red
Compartir recursos de HW y SW
Sistemas Operativos 15Ebert Gómez Aiquipa
… Variedad de Sistemas Operativos
… Sistemas Operativos de servidores
Sistemas Operativos 16Ebert Gómez Aiquipa
… Variedad de Sistemas Operativos
Sistemas Operativos Multiprocesador
Potencia
Conectar varios CPUs a un solo sistema
- Computadoras Paralelas, Multicomputadoras o Multiprocesadores.- Sistema con mas de un procesador con comunicación entre ellos
Forma de conexión
Sistemas Operativos especiales
Sistemas Operativos 17Ebert Gómez Aiquipa
… Variedad de Sistemas Operativos
Sistemas Operativos de PC
Presentar una buena interfaz a un solo usuario
Procesamiento de datos, hojas de calculo y acceso a Internet
Sistemas Operativos 18Ebert Gómez Aiquipa
… Variedad de Sistemas Operativos...
Sistemas Operativos de tiempo realParámetro clave es el tiempo
Sistema de tiempo real rigurosoSistema de tiempo real no riguroso
Sistemas Operativos 19Ebert Gómez Aiquipa
… Variedad de Sistemas Operativos...
Sistemas Operativos Empotrado
Computadoras de bolsillo PDA
Libreta de direcciones
Bloc de notas
Televisores, hornos microondas,
Telefonos moviles
Limitaciones- tamaño, memoria, consumo electricidad
Sistemas Operativos 20Ebert Gómez Aiquipa
… Variedad de Sistemas Operativos
Sistemas Operativos de tarjeta inteligente
Los sistemas operativos más pequeños se ejecutan en tarjetas inteligentes, que son dispositivos del tamaño de una tarjeta de crédito que contienen un chip de CPU. Suslimitaciones son muy severas en cuanto a potencia de procesamiento y memoria
Sistemas Operativos 21Ebert Gómez Aiquipa
Cronología de los Sistemas Operativos
Sistemas Operativos 22Ebert Gómez Aiquipa
Lista de Sistemas Operativos
AmigaOS Amoeba BeOS DR-DOS DragonFly BSD FreeBSD FreeDOS GNU/Linux GNU Hurd MacOS Minix MS-DOS
NetBSD OpenBSD PC-DOS Plan 9 OS/2 QDOS QNX Solaris Microsoft Windows Sistemas Unix Xenix Symbian
Sistemas Operativos 23Ebert Gómez Aiquipa
Hardware de Computo
CPU Memoria Tarjeta video Tarjeta sonido HD FD Microprocesador Monitor
Sistemas Operativos 24Ebert Gómez Aiquipa
… Hardware de Computo
Íntimamente relacionado
Administrasus recursos
Sistemas Operativos 25Ebert Gómez Aiquipa
… Hardware de Computo Dispositivo de E/S
Controladora
Dispositivo
Controlador de dispositivo
Conjunto de chip
Controla al dispositivo
Controladora de dispositivo
Sistemas Operativos 26Ebert Gómez Aiquipa
… Hardware de Computo Buses
ISA
PCI
SCSI
16.67MB/s
528MB/s
160MB/s
USB 1.5MB/s
Plug and Play
IDE, FireWire
Sistemas Operativos 27Ebert Gómez Aiquipa
… Hardware de Computo
- Cerebro del equipos- Ejecuta Instrucciones (16 a 64 bits)- Diferentes
Procesador
Sistemas Operativos 28Ebert Gómez Aiquipa
… Hardware de Computo Memoria
• Rápida• Tamaño de sobra• Costo insignificante
Discos magnéticos
Memoria Principal
Caché
Registros
Tiempo de acceso típico Capacidad típica
1 ns
2 ns
10 ns
10 ms
<1 KB
1 MB
64 - 1024 MB
20 - 300 GB
Jerarquía usual de memoria
5400, 7200 ó 10800
Sector 512B
r/w 5MB a160MB/s
Sistemas Operativos 29Ebert Gómez Aiquipa
… Hardware de Computo ...
Almacenamiento primario
Volátil
Muy pequeña
Es necesario
Almacenamiento secundario
Sistema Operativo
•Planificar los discos•Gestionar el espacio libre•Asignar el almacenamiento
Memoria
Sistemas Operativos 30Ebert Gómez Aiquipa
Organización y administración del almacenamiento
Datos, programas
1. Para poder ejecutarse2. Datos que no son necesarios
1
2
Almacenamiento
Sistemas Operativos 31Ebert Gómez Aiquipa
Jerarquía de la Memoria
… Hardware de Computo ...
