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Sistemas operativos estructuradosEl S.O. se organiza en capas, donde cada una de ellas posee una interfaz biendefinida en ...
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Conceptos Básicos de Sistemas Operativos

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Conceptos Básicos de Sistemas Operativos

  1. 1. El tema de esta presentación es los conceptos básicos relacionados conSistemas Operativos. 1
  2. 2. Qué es un sistema operativoUn sistema operativo es un programa que tiene encomendadas una serie defunciones diferentes, cuyo objetivo es simplificar el manejo y la utilización delcomputador. Las funciones básicas de un sistema operativo se pueden clasificaren:•Gestión de recursos•Ejecución de servicios para los programas•Ejecución de los mandatos de los usuarios 2
  3. 3. Gestión de recursosEn un computador pueden existir varios usuarios que ejecutan varios programas,estos programas compiten por los recursos del computador (Memoria, tiempo deCPU, periféricos). El sistema operativo debe garantizar la protección de losprogramas frente a otros.•Asignación y liberación de recursos: El S.O. debe monitorear para saber cuálesrecursos están libres y cuáles están asignados a cada programa. Si se tiene unesquema de prioridades, se deben resolver los conflictos que se puedenpresentar.•Protección: El S.O. debe garantizar la confidencialidad de la información, demanera que los programas no interfieran entre sí. 3
  4. 4. Ejecución de servicios para los programasEl S.O. ofrece a los programas un conjunto de servicios (llamadas al sistema),que garantiza que los programas se ejecuten en un ambiente protegido. De estaforma se crea una máquina virtual extendida, que simplifica la labor de losprogramas. Dentro de los servicios más importantes se pueden mencionar:•Ejecución de programas: El sistema operativo proporciona servicios paraejecutar un programa, parar o abortar su