Sistemas operativos pao

Sistemas Operativos

Tema 2: Fundamentos

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Índice:
1. Conceptos básicos
Tema 2: Fundamentos

2. Modelos de diseño

3. Ejemplos de organización interna

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Índice:
Tema 2: Fundamentos

2. Modelos de diseño


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1. Conceptos básicos sobre arquitectura de ordenadores

2. Procesos
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3. Llamadas al sistema

4. Usuarios

5. Archivos

6. Intérpretes de órdenes

7. Interfaces gráficas de usuario
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2. Procesos
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4. Usuarios

5. Archivos


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1.1 Conceptos básicos sobre A.O.
 Organización básica de un ordenador:
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procesador Memoria Adaptador Adaptador Adaptador
Teclado ratón Pantalla

BUS

DMA
Controlador
discos duros
…
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La CPU. Modos de ejecución
 Contiene un conjunto de registros de 8, 16, 32 o 64 bits
 Estado de la CPU = valores de sus registros
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 Dos registros especiales: siguiente instrucción (IP, PC…) y
estado (CCR)
 Instrucciones: realización de operaciones aritméticas,
lógicas o de movimiento de datos
 Los operandos pueden ser registros o posiciones de memoria
 Al menos dos modos de ejecución:
 Supervisor: ejecución sin restricciones
 Usuario: se restringen las instrucciones que puedan acceder
a recursos del sistema
 Si en modo usuario se intenta ejecutar instrucción
privilegiada: excepción 7

Interrupciones y excepciones
 Interrupción = alteración en secuencia de ejecución de
instrucciones. Causas:
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 Interrupción hardware
 Excepción
 Ejecución de instrucción de petición de interrupción (INT, TRAP)
 Tratamiento:
1. CPU termina de ejecutar instrucción actual
2. Se almacena estado de CPU en la pila
3. CPU pasa a modo supervisor
4. Determina dirección SSI (normalmente: tabla de vectores)
5. Salta a SSI
6. Al retornar de SSI: se restaura estado (y modo de ejecución)
7. Se prosigue ejecución por siguiente instrucción 8

Arranque del sistema
 Arranque del sistema = secuencia de operaciones que
tras el encendido llevan la máquina a un estado usable
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 Pasos:
1. Procesador realiza inicialización interna que termina
transfiriendo control a una dirección determinada
2. En dicha dirección puede haber…
 Si sistema operativo en ROM: el sistema operativo (ir a paso 5)
 Si sistema operativo no en ROM: el cargador hardware
3. Cargador hardware: realiza…
 Inicialización mínima: determina características y correcto
funcionamiento del sistema
 Determina dispositivo de carga del sistema operativo
 Lee de dicho dispositivo el cargador software

→
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Arranque del sistema (cont.)
4. Cargador software (pertenece a SO): carga el sistema
operativo y le transfiere el control una vez cargado
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5. Inicialización del sistema operativo:
 Se crean estructuras de datos del sistema operativo
 Comprobación detallada del sistema: detección de nuevos
dispositivos, comprobación del sistema de archivos, etc.
 Se cargan los componentes opcionales que procedan del SO
 Se crea uno o más procesos de inicio de sesión
 Tras iniciar sesión, se crea un proceso intérprete de comandos
(texto o gráfico)

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2. Procesos
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4. Usuarios

5. Archivos


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1.2 Procesos
 Proceso = programa en ejecución
 Si se ejecuta dos o más veces un mismo programa: procesos
distintos
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 Un proceso puede cambiar el programa (execve) y sigue
siendo el mismo proceso
 S.O. multiprogramado: aquel que permite más de un
proceso en ejecución simultáneamente
 Emplean mecanismos de protección para aislar procesos
 Cada proceso tiene su propio espacio de memoria
 Se proporciona mecanismos de comunicación y sincronización
 Mecanismos de identificación de procesos (PID)
 Un proceso puede crear otros procesos
 Relación paterno/filial entre procesos
 Procesos padre: atribuciones especiales sobre procesos hijos 12