Sistemas Operativos 32Ebert Gómez Aiquipa
Componentes de un Sistema Operativo
• Los S.O. Son sistemas de software complejos que se subdividenen componentes mas simples•Los principales componentes son:
•Administrador de memoria•Administrador del procesador•Administrador de dispositivos•Administrador de los archivos
Sistemas Operativos 33Ebert Gómez Aiquipa
Gestión de la memoriaMétodos de organización
Memoria RealAsignación contigua
Sistemas de un solo procesoSistemas de multiprogramación
Con particiones fijasCódigo absolutoCódigo reubicable
Con particiones variablesAsignación no contigua
Paginación simpleSegmentación simpleSegmentación + paginación simple
Memoria virtualPaginación por demandaSegmentación por demandaSegmentación + paginación
Sistemas Operativos 34Ebert Gómez Aiquipa
Memoria real – asignación contiguaUn solo proceso
El tamaño de los programas esta limitado por la cantidad de memoria principal.
Superar limite “técnica de recubrimiento”
Sistemas Operativos 35Ebert Gómez Aiquipa
Memoria real – asignación contiguaMultiprogramación
Varios procesos en memoria simultáneamente
Dos modos de asignación:Particiones fijasParticiones variables
Particiones fijas
Sistemas Operativos 36Ebert Gómez Aiquipa
Memoria real – asignación contigua
Multiprogramación con partición fija
Se produce cuando:
El trabajo del usuario no llena completamente sus particiones designadasUna partición permanece sin usar, por ser pequeña
Estrategia de asignaciónPrimer ajuste, Mejor ajuste, Peor ajusteQué hacer si no hay particiones libresEsperar a la finalización de algún proceso
Sistemas Operativos 37Ebert Gómez Aiquipa
Memoria real – asignación contigua
Multiprogramación con partición variable
Sistemas Operativos 38Ebert Gómez Aiquipa
… Gestión de la memoria Fragmentación
Memoria que queda desperdiciada al usar los métodos de gestión
Hueco
ent
re 2
o m
as p
roce
sos
Sistemas Operativos 39Ebert Gómez Aiquipa
Sistema de E/S
Sistemas Operativos 40Ebert Gómez Aiquipa
Procesos
Interprete de comandos o Shell Ejemplo:
A
D
B C
E F
Árbol de procesos
Comunicación entre procesos
UID (identificador de usuario)
GID (identificador de grupo)
Sistemas Operativos 41Ebert Gómez Aiquipa
Bloqueos Irreversibles
Cuando dos procesos están interactuando, a veces puede meterse en una situación de estancamiento, de la que no pueden salir.
Sistemas Operativos 42Ebert Gómez Aiquipa
Administración de memoria
Espacio de direccionesDirecciones son de 32 o 64 bits
Sistema Operativo SimpleUn programa a le vez en la memoria
Sistema Operativo avanzado
Varios programa a le vez en la memoria al mismo tiempo
Técnica llamada memoria virtual
Sistemas Operativos 43Ebert Gómez Aiquipa
Entrada/Salida
Archivos
¿De qué serviría una computadora si los usuarios no pudieran decidir qué hacer y o pudieran obtener los resultados una vez realizado el trabajo requerido?
Se requieren llamadas al sistema para crear archivos, eliminarlos, leerlos y escribirlos
Se requieren llamadas al sistema para crear directorios, eliminarlos, leerlos y escribirlos
ruta
PermisosSistema de archivos montado
Sistemas Operativos 44Ebert Gómez Aiquipa
SeguridadSólo los usuarios autorizados puedan tener accesos a los archivos
Protección binaria de 9 bits
rwxr-x--x
ShellEditores, compiladores, ensambladores, enlazadores e interpretes de comando no forman parte del sistema operativo
Interprete de comandos de Linux llamado Shell
Puede usarse las llamadas al sistema
Indicador de comandos (prompt)
Sistemas Operativos 45Ebert Gómez Aiquipa
Unidades métricas
Exp. Explicito Prefijo Exp. Explicito Prefijo
10-3 0.001 mili 103 1,000 Kilo
10-6 0.000001 micro 106 1,000,000 Mega
10-9 0.000000001 nano 109 1,000,000,000 Giga
10-12 0.000000000001 pico 1012 1,000,000,000,000 Tera
10-15 0.000000000000001 femto 1015 1,000,000,000,000,000 Peta
10-18 0.000000000000000001 ato 1018 1,000,000,000,000,000,000 Exa
10-21 0.000000000000000000001 zepto 1021 1,000,000,000,000,000,000,000 Zetta
10-24 0.0000000000000000000000001
yocto 1024 1,000,000,000,000,000,000,000,000
Yotta
Sistemas Operativos 46Ebert Gómez Aiquipa
Proceso
Sistemas Operativos multiprogramados
BCP.- Bloque de control de proceso.- Información de un proceso mientras esta en ejecución
