Sistemas Operativos Centralizados y Distribuidos

Índice de contenido1) Sistemas Operativos Centralizados.......................................................................................... 4

1.1) Concepto............................................................................................................................... 4

1.2) Gestión de procesos.............................................................................................................. 5

1.3) Gestión de memoria.............................................................................................................. 5

1.4) Gestión de dispositivos.......................................................................................................... 6

1.5) Gestión de archivos............................................................................................................... 6

2) Sistemas Operativos Distribuidos............................................................................................. 7

2.1) Concepto............................................................................................................................... 7

2.2) Ventajas y Desventajas......................................................................................................... 7

2.3) Aspectos del Diseño.............................................................................................................. 8

2.3.1) Transparencia..................................................................................................................... 8

2.3.2) Flexibilidad.......................................................................................................................... 9

2.3.3) Confiabilidad....................................................................................................................... 9

2.3.4) Desempeño......................................................................................................................... 9

2.3.5) Escalabilidad...................................................................................................................... 9

2.4) Comunicación en los sistemas distribuidos.......................................................................... 10

2.5) Sincronización en sistemas distribuidos............................................................................... 10

2.6) Procesos y procesadores..................................................................................................... 10

2.7) Sistemas distribuidos de archivos........................................................................................ 11

2.8) Memoria compartida distribuida............................................................................................ 11

2.9) Modelos de Sistemas Distribuidos........................................................................................ 12

2.9.1) Grupos de Procesadores................................................................................................... 12

2.9.2) Cliente Servidor.................................................................................................................. 12

3) Comparación entre Sistemas Operativos Centralizados y Distribuido.......................................13

4) Ejemplos.....................................................................................................................................14

4.1) Ejemplos de Sistemas Operativos Centralizados.................................................................. 14

4.1.1) DOS.................................................................................................................................... 14

4.1.2) UNIX................................................................................................................................... 15

4.1.3) Mac OS.............................................................................................................................. 15

4.2) Ejemplos de Sistemas Operativos Distribuidos.................................................................... 16

4.2.1) Amoeba.............................................................................................................................. 16

4.2.2) Mach................................................................................................................................... 17

4.2.3) Chorus................................................................................................................................. 18

4.2.4) DCE..................................................................................................................................... 18

Bibliografía......................................................................................................................................21

Conclusiones..................................................................................................................................20

Sistemas Operativos Centralizados y Distribuidos

1) Sistemas Operativos Centralizados 1.1) Concepto Si queremos dar una definición simple de lo que es un sistema operativo centralizado, diremos que se trata de de aquel que utiliza los recursos de una sola computadora, es decir, su memoria, CPU, disco y periféricos. Respecto al hardware podemos decir que se suele tratar de un computador caro y de gran potencia, con terminales alfanuméricos directamente conectados. Suele tratarse de una computadora de tipo desktop, en las cuales es común encontrar un monitor grande con un teclado y un mouse; además de un case para albergar la unidad de procesamiento y los demás componentes. Podemos encontrar este tipo de sistemas operativos en un entorno de empresa, en el cual puede haber un soporte multiusuario. Las empresas, en especial las antiguas, utilizan una mainframe potente para dar capacidad de cómputo a muchos terminales, o también se puede encontrar empresas con abundantes minicomputadores para los empleados que las necesiten en sus actividades. Uno de los primeros modelos de ordenadores interconectados fue el centralizado, donde todo el procesamiento de la organización se llevaba a cabo en una sola computadora, normalmente un Mainframe, y los usuarios empleaban sencillos ordenadores personales.

Los problemas de este modelo son que cuando la carga de procesamiento aumentaba se tenía que cambiar el hardware del Mainframe, lo cual es más costoso que añadir más computadores personales clientes o servidores que aumenten las capacidades. El otro problema que surgió son las modernas interfaces gráficas de usuario, las cuales podían conllevar a un gran aumento de tráfico en los medios de comunicación y por consiguiente podían colapsar.

Otro entorno donde se encuentran sistemas operativos de arquitectura centralizada es en los entornos científicos. En ellos se busca la ejecución eficiente de aplicaciones y el uso de supercomputadores, que son computadoras con capacidades de cálculo muy superiores a las comúnmente disponibles de las máquinas de escritorio. Se suele usar este tipo de máquinas para cálculos en los que intervienen una gran cantidad de operaciones complejas y muchos factores.

En un entorno familiar se puede encontrar una computadora. Estas tienen un sistema operativo centralizado porque el ordenador es único y no necesita trabajar en paralelo con ninguna otra computadora, ya que no se encuentra conectado a ninguna. Normalmente estos ordenadores tienen uno o dos procesadores potentes y caros que satisfacen las necesidades de cómputo del usuario.

En estos sistemas hay un uso ocasional de la red, como para transferir ficheros o logins remotos. Actualmente prácticamente todos (por no decir todos) los sistemas operativos permiten la transferencia de ficheros. Uno puede conectarse con una máquina en la misma red y acceder a los documentos que ésta esté dispuesta a compartir por orden del usuario o viceversa. Pero no se trata de una transferencia realmente transparente pues el usuario está consciente de que está accediendo a archivos almacenados en un disco diferente al que le pertenece, al que forma parte de su computadora. Asimismo es posible conectarse de forma remota a otra computadora como en el caso de la asistencia remota, pero son más que nada utilidades o funciones agregadas que permite

realizar el sistema operativo centralizado, sin llegar a ser lo que buscaba como objetivo principal el sistema al ser diseñado. Son muy conocidos los sistemas centralizados con los que contamos en la actualidad, basta con empezar por los que tenemos instalados en nuestras propias computadoras como Windows, Linux, Mac OS, Unix, etc.

1.2) Gestión de procesos Respecto al manejo de procesos podemos cubrir 3 cosas: la comunicación entre procesos, la sincronización y la planificación.

