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Sistemas Operativos II – ITS – EMT – CETP – 2016 – A/S L. Carámbula

Sistemas Sistemas OperativosOperativos


Sistemas Operativos

• Es un programa o un conjunto de programas que actúa como intermediario entre el usuario y el hardware de una computadora.

• Su propósito es:– proporcionar un entorno en el cual el usuario pueda

ejecutar programas

– lograr que el PC se utilice de manera sencilla y de eficiente.


Sistemas Operativos

• Mientras la computadora esté en funcionamiento, el Sistema Operativo tiene 4 tareas principales:

– Proporcionar una interfaz de línea de comando o una interfaz gráfica al usuario

– Administrar los dispositivos del hardware– Administrar y mantener los sistemas de archivos– Permitir y administrar la ejecución de otros

programas.


Sistemas Operativos

• Un sistema informático puede dividirse en cuatro componentes:

– El hardware • UCP, memoria y dispositivos E/S

– Las aplicaciones• compiladores, sistemas de bases de datos, juegos y

programas para negocios– Usuarios

• personas, máquinas, otras computadoras que intentan resolver problemas diferentes.

– El sistema operativo• controla y coordina el uso del hardware entre las diversas

aplicaciones de los distintos usuarios.


Sistemas Operativos

• Características de los sistemas operativos.– Conveniencia.

– Eficiencia.

– Habilidad para evolucionar.

– Administrar el hardware.

– Relacionar dispositivos

– Organizar datos para acceso rápido y seguro.

– Manejar las comunicaciones en red.

– Facilitar las entradas y salidas.


Sistemas de Sistemas de Colas de Colas de TrabajosTrabajos


Sist. de Colas de Trabajo

• Es una aplicación de la teoría de la probabilidad– Cola simple

• un servidor que atiende a los requerimientos de los clientes

• una línea de espera o cola donde los clientes esperan recibir servicios

• una fuente que genera las llegadas de los clientes al sistema (cola(s)+servidor(es)).

• La cabecera de la cola es la primera posición y el final la última.


ServidorServidor

x x x x x x x x xClientes que llegan Clientes que salen

Sistema

Sala de esperao cola

Sala de esperao cola

Cabecera

Final



• Los clientes llegan al final de la cola y son atendidos con una disciplina “primero en llegar, primero en ser atendido” (FIFO: first in, first out).

• Ejemplo:– El servidor (CPU) procesa las tareas (clientes).– El número máximo (finito o infinito) de clientes que

pueden unirse a la cola es la capacidad de la sala de espera (el tamaño del buffer).

– Si la sala de espera es finita y llega un cliente cuando la sala está llena, se supone que éste se pierde para el sistema, es decir, como si nunca hubiera llegado.



• Otras disciplinas:

– “último en llegar, primero en ser atendido” (LIFO: last in, first out).

– orden aleatorio, al azar.

– orden de prioridades entre los clientes

– proceso compartido (PS) donde cada cliente recibe una proporción igual de la capacidad del servidor



• Variaciones– puede haber más de un servidor (colas con

servidores múltiples)

– estos servidores podrían atender a los clientes:

• a la misma velocidad (servidores homogéneos)

• o a velocidades distintas (servidores heterogéneos)



Sistemas de Sistemas de Tiempo Tiempo

CompartidoCompartido


S. de Tiempo Compartido

• La mayoría de los sistemas operativos

utilizan una técnica de gestión del

procesador denominada:

– multiprogramación o una variante de ésta

llamada tiempo compartido.


• Los primeros sistemas operativos

gestionaban el procesador mediante otra

técnica llamada monoprogramación

(programación batch)

• Para visualizar las diferencias entre estas, la

multi y la monoprogramción, estudiaremos

las operaciones de E/S en cada caso.



• Los Dispositivos de E/S se dividen en:

– El componente eléctrico

• controlador del dispositivo

– El componente mecánico

• el dispositivo propiamente dicho.

• Esta división facilita la comunicación entre el CPU y

el dispositivo

– La comunicación se realiza a través del controlador



• El controlador contiene una serie de

registros llamados puertos de E/S.

• Estos registros son accesibles utilizando

código de máquina.

• Las operaciones de E/S se realizan leyendo y

escribiendo estos registros.



• En forma genérica:

– Registro de Entrada

• indica la situación actual del dispositivo– Activo o en espera, por ejemplo)

– Registro de Órdenes

• en él se escriben las órdenes a ejecutar.

– Buffer

• se utiliza para almacenar los datos de la operación de E/S.



• Monoprogramación:

– todos los recursos de la computadora

(CPU, memoria, discos, impresoras, etc)

se dedican a la ejecución de un único

programa.

– Baja utilización de los recursos.



• Monoprogramación:

– Cuando el programa en ejecución realiza

una operación de E/S se ejecuta un ciclo

del siguiente estilo: Leer el registro de estado

Mientras (Este ocupado el dispositivo)

Leer el registro de estado

Fin Mientras



• Multiprogramación:

– Para aumentar la utilización de los recursos se desarrolló la multiprogramación.

– La multiprogramación se apoya en varios elementos del hardware:

• la interrupción

• el DMA

• el canal




• La Interrupción:

–detención temporal en un punto

determinado de un programa

–permitir el acceso y proceso de una

rutina que tomará el control del

sistema.




• DMA (Memoria de Acceso Directo)

–técnica orientada a la transferencia

de información desde un dispositivo

periférico hasta la memoria principal,

sin utilizar el CPU.

– implementada bajo un

microprocesador especializado




• El Canal

–es un pequeño procesador de E/S

–su utilidad es proporcionar DMA a

varios dispositivos

–más económico que tener un

controlador DMA por dispositivo.



• Multiprogramación:– En un sistema multiprogramado la

memoria principal alberga a más de un programa de usuario.

– El CPU ejecuta instrucciones de un programa, cuando el programa en ejecución realiza una operación de E/S, en lugar de esperar a que termine la operación de E/S, se pasa a ejecutar otro programa.




– Si este nuevo programa realiza otra operación de E/S, se mandan las órdenes oportunas al controlador, y pasa a ejecutarse otro programa.

– Esto permite que varios dispositivos trabajen simultáneamente, además, en el CPU no se tienen que ejecutar ciclos de comprobación del estado de los dispositivos.




– Cuando un dispositivo acaba una operación de E/S se comunica con el programa que esperaba su finalización a través de una interrupción

– La interrupción carga en el contador de programa una dirección fija de memoria donde reside un programa del sistema operativo que gestiona la interrupción.




– Este programa ejecutará cierto código para indicar al programa que esperaba la finalización de la operación de E/S que ésta ya terminó.

– Una vez que este programa del sistema operativo acaba su trabajo ejecuta una instrucción de retorno de interrupción, la cual restaura el contador de programa.



• Tiempo Compartido:

– Después de la aparición de la

multiprogramación surgieron las

computadoras de acceso múltiple o

multiusuario.

– Cada usuario dispone de un terminal

– Los usuarios ejecutan programas interactivos.




– Un programa interactivo es aquel que se

comunica con el usuario por medio de una

terminal, el usuario le suministra

información al programa mediante el

teclado, y recibe información del programa

a través de la pantalla.




– Los programas de los usuarios comparten

los recursos (CPU, memoria, discos,

impresoras, etc) de la computadora.

– Estos sistemas hacen uso de una variante

de la multiprogramación llamada tiempo

compartido.




– En el tiempo compartido los programas de

los distintos usuarios residen en memoria

– Al realizar una operación de E/S los

programas ceden el CPU a otro programa,

al igual que en la multiprogramación.




– Pero cuando un programa lleva cierto tiempo ejecutándose sin realizar operaciones de E/S el sistema operativo lo detiene para que se ejecute otro programa.

– Con esto se consigue repartir el CPU con equidad entre los programas de los distintos usuarios.




– Al tener el CPU una capacidad de cálculo

tan grande, los programas de los usuarios

no sienten demasiado el hecho de que el

CPU (y los demás recursos) sean

compartidos.



Sistemas Sistemas TransaccionalesTransaccionales


Sistemas Transaccionales

• Transacción:

– consiste en una interacción con una estructura de datos que queremos que sea equivalente a una interacción atómica (que se realice de una sola vez)

– Aunque la interacción sea compleja y sea compuesta de varios procesos que se han de aplicar uno después del otro



• Transacción:

– Un ejemplo típico es el de la transferéncia de fondos entre dos cuentas corrientes.

– Queremos transferir, $5000 de la cuenta corriente de A a la cuenta B

– Las cuentas tienen $ 20.000 y $ 0 de saldo



• Transacción:– A = $ 20.000, B = $ 0, Transferir $ 5.000

1.Comprobar si en la cuenta A hay dinero suficiente

2.Restar $5000 de la cuenta de A, con lo que su saldo pasa a ser de $15000.

3.Sumar $5000 a la cuenta de B, con lo que los saldos quedan A=$15000 y B=$5000



• Transacción:

– Sí entre el paso 2 y el 3 el sistema sufre un error inesperado las cuentas quedarían como A= $ 15.000 y B= $ 0

– Desaparecieron $ 5.000!



• Este ejemplo ilustra porqué las transacciones tienen un comportamiento deseado de “Todo o nada”

• O se realiza completamente o no debe tener ningún efecto.



• Las propiedades deseables en una transacción son:

–Atomicidad: • Han de ser atómicas (indivisibles) ante: – Fallos. – Procesos concurrentes.



• Serializables:

– Si dos transacciones se ejecutan en

paralelo el resultado ha de ser el mismo

que si se ejecutan una después de la otra.

• Permanentes:

– Una vez realizadas los datos han de ser

visibles al resto del sistema de forma

permanente.



• La atomicidad frente a fallos se suele implementar con mecanimos de journaling (llevar un registro de diario en el que se almacena la información necesaria para restablecer los datos afectados por la transacción en caso de que ésta falle)

• La protección frente a accesos concurrentes mediante bloqueos en las estructuras afectadas.



• La serialibilidad viene garantizada por la atomicidad.

• La permanencia se suele implementar forzando a los periféricos encargados de almacenar los cambios a confirmar la completa y definitiva transmisión de los datos al medio (generalmente, el disco).



• La forma algorítmica que suelen tener las transacciones es la siguiente:

iniciar transacción (lista de recursos a bloquear)

ejecución de las operaciones individuales

if (todo_ok)

aplicar_cambios

else

cancelar_cambios



• En cualquier momento, el programa podría decidir que es necesario hacer fallar la transacción, con lo que el sistema deberá revertir todos los cambios hechos por las operaciones ya hechas.

• En el lenguaje SQL se denomina:

– COMMIT: a aplicar_datos

– ROLLBACK: a cancelar_cambios.



• Las transacciones suelen verse implementadas en sistemas de bases de datos, y, mas recientemente, se han visto incorporadas a la gestión de un sistema de archivos

• Por ejemplo:– Ext3 de Linux– NTFS de Windows NT– ReiserFS de Linux – Reiser4 de Linux – UFS de SUN Solaris – XFS de IRIX y Linux– JFS de Linux, OS / 2 y AIX

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