Con tanta información es posible interrumpir el proceso cuando este corriendo y posteriormente restaurar a su estado de ejecución
d
Sistemas Operativos 47Ebert Gómez Aiquipa
El BCP es la herramienta clave
Soporte a múltiples procesos(multiprogramación)
Sistemas Operativos 48Ebert Gómez Aiquipa
Creación de un proceso
El sistema operativo construye el BCP del proceso
El SO reserva el espacio de dirección en memoria principal para el proceso
Un proceso puede crear otro proceso
Sistemas Operativos 49Ebert Gómez Aiquipa
Proceso
Es un programa en ejecución
Procesos del Sistema Operativo, ejecutan código del sistema
Procesos del usuario, que ejecutancódigo del usuarioPrograma
AlgoritmoProceso
Sistemas Operativos Monousuarios
Sistemas Operativos Multiusuarios
S.O. Que puede ser ocupado por un único usuario en un solo determinado tiempo
S.O. que provee servicios y procesamiento a múltiples usuarios
MonoprocesoMultiproceso
Sistemas Operativos 50Ebert Gómez Aiquipa
Procesos y subprocesos
Procesos
Varias cosas a la vez
Leer disco Imprimir Enviar a pantalla
Pseudoparalelismo
Durante un segundo puede trabajar con varios programas
Ilusión de paralelismo
Sistemas Operativos 51Ebert Gómez Aiquipa
Proceso, programaHornear pastel
Receta (programa)Algoritmo expresado en alguna
notación apropiada
Datos de entradas
pastel
Panadero (CPU)
Actividad de algún tipo
Proporcionaratenciónmedica
PID (identificador de procesos)
Sistemas Operativos 52Ebert Gómez Aiquipa
Creación de procesosHay cuatro sucesos principales que causan la creación de procesos
• Inicialización del sistemas
• Ejecución de una llamada al sistema para crear procesos por parte de un procesos en ejecución
• Solicitud de un usuario para crear un proceso
• Inicio de un trabajo por lotes
Procesos de primer plano – interactúan con usuarios
Procesos de segundo plano – tienen una función especifica
Los usuarios pueden iniciar un programa, tecleando un programa o haciendo doble click
Verificar ortografía mientras se escribe
Sólo valido en los sistemas por lotes
Sistemas Operativos 53Ebert Gómez Aiquipa
Demonios (daemons)
Procesos que permanecen en segundo plano para encargarse de alguna actividad, como correo electrónico, impresiones, paginas web, etc
Sistemas Operativos 54Ebert Gómez Aiquipa
Terminación de procesos
•Terminación Normal (voluntaria)
•Terminación por error (voluntaria)
•Error fatal (involuntaria)
•Terminado por otro proceso (involuntaria)
Por que ya realizo su trabajoexit en linuxProcesadores de texto y programas similares
El proceso descubra un error fatalEjm. Compilar un programa y esta no existe
Defecto en el programaEjemplo: dividir entre cero
Es que otro proceso ejecute una llamada para pedir al sistema operativo que termine el proceso en cuestión.
Sistemas Operativos 55Ebert Gómez Aiquipa
Estados de procesosCada proceso es una entidad independiente
Interactúa con otro proceso
Estados en los que puede estar un proceso•En ejecución (usando la CPU en ese instante)
•Listo (detenido en forma temporal para permitir que se ejecute otro proceso)
•Bloqueado (no puede ejecutarse mientras no ocurra cierto suceso externo)
Bloqueado
En ejecución
Listo
1. El proceso se bloquea para esperar entrada
2. El calendarizador escoge otro proceso
3. El calendarizador escoge este proceso
4. Ya hay entrada disponible
despachador
1 23
4
Sistemas Operativos 56Ebert Gómez Aiquipa
Comunicación entre procesos
Proceso 01 Proceso 02
Como pasar información
Proceso 01
Proceso 02
Dos o más procesosno se estorben al realizaractividades Ordenamiento correcto
proceso01 proceso02
Primero Segundo
Actividad
Planificador deProcesos
Sistemas Operativos 57Ebert Gómez Aiquipa
Comunicación entre procesos
Como un proceso puede pasar información a otro
Asegurar que dos o más procesos no se interfieran mientras realizan tareas críticas
pensemosen dos procesos que intentan apoderarse del último megabyte de memoria disponible
Secuenciamiento correcto cuando existen dependencias
Sistemas Operativos 58Ebert Gómez Aiquipa
Modelo de proceso de 5 estados
Modelo de proceso de 2 estados
Modelo de proceso de 5 estados
Sistemas Operativos 60Ebert Gómez Aiquipa
Swapping
swap: transferencia a disco de un proceso
Sistemas Operativos 61Ebert Gómez Aiquipa
Swapping
Sistemas Operativos 62Ebert Gómez Aiquipa
Hilos (Threads)