Para ejecutar un proceso, se le asigna memoria y se ejecuta sobre el (normalmente) único procesador del sistema. Es más simple que en un sistema distribuido pues siempre se va a elegir el procesador local, así que el tema pasa más por buscar el funcionamiento óptimo del procesador que se posea y en buscar en qué procesador ejecutar un proceso para aprovechar las posibilidades de cómputo.

La gestión de procesos en un sistema operativo centralizado se ocupa de los mecanismos y políticas para compartir o repartir un procesador entre diversos procesos de usuario.

Los procesos pueden comunicarse entre sí a través de memoria compartida, ya sean variables compartidas o buffers, o a través de las herramientas provistas por las rutinas de IPC (Interprocess Communication). La IPC provee un mecanismo que permite a los procesos comunicarse y sincronizarse entre sí. Normalmente a través de un sistema de bajo nivel de paso de mensajes que ofrece la red subyacente.

Hay varios modelos de sincronización de procesos tales como el de exclusión mutua, semáforos y mensaje. En el caso de un sistema operativo centralizado se puede usar la memoria compartida para facilitar la sincronización.

El sistema operativo debe decidir qué proceso ejecutar de aquellos que están listos para ejecución. El planificador es la parte del sistema operativo que realiza la decisión mediante el algoritmo de planificación. Los objetivos son mejorar la equidad, eficiencia, tiempo de respuesta, minimizar el tiempo de proceso global y maximizar el número de trabajos procesados. El problema es que el comportamiento de los procesos es único e impredecible. Se puede usar diferentes algoritmos de planificación

1.3) Gestión de memoria El manejo de memoria tiene que ver con la asignación de memoria, el mapeo lógico y físico, la memoria virtual y los mecanismos de protección. En el sistema centralizado se maneja sólo la memoria con la que cuenta la computadora en la que está instalado el sistema. Es la parte del sistema encargada de asignar memoria a los procesos, tratará de repartir de forma eficiente la memoria para introducir tantos procesos como sea posible.

La asignación de memoria consiste en el proceso de asignar memoria para propósitos específicos, ya sea en tiempo de compilación o de ejecución. Si es en tiempo de compilación es estática, si es en tiempo de ejecución es dinámica y si son variables locales a un grupo de sentencias se denomina automática. Generalmente se divide la memoria en dos particiones, una para el SO residente y otra para los procesos de usuario. La asignación de memoria es exclusiva para el proceso que la requiere, es decir, ésta es lógicamente separada de la de cualquier otro proceso del sistema.

El manejo de la memoria virtual consiste en hace creer a los programas que existe una memoria principal de gran tamaño y explota localidad de acceso a través de la jerarquía de memoria. Además

la gestión de memoria debe cumplir algunos requisitos de protección como que el código de un proceso no debe hacer referencia a posiciones de otros procesos sin permiso.

1.4) Gestión de dispositivos Sobre el manejo de dispositivos podemos tratar los driver de los dispositivos, el buffering y el spooling. Para que sea un sistema centralizado la gestión de dispositivos debe encargarse sólo de los dispositivos que le pertenecen a una sola computadora.

La gestión de dispositivos tiene que ver con los drivers y con los controladores. Los drivers o manejadores son programas que se encargan de detalles que son dependientes de los dispositivos. Los controladores son elementos electrónicos de la unidad E/S, los cuales brindan una abstracción de lo que hace el dispositivo pues uno le envía la función al controlador y él se encarga de ver que el dispositivo realice las acciones necesarias.

En un sistema centralizado, la asignación de los recursos disponibles está gestionada, como ya sabemos, por el sistema operativo. También se encarga de aplicar las técnicas de buffering y spooling. Para desacoplar las velocidades de funcionamiento de los dispositivos con las de otros elementos del sistema y, por lo tanto, aumentar el rendimiento, es habitual la utilización de almacenamiento intermedio o buffering tanto de entrada como de salida. El uso del spooling consiste en tener un buffer que almacena datos a enviar a un dispositivo que no admite operaciones de diferentes orígenes intercaladas.

1.5) Gestión de archivos

Para el manejo de archivos hay que tener en cuenta el acceso a archivos, la compartición de archivos, el control de concurrencia y la replicación de datos. Es la parte del sistema operativo centralizado que se encarga de proporcionar a los usuarios y aplicaciones servicios de para el uso, acceso y control de accesos, tanto de archivos como a directorios.

Los objetivos básicos de la gestión de archivos son: garantizar que la información del archivo sea válida, optimizar el acceso a los archivos, proveer soporte E/S a gran variedad de dispositivos de almacenamiento, entregar los datos que el usuario pide, minimizar o eliminar una potencial perdida de datos, proveer un conjunto estándar de rutinas E/S, proveer soporte de E/S a múltiples usuarios. Las funciones básicas que debe cubrir son las de crear un archivo, borrar un archivo abrir un archivo y cerrar un archivo.

2) Sistemas Operativos Distribuidos 2.1) Concepto

Según Tanenbaum, un sistema distribuido es "una colección de computadoras independientes que aparecen ante los usuarios del sistema como una única computadora.

De eso podemos entender que las máquinas son autónomas y los usuarios siempre piensan que el sistema es como una única computadora. Un sistema distribuido se caracteriza por comportarse frente al usuario como una sola máquina; el usuario desconoce sobre qué procesador se está ejecutando sus procesos y dónde residen sus ficheros.

Vamos a dar un ejemplo. Primero consideremos una red de estaciones de trabajo en un departamento de una compañía. Además de cada estación de trabajo podría existir una pila de procesadores en el cuarto de máquinas que no estén asignados a usuarios específicos sino que se utilicen de manera dinámica conforme sea necesario. Tal vez el sistema podría tener un sistema de archivos único con todos los archivos accesibles desde todas las máquinas de la misma forma y con el mismo nombre de ruta de acceso. Además, cuando el usuario escriba un comando el sistema podría buscar el mejor lugar para ejecutarlo, tal vez en la propia estación de trabajo de usuario o en una estación de trabajo inactiva que pertenezca a otra persona o en uno de los procesadores no asignados en el cuarto de máquinas. Si el sistema se ve como un todo y actúa como un sistema de tiempo compartido clásico con un único procesador pondría considerarse como un sistema distribuido.

Otro ejemplo es el de un enorme banco con cientos de sucursales por todo el mundo. Cada oficina tiene una computadora maestra para guardar las cuentas locales y el manejo de las transacciones locales. Además cada computadora tiene la capacidad de comunicarse con las otras sucursales y con una computadora central en las oficinas centrales. Si las transacciones se pueden realizar sin importar dónde se encuentre el cliente o la cuenta y los usuarios no observan diferencia alguna entre este sistema y el antiguo centralizado que ha reemplazado también se podría considerar como un sistema distribuido.

Los sistemas operativos de red están formados por un software débilmente acoplado en un hardware débilmente acoplado. De no ser por el sistema compartido de archivos a los usuarios les parecería que el sistema consta de varias computadoras. Puede ejecutar su propio sistema operativo y hacer lo que quiera. El siguiente paso en la evolución es el del software fuertemente acoplado en hardware débilmente acoplado, esta es la aparición de los sistemas distribuidos. El objetivo es crear la ilusión en las mentes de los usuarios que toda la red de computadoras es un sistema de tiempo compartido, en vez de máquinas diversas.

Debe haber un mecanismo de comunicación global entre los procesos, de forma que cualquier proceso pueda comunicarse con cualquier otro. También un sistema global de protección. La administración de procesos debe ser la misma en todas partes. La forma en que se crean, destruyen y detienen los procesos no debe variar de una máquina a otra. También el sistema de archivos debe tener la misma apariencia en todas partes. Como consecuencia lógica de hecho de tener una misma interfaz de llamadas al sistema en todas partes, es normal que se ejecuten núcleos idénticos en todos los CPU de sistema. Eso facilita la coordinación de las actividades globales. Por ejemplo, cuando se inicie un proceso, todos los núcleos deben cooperar en la búsqueda del mejor lugar para ejecutarlo. Los sistemas distribuidos se basan en la utilización de sistemas de transmisión fiables, eficaces, rápidos que permitan integrar sistemas de distintos fabricantes.

2.2) Ventajas y Desventajas Entre las ventajas tenemos:

La descentralización económica. Por ejemplo, en el caso de los CPU, si uno está dispuesto a pagar el doble so obtiene el mismo CPU sólo que con una velocidad un poco mayor. De tal forma, es más cómodo limitarse a un gran número de CPU baratos reunidos en un mismo sistema. Los sistemas distribuidos tienen en potencia una proporción precio/desempeño mucho mejor que la de un sistema centralizado.

Además ciertas aplicaciones son distribuidas en forma inherente. Una cadena de supermercados podría tener muchas tiendas las cuales reciben los artículos de manera local realiza ventas locales y toma decisiones locales acerca de las verduras que están viejas o podridas y qué debe hacerse. Por lo tanto, tiene sentido mantener un inventario de cada tienda dentro de una computadora local a la vez de tenerlo de manera central en las oficinas de la compañía. Después de todo, la mayoría de las solicitudes y actualizaciones se harían en forma local. Sin embargo de vez en cuando la administración central podría tratar de determinar la cantidad de nabos que posee en cierto momento. Una forma de lograr este objetivo es hacer que todo el sistema se vea como una computadora para los programas de aplicación pero implementado de manera descentralizada en una computadora por tienda como ya se ha descrito. Éste sería entonces un sistema distribuido comercial.

Otra ventaja sobre los sistemas centralizados es la confiabilidad. Al distribuir la carga de un trabajo en muchas máquinas la falla de un circuito descompondría a lo más una máquina y el resto seguiría intacto. También está el crecimiento por incrementos, ya que no es necesario comprar una nueva mainframe carísima cuando la empresa necesita más poder de cómputo.

Entre las desventajas tenemos: El peor de los problemas es el software: qué lenguajes de programación utilizar, que

aplicaciones son adecuadas. El problema de las redes de comunicación. Se pueden perder mensajes, lo cual requiere un

software especial para su manejo y puede verse sobrecargado. Al saturarse la red ésta debe reemplazarse o añadir una segunda. De cualquier forma, es un gran costo.

El hecho que los datos se puedan compartir puede ser un arma de doble filo, pues también pueden acceder a datos que no les corresponde ver. La seguridad es con frecuencia un problema.

2.3) Aspectos del Diseño 2.3.1) Transparencia Tal vez sea el aspecto más importante. Consiste en engañar a todas las personas para que piensen que la colección de máquinas es tan solo un sistema de tiempo compartido de un procesador, a la manera antigua.

La transparencia se puede lograr en dos niveles distintos. Lo más fácil es ocultar la distribución a los usuarios. Para ellos lo único poco usual es que el desempeño del sistema tiene un cambio decente. En un nivel inferior también es posible que el sistema sea transparente para los programas. Se puede diseñar la interfaz de llamadas al sistema de modo que no sea visible la existencia de varios procesadores.

Hay varios tipos de transparencia: Transparencia de localización: Los usuarios no pueden indicar la localización de los recursos. Transparencia de migración: Los recursos se pueden mover a voluntad sin cambiar sus

nombres.

Transparencia de réplica: Los usuarios no pueden indicar el número de copias existentes. Transparencia de concurrencia: Varios usuarios pueden compartir recursos de manera

automática. Transparencia de paralelismo: Las actividades pueden ocurrir en paralelo sin el conocimiento de

los usuarios.

2.3.2) Flexibilidad Es importante que el sistema sea flexible. Junto con la transparencia son fundamentales. Es bueno mantener las opciones abiertas. Existen dos escuelas de pensamiento en cuanto a la estructura de los sistemas distribuidos. Una escuela mantiene que cada máquina debe ejecutar un núcleo tradicional que proporcione la mayoría de los servicios. La otra consiste que el núcleo proporcione lo menos posible y que el grueso de los servicios del sistema operativo se obtenga a partir de los servidores a nivel de usuario. Estos dos modos son conocidos como el núcleo monolítico y micronúcleo.

2.3.3) Confiabilidad La idea es que si una máquina falle, otra se encargue del trabajo. Los sistemas distribuidos actuales cuentan con que un número de ciertos servidores sirvan para que el todo funcione. La disponibilidad se refiere a la fracción de tiempo en que se puede utilizar el sistema. Esta se puede mejorar mediante un diseño que no exija el funcionamiento simultáneo de un número sustancial de componentes críticos. Otra herramienta es la redundancia, se puede duplicar piezas clave del hardware y de software, de modo que si una de ellas falla, las otras pueden llenar su hueco. Otro aspecto es la tolerancia a fallos. Supongamos que un servidor falla y vuelve a arrancar de manera súbita. Si el servidor tiene tablas con importante información acerca de las actividades en proceso, lo menos que ocurrirá es que la recuperación será difícil.

2.3.4) Desempeño La construcción de un sistema distribuido transparente, flexible y confiable no servirá si el sistema es lento. Se puede utilizar diversas métricas del desempeño. El tiempo de respuesta es una, poro también lo son el rendimiento, uso de sistema y cantidad consumida de capacidad de red. El problema del desempeño se complica por el hecho de la comunicación, factor esencial en un sistema distribuido. El envío y obtención de una respuesta en una LAN es lento. Para ello hay que minimizar el número de mensajes. La dificultad con esta estrategia es que la mejor forma de mejorar el desempeño es tener muchas actividades en ejecución paralela en distintos procesadores, pero esto requiere el envío de muchos mensajes.

Una posibilidad es prestar atención al grano de todos los cálculos. En general, los trabajos que implican gran número de pequeños cálculos, en particular aquellos que interactúan en gran medida con otros, pueden ser la causa de algunos problemas en los sistemas distribuidos con una comunicación lenta.

2.3.5) Escalabilidad

La mayor parte de los sistemas distribuidos están diseñados para trabajar con unos cuantos cientos de CPU. Un sistema distribuid puede empezar con una cantidad manejable de usuarios, pero cuando pasa el tiempo puede que se tenga un sistema distribuido con decenas de millones de usuarios. La cuestión es si los métodos que se desarrollan en la actualidad podrán escalarse hacia tales grandes sistemas.

Lo que queda claro es que se debe evitar los componentes, tablas y algoritmos centralizados, pues no es una buena idea tener un solo servidor de correo para 50 millones de usuarios. Además, el servidor no toleraría bien las fallas.

2.4) Comunicación en los sistemas distribuidos La diferencia principal entre un sistema distribuido y un sistema con un procesador es la comunicación entre procesos. En un sistema con un procesador la mayor parte de la comunicación entre procesos supone de manera implícita la existencia de memoria compartida. Un proceso escribe en un buffer compartido y otro proceso lee de él. En un sistema distribuido no existe tal memoria compartida, por lo que toda la naturaleza de la comunicación entre procesos debe replantearse desde cero.

Para los sistemas distribuidos de área amplia relativamente lentos, se utilizan los protocolos de capas orientadas hacia la conexión como OSI y TCP/IP, puesto que el problema principal por resolver es el transporte confiable de los bits a través de líneas físicas pobres. Para los basados en LAN, los protocolos con capas se utilizan muy pocos. En vez de ellos, se adopta por lo general un modelo mucho más sencillo donde el cliente envía un mensaje al servidor y éste envía de regreso una respuesta al cliente. También se utiliza mucho la llamada a procedimientos remotos (RPC). Con ella un proceso cliente que se ejecuta en una máquina llama a un procedimiento que se ejecuta en otra máquina.

2.5) Sincronización en sistemas distribuidos Es importante la forma en que los procesos cooperan y se sincronizan entre sí. Por ejemplo, la forma de implantar las regiones críticas o asignar recursos en un sistema distribuido.

En los sistemas con un CPU, los problemas relativos a regiones críticas, la exclusión mutua y la sincronización se resuelven en general mediante métodos tales como los semáforos y monitores. Pero estos no son adecuados para sistemas distribuidos, puesto que siempre se basan en la existencia de memoria compartida, por lo que se necesitan otras técnicas. La mayoría de sistemas operativos distribuidos tienen un paquete de hilos.

La sincronización de procesos en los sistemas distribuidos resulta más compleja que en los centralizados, debido a que la información y el procesamiento se mantienen en diferentes nodos. Un sistema distribuido debe mantener vistas parciales y consistentes de todos los procesos cooperativos y de cómputo. Tales vistas pueden ser provistas por los mecanismos de sincronización. La sincronización no tiene por qué ser exacta, y bastará con que sea aproximadamente igual en todos los ordenadores. Hay que tener en cuenta, eso sí, el modo de actualizar la hora de un reloj en particular.

2.6) Procesos y procesadores Se utilizan por lo común dos modelos de organización de los procesadores: el modelo de estación de trabajo y el modelo de la pila de procesadores. En el primero, cada usuario tiene su propia estación de trabajo y a veces puede ejecutar procesos en las estaciones de trabajo inactivas. En el segundo, todas las instalaciones de cómputo son un recurso compartido. Los procesadores se asignan de manera dinámica a los usuarios conforme sea necesario y se regresan a la pila al terminar el trabajo.

Dada una colección de procesadores, se necesita un algoritmo para asignar los procesos a los procesadores. Tales algoritmos pueden ser deterministas o heurísticos, centralizados o distribuidos, óptimos o subóptimos, locales o globales, iniciados por el emisor o por el receptor.

Aunque los procesos se planifican por lo general de manera independiente, se puede mejorar el desempeño mediante la co-planificación, para garantizar que los procesos que deben comunicarse se ejecutan al mismo tiempo. Sobre la planificación en los sistemas distribuidos podemos decir que por lo general cada procesador hace su planificación local sin preocuparse por lo que hacen los demás procesadores. También hay varios algoritmos de co-planificación, que toman en cuenta los patrones de comunicación entre los proceso durante la planificación para garantizar que todos los miembros de un grupo se ejecuten al mismo tiempo.

2.7) Sistemas distribuidos de archivos Un componente fundamental es el sistema de archivos, es el corazón de cualquier sistema distribuido. La tarea del sistema de archivos es almacenar los programas y los datos y tenerlos disponibles cuando sea necesario.

El servicio de archivos es la especificación de los servicios que el sistema de archivos ofrece a los clientes. El servidor de archivos es un proceso que se ejecuta en alguna máquina y ayuda a implantar el servicio de archivos. Puede haber uno o varios servidores de archivos pero los clientes no deben conocer cuántos hay ni su posición o función. Todo lo que saben es llamar a los procedimientos especificados en el servicio de archivos y el trabajo se hace en alguna parte. Lo ideal es que se vea como un sistema de archivos normal de un procesador. Puede haber varios servidores de archivos, por ejemplo uno UNIX y uno en MS-DOS.

Hay varios modelos de semántica, como la semántica UNIX, la semántica de sesión, los archivos inmutables y la semántica de transacción. La semántica UNIX es intuitiva y familiar para la mayoría de los programadores pero su implantación es cara. La semántica de sesión es menos determinística pero más eficiente. Los archivos inmutables no son familias para la mayoría de personas y las transacciones suelen ser redundantes. NFS ilustra cómo construir un sistema distribuido de archivos.

2.8) Memoria compartida distribuida Existen dos tipos de sistema con varios procesadores: multiprocesadores y multicomputadoreas. En un multriprocesador varias CPU comparten una memoria principal común. En el caso de una multicomputadora cada CPU tiene su memoria particular, nada se comparte. No se puede utilizar muchos procesadores con una sola memoria compartida porque se origina un cuello de botella. En el caso de las multicomputadoras, como no hay memoria compartida se tiene que utilizar la transferencia de mensajes, haciendo que la entrada/salida sea la abstracción central. La transferencia de mensajes trae consigo varios aspectos delicados como el flujo de control, la pérdida de mensajes, el uso de buffer y el bloqueo. Aunque se han propuesto varias soluciones, la programación con transferencia de mensajes es todavía difícil.

También se propuso las llamadas a procesamientos remotos. Para utilizar un servicio remoto, un proceso solo llama al procedimiento de la biblioteca adecuada, el cual empaqueta el código de la operación y los parámetros del mensaje, enviándolo por la red y esperando la respuesta.

Se utilizan tres técnicas generales para proporcionar memoria compartida. La primera estimula el modelo de memoria de multiprocesador, dando a cada proceso una memoria paginada lineal. Las

páginas se mueven de una máquina a otra según sea necesario. La segunda utiliza los lenguajes de programación ordinarios con variables compartidas anotadas. La tercera se basa en los modelos de programación de alto nivel, como la n-capa y los objetos.

En un sistema operativo distribuido, la memoria pasa a ser físicamente privada pero lógicamente compartida. Es decir, un computador ejecuta los programas en su memoria propia, pero en caso de necesitar más memoria utilizara los recursos disponibles de otra computadora que este capacitada y preparada dentro de la red para compartir su memoria.

2.9) Modelos de Sistemas Distribuidos Hay distintas topologías en que se basan los sistemas distribuidos. Son las siguientes: 2.9.1) Grupos de Procesadores En este modo, al abrir una sesión, el sistema asigna al usuario un procesador, pudiendo hacerlo en función a la sobrecarga, la proximidad o cualesquiera otros parámetros que fije el diseñador. Un método más sencillo y menos comprometido es hacer que el usuario elija el nodo al que quiere conectarse, pero se pierde en transparencia y puede dar lugar a fuertes desequilibrios en el sistema. La topología se basa en varios ordenadores unidos a través de una red de comunicaciones la cual se pueden conectar los usuarios a través de sus ordenadores personales. Es un paso en la evolución de los sistemas distribuidos pero falta un sistema de ficheros transparente y global desapareciendo la idea de nodos. 2.9.2) Cliente Servidor En este se cuenta con clientes que dan acceso a usuarios a los servicios y servidores que contienen la información, servicios, etc. Una máquina puede ser cliente en un servicio y servidor en otro.

Es el modelo más conocido y más ampliamente adoptado en la actualidad. Hay un conjunto de procesos servidores, cada uno actuando como un gestor de recursos para una colección de recursos de un tipo, y una colección de procesos clientes, cada uno llevando a cabo una tarea que requiere acceso a algunos recursos hardware y software compartidos. Los gestores de recursos a su vez podrían necesitar acceder a recursos compartidos manejados por otros procesos, así que algunos procesos son ambos clientes y servidores. En el modelo, cliente-servidor, todos los recursos compartidos son mantenidos y manejados por los procesos servidores.

El modelo cliente-servidor nos da un enfoque efectivo y de propósito general para la comparación de información y de recursos en los sistemas distribuidos. El modelo puede ser implementado en una gran variedad de entornos software y hardware. Las computadoras que ejecuten los programas clientes y servidores pueden ser de muchos tipos y no existe la necesidad de distinguir entre ellas.

El modelo cliente-servidor se ha extendido y utilizado en los sistemas actuales con servicios manejando muchos diferentes tipos de recursos compartidos. Pero no es posible que todos los recursos que existen en un sistema distribuido sean manejados y compartidos de esta manera; algunos tipos de recursos deben permanecer locales a cada computadora de cara a una mayor eficiencia como RAM, procesador, interfaz de red local. Estos recursos clave son manejados

4) Ejemplos 4.1) Ejemplos de Sistemas Operativos Centralizados 4.1.1) DOS El MS-DOS se desarrollo para operar computadoras individuales de escritorio para un solo usuario. Cuando el mercado de las computadoras personales hizo explosión en los 80, fue el sistema operativo estándar para millones de máquinas.Es uno de los sistemas operativos más sencillos de comprender. En muchas formas es un ejemplo de los primeros sistemas operativos porque maneja los trabajos en secuencia a partir de un solo usuario. Sus ventajas son su operación fundamental y sus comandos claros para el usuario. Tiene dos desventajas. La primera es su falta de flexibilidad y su limitada capacidad para llenar las necesidades de programadores y usuarios expertos. La segunda proviene de sus raíces; se escribió para una familia de microprocesadores. Cuando estos microprocesadores dominaron el mercado de las computadoras personales, MS-DOS también lo hizo. Pero con el avance de nuevos chips, el DOS perdió su ventaja de mercado en relación con los sistemas operativos más elaborados.

Su apoyo de entradas y salidas estándares incluyen un teclado, monitor, impresora y unidad de almacenamiento secundario. En el nivel inferior del MS-DOS está BIOS, que hace la interfaz con los diversos dispositivos de entrada y salida como las impresoras, teclados y monitores. Este sistema tiene requerimientos del sistema bajos y poco Soporte de hardware Trabaja con comandos en modo texto formados por órdenes difíciles de recordar. Sólo se puede ejecutar un programa en cada momento. La capacidad de aumentar el espacio de su disco duro, un antivirus, una nueva versión del programa de apoyo y recuperación de datos, que por años no fue mejorado, capacidad de intercambiar datos entre computadoras por medio de un cable, optimización del uso de la memoria RAM y otras interesantes opciones. El DOS no es ni multiusuario ni multitarea. No puede trabajar con más de un usuario ni en más de un proceso a la vez.

4.1.2) UNIX Unix es un sistema interactivo diseñado para manejar múltiples procesos y múltiples usuarios al mismo tiempo. Fue el primer sistema operativo escrito en el lenguaje de programación C. Fue dieñado por programadores y para programadores, para utilizarse en un entorno en el que la mayoría de usuarios tienen conocimientos relativamente avanzados y se dedica a proyectos de software que suelen ser complejos. Unix cuenta con extensos recursos para trabajar en colaboración y compartir información de formas controladas.

Es un sistema universal, válido para toda clase de ordenadores, grandes y pequeños. Para el Unix todo es un archivo. Permite crear archivos con nombres hasta de 255 caracteres de largo. Tiene algunas características de sistema distribuido, ya que existe un nombre único para todos los ficheros disponibles en la red, y que es independiente de la máquina, o más específicamente, en ese nombre no se incluye el nombre de la máquina en el que el fichero está almacenado.

El núcleo es un programa escrito casi en su totalidad en lenguaje C, con excepción de una parte del manejo de interrupciones, expresada en el lenguaje ensamblador del procesador en el que opera.

El kernel hace que la computadora funcione bajo Unix y que los usuarios puedan compartir eficientemente todos los recursos. Cada usuario puede interactuar con el Sistema Operativo con el Interpretador de Comandos (Shell) de su agrado entre los que se destacan: El Bourne Shell, el C Shell, El Korn Shell, el Bourne Again Shell.

El Unix utiliza y administra muy eficientemente la memoria. En la memoria libre atiende a los procesos. A cada proceso le da la cantidad exacta de memoria que aquél necesite, desde pocos kilobytes hasta varios megabytes. Cuando se acaba la memoria, utiliza el Area de Swap que es una memoria virtual. Esto permite que se pueda ejecutar un programa que sea más grande que la memoria RAM total que tenga un servidor de Unix.

Tiene capacidad de interconexión de procesos. Además permite comunicación entre procesos. Unix emplea un sistema jerárquico de archivos, con facilidades de protección de archivos, cuentas y procesos.

4.1.3) Mac OS MacOS es abreviatura de Macintosh Operating System (Sistema Operativo de Macintosh). El Mac OS original fue el primer sistema operativo con una interfaz gráfica de usuario en tener éxito. El equipo de Macintosh incluía a Bill Atkinson, Jef Raskin y Andy Hertzfeld.

Apple quitó importancia de forma deliberada a la existencia del sistema operativo en los primeros años de Macintosh para ayudar a hacer que la máquina pareciera más agradable al usuario y a distanciarla de otros sistemas como MS-DOS, que eran un desafío técnico. Apple quería que Macintosh

fuera visto como un sistema que trabajara nada más con encenderlo. La interfaz grafica desarrollada por Apple que se llama Aqua.

Este sistema operativo tiene un nucleo de la familia unix mas especificamente deriva de nexstep que era un sistema operativo cuyo nucleo tenia codigo del kernel Mach y del de BSD. Mac OS utiliza como gestor de ventanas x11 caracteristica que comparte con otros sistemas Unix La arquitectura para la que fue diseñado originalmente eran para las Power PC es decir computadoras de tipoRisc desarrolladas por IBM,Motorola y Apple. Es decir que esta ultima hizo un sistema operativo especifico para un hardware que ellos tambien desarrollaron lo que le dio una gran estabilidad y eficacia al sistema en su conjunto. A partir del 2006 comenzaron a migrar a procesadores Intel utilizando los llamados binarios universales, es decir, aplicaciones que contienen el código binario de ambas plataformas para su ejecución transparente. Existen varias versiones 10.1 Puma,10.2 Jaguar,10.3 Panther , 10.4 Tiger y 10.5 Leopard y 10.6 Snow Leopard y cada una ha ido incorporando mejoras.

4.2) Ejemplos de Sistemas Operativos Distribuidos 4.2.1) Amoeba Es un sistema distribuido, permite que una coleción de CPU y equipo de E/S se comporten como una computadora. También proporciona elementos para la programación en paralelo si se desea.

Se originón en Vrije Universiteit en Amsterdam, Holanda, en 1981 como proyecto de investigación en cómputo distribuido y paralelo. Fue diseñado en un principio por Tanenbaum y tres estudiantes de doctorado. En 1983 un prototipo tenía un nuvel operacional. El sistema evolucionó durante algunos años, adquiriendo características como la emulación parcial de UNIX, la comunicación en grupo y un nuevo protocolo de bajo nivel.

Para evitar el enorme trabajo de escribir grandes cantidades de software de aplicación se añadió un paquete de emulación de UNIX. El objetivo principal del proyecto era construir un sistema operativo distribuido y transparente. Para un usuario normal, funciona igual que un sist. Tradicional.

Amoeba no tiene el concepto de máquina de origen. Cuando un usuario entra al sistema entra a éste como un todo y no a una máquina específica. El shell inicial se ejecuta en cierta máquina arbitraria, y los comando en otra máquina en general no la misma que la del shell. El sistema busca la máquina con la menor carga para ejecutar el nuevo comando. Amoeba es muy transparente respecto a la ubicación. Todos los recursos pertenecen al sistema como un todo y son controlados por él.

Amoeba busca proporcionar un colchón de prueba para la realización de una programación distribuida y paralela. Los usuarios están interesados en la experimentación con algoritmos, lenguajes, herramientas y aplicaciones distribuidas y paralelas. Ofrece soporte a estos usuarios al hacer que el paralelismo subyacente esté disponible para los que quieran aprovecharlo.

Se diseñó con dos hipótesis respecto al hardware: los sistemas tienen un número muy grande de CPU y cada CPU tendrá decenas de megabytes de memoria. Se basa en el modelo de pila de procesadores. Este consta de varios CPU, cada uno con su propia memoria local y conexión a la red. No se necesita la memoria compartida, pero si está presente se utiliza para optimizar la transferencia de mensajes al hacer el copiad de una memoria a otra, en vez de enviar mensajes a través de la red.

Cuando un usuario escribe un comando, el sistema operativo asigna en forma dinámica uno o más procesadores para ejecutar ese comando. Al terminar el comando, se terminan los procesos y los recursos regresan a la pila, en espera de siguiente comando. El usuario tiene acceso al sistema a través de un terminal. También puede tratarse de una computadora personal o estación de trabajo.

La idea es proporcionar terminales baratos y concentrar los ciclos de cómputo en una pila común para utilizarlos con mayor eficiencia.

Amoeba consta de dos partes fundamentales, un micronúcleo que se ejecuta en cada procesador y una colección de servidores que proporcionan la mayor parte de la funcionalidad de un sistema operativo tradicional. Se soportan tres mecanismos de comunicación: RPC y FLIP simple para la comunicación puntual y la comunicación confiable en un grupo par ala comunicación entre partes. El sistema de archivos de Amoeba consta de tres servidores: el servidor de archivos para el almacenamiento de éstos, el de directorios para otorgar nombres y el de réplicas para la réplica de archivos.

4.2.2) Mach Este sistema distribuido se basa en un micronúcleo. Es un proyecto de diseño de sistemas operativos iniciado en la Universidad Carnegie Mellon en 1985. Se hizo que Mach fuese compatible con UNIX, esperando poder utilizar el enorme volumen disponible de software para UNIX. La primera versión apareció en 1986.

Los objetivos de este proyecto han ido variando con el tiempo. Los objetivos se pueden resumir en: Proporcionar una base para la construcción de otros sistemas operativos Soporte de un espacio de direcciones ralo y de gran tamaño Permitir el acceso transparente a los recursos de la red Explorar el paralelismo tanto en el sistema como en las aplicaciones Hacer que Mach se pueda transportar a una colección más grande de máquinas.

La idea es explorar los multiprocesadores y los sistemas distribuidos, a la vez que se puedan emular los sistemas ya existentes como UNIX, MS-DOS y Macintosh.

El micronúcleo de Mach se diseñó para emular a UNIX y otros sistemas operativos. Esto se lleva a cabo mediante una capa del software que se ejecuta fuera del núcleo, en el espacio del usuario. Cada emulador consta de una parte que está presente en el espacio de direcciones de los programas de aplicación, así como uno o más servidores que se ejecutan de manera independiente a los programas de aplicación. Se pueden ejecutar varios emuladores al mismo tiempo.

El núcleo de Mach, al igual que otros micronúcleos, proporciona la administración de procesos, la administración de la memoria, la comunicación y los servicios de E/S. Los archivos, directorios y demás funciones tradicionales de sistema operativo se controlan en el espacio del usuario. La idea del núcleo es proporcionar los mecanismos necesarios para que el sistema funcione, pero dejando la política a los procesos a nivel de usuario.

Mach se basa en los conceptos de procesos, hilos, puertos y mensajes. Mach tiene un sistema de memoria virtual muy elaborado con objetivos de memoria que se pueden asociar o desasociar de los espacios de direcciones, respaldado por administradores de memoria externos a nivel de usuario. De esta forma se puede escribir o leer de los archivos en forma directa.

4.2.3) Chorus Chorus surgió en el instituto francés de investigación INRIA en 1980 como proyecto de investigación en sistemas distribuidos. Desde entonces han aparecido 4 versiones, de la 0 a la 3. La versión 0 era quería modelar aplicaciones distribuidas como colección de actores, en esencia procesos estructurados, cada uno de los cuales alternaban entre la realización de una transacción

atómica y la ejecución de un paso de comunicación. La versión 1 se centró en la investigación de multiprocesador. Fue escrita en Pascal compilado en vez de interpretado y se distribuyó en una docena de universidades y compañías. La versión 2 fue una reescritura fundamental en C. Se diseñó de modo que las llamadas al sistema fuesen compatibles con UNIX en el nivel del código fuente. La versión 3 marcó la transición de un sistema de investigación a un producto comercial. Se introdujo la llamada a procedimientos remotos como el modelo de comunicación usual.Para que sea un producto viable se aumentó la capacidad de emulación de UNIX, de modo que los programas en UNIX se ejecutaran sin compilarse de nuevo. Los objetivos de Chorus son:

Emulación de UNIX de alto rendimiento

Uso de sistemas distribuidos

Aplicaciones de tiempo real

Integración de la programación orientada a objetos en Chorus

Está estructurado en capas. En la parte inferior está el micronúcleo que proporciona la mínima administración de los nombres, procesos, hilos, memoria y comunicación. Se tiene acceso a estos servicios mediante llamadas al micronúcleo. Los procesos de las capas superiores proporcionan el resto del sistema operativo. Por arriba de micronúcleo pero operando también en el modo núcleo están los procesos del núcelo. Estos se cargan y eliminan de manera dinámica durante la ejecución del sistema y proporcionan una forma de extender la funcionalidad del micronúcleo sin que aumente de manera permanente su tamaño y complejidad.

El micronúcleo y los subsistemas proporcionan juntos tres construcciones adicionales: las posibilidades, los identificadores de protección y los segmentos. Los primeros dos se utilizan para nombrar y proteger los recursos del subsistema. La tercera es la base para la asignación de memoria, tanto dentro de un proceso en ejecución como en el disco.

4.2.4) DCE Se trata de un punto de vista diferente. DCE significa ambiente de administración distribuido. A diferencia de los anteriores, este ambiente se construye sobre los sistemas operativos existentes. El ambiente ofrecido por DCE consta de un número grande de herramientas y servicios, más de una infraestructura para que éstos operen. Las herramientas y servicios han sido elegidos de modo que funcionen juntos de manera integrada y faciliten el desarrollo de aplicaciones distribuidas. Por ejemplo, DCE proporciona un mecanismo para sincronizar los relojes de máquinas diferentes y obtener el concepto global de tiempo.

DCE se ejecuta en muchos tipos distintos de computadoras, sistemas operativos y redes. De esta forma los desarrolladores de aplicaciones producen con facilidad software portable en varias plataformas, amortizando los costos de desarrollo e incrementando el tamaño del mercado potencial.

El modelo de programación subyacente en todo DCE es el modelo cliente/servidor. Los procesos usuario actúan como clientes para tener acceso a los servicios remotos proporcionados por los procesos servidor. DCE soporta dos facilidades que se utilizan intensamente, tanto dentro del propio DCE como en los programas usuario: hilos y RPC. Los hilos permiten la existencia de varios flujos

de control dentro de un proceso. RPC es el mecanismo básico de comunicación dentro de DCE. Permite que un proceso cliente llame a un procedimiento en una máquina remota.

DCE soporta cuatro servicios principales a los que tienen acceso los clientes: los servicios de tiempo, directorios, seguridad y archivos. El servicio de directorios guarda los nombres y posiciones de todos tipos de recursos y permite que los clientes los busquen. El servicio de seguridad permite que los clientes y servidores se autentiquen entre si y realicen una RPC autentificada. El sistema de archivos proporciona un espacio de nombres para todos los archivos del sistema.

Conclusiones Después de la elaboración del presente trabajo sobre los sistemas operativos centralizados y distribuidos se ha llegado a las siguientes conclusiones:

La diferencia entre estos dos tipos de sistemas operativos está en base a los recursos que maneja cada uno. Los sistemas operativos centralizados utilizan los recursos de una sóla computadora, mientras que los sistemas operativos distribuidos gestionan los recursos de múltiples computadoras.

Los sistemas operativos centralizados aparecieron primero y los distribuidos están unos escalones adelante en la evolución de los sistemas operativos. Hay mucha experiencia en los sistemas centralizados pero en los distribuidos hay aún temas que requieren más investigación.

Los sistemas operativos que usamos normalmente en nuestras casas o en la universidad son centralizados, con capacidad para conectarse en red, pues en estos ambientes sólo nos interesa usar la máquina que ocupamos, pero en otros lugares, ya sea empresas u otras universidades puede interesarles tener las computadoras bajo un sistema distribuido y proporcionar por ejemplo un uso transparente de una gran capacidad de disco o capacidad de procesamiento.

Es mucho más compleja la implementación de un sistema operativo distribuido pues al tener que gestionarse varias máquinas cambian los algoritmos, la forma de planificación, la manera en la que se comunican los procesos, la sincronización, ya que en este nuevo entorno no se puede tener toda la información sobre todos los nodos así que hay que buscar la manera posible de sobrellevar esta situación.

El verdadero paralelismo se alcanza con los sistemas operativos distribuidos, pues tienen la característica de poder ejecutar varios procesos en diferentes nodos al mismo tiempo, con lo que se mejora el performance del sistema en general. Con un sistema con un sólo procesador el paralelismo era falso, ya que la técnica de la multiprogramación brinda sólo la ilusión de que varios procesos se ejecutan a la vez, claro que también se puede lograr paralelismo con los nuevos procesadores de varios núcleo.

Mientras que el objetivo del sistema operativo centralizado radica en llevar una buena gestión de los recursos con los que cuenta la máquina, el objetivo del sistema distribuido es crear una transparencia para el usuario, de forma que vea al conjunto de computadoras como una sola y no se dé cuenta donde está el límite entre su máquina y cualquier otro nodo.

Los sistemas distribuidos tienen varias ventajas frente a los centralizados como la economía, la velocidad, la confiabilidad, la flexibilidad, la comunicación y el crecimiento por incrementos

Bibliografía

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