2. Procesos
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4. Usuarios

5. Archivos


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1.3 Llamadas al sistema
 Llamada al sistema: petición que hace un proceso al
sistema operativo para obtener algún tipo de servicio
 API (Aplication Programming Interface):
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 Interfaz que el sistema operativo presenta a los programas
 Compuesta por el conjunto de todas las llamadas al sistema
soportadas
 API’s estandarizadas: POSIX (Portable Operating System
Interface)
 API’s propietarias: WIN32, WinFX

 Formas de implementación:
 Mediante rutinas
 Mediante interrupciones
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Implementación mediante rutinas
 Por cada llamada al sistema, una rutina que la
implementa
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 Primera dificultad: ¿en qué direcciones están?
 Soluciones: (Para simplificar: un único punto de entrada)
 Punto de entrada en dirección fija
• ¡Los programas dependen de esta dirección!
 Punto de entrada en dirección apuntada por una variable
• ¡Los programas dependen de la dirección de dicha variable!
 Programas hacen referencia a punto de entrada mediante una
variable conocida por montador de enlaces (Ej: CALL SYS)
• ¡Si cambia de versión de SO, hay que reenlazar los programas!

 Segunda dificultad: ¿paso a modo supervisor?
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Implementación mediante interrupciones
 Punto de entrada único al que se accede mediante una
interrupción
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 Punto de entrada se coloca en cualquier dirección de memoria
 Para efectuar llamada al sistema, se usa instrucción INT n
 En el vector n de interrupción: dirección punto de entrada

 Al realizar una llamada:
 Se pasa a modo supervisor
 Hardware determina dirección de punto de entrada
 Código del SO se ejecuta en modo supervisor
 Al retornar, se restaura modo de ejecución previo a llamada

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Implementación mediante interrupciones (cont.)
 Ventajas:
 Independencia de los programas respecto a ubicación de
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punto de entrada en memoria
 Conmutación implícita a modo supervisor
 Posibilidad de llamadas implícitas al sistema

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2. Procesos
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4. Usuarios

5. Archivos


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1.4 Usuarios
 Usuario = personas autorizadas a usar el sistema

 Los sistemas multiprogramados mantienen asociación
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entre cada proceso y su usuario propietario
 Es el usuario quien determina los derechos del proceso a
acceder a recursos del sistema

 Identificación de usuario: UID (normalmente numérico)

 Posibilidad de definir grupos de usuario
 Grupos identificados por GID (normalmente numérico)
 Derechos del proceso: determinados por [UID, GID]

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2. Procesos
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4. Usuarios

5. Archivos


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1.5 Archivos
 Archivo = conjunto de información

 Organización jerárquica basada en directorios y
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subdirectorios

 Archivos frecuentemente residen en dispositivos

 Identificación de dispositivos: dependen de sistema
 Letras de unidad: C:, D:, etc.
 Archivo especial: /def/fd0, /dev/hda, etc.

 En sistemas multiusuario se proporcionan mecanismos
de protección del sistema de archivos 21


2. Procesos
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4. Usuarios

5. Archivos


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1.6 Intérpretes de órdenes
 Intérprete de órdenes = programa interactivo
que lee e interpreta comandos del usuario
 Nombres alternativos: intérpretes de comandos, shells…
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 Algunos sistemas permiten usar distintos intérpretes de
comandos
 Ejemplo: UNIX
 En otros casos está integrado en sistema operativo
 Ejemplo: MS-DOS
 Funciones soportadas más frecuentemente:
 Ejecución de programas con redirección de entrada y/o salida
 Ejecución en paralelo de procesos unidos por una tubería
 Ejecución de secuencias de comandos (scripts)
…
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2. Procesos
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4. Usuarios

5. Archivos


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1.7 Interfaces gráficas de usuario
 Interfaz gráfica de usuario (GUI) = intérprete de
órdenes en modo gráfico
 Suelen ofrecer API que permite su uso por parte de
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programas de usuario
Aero (Windows Vista)
Beryl

Explorer (Windows XP)
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GNOME

1. Linux

2. Minix
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3. Windows 2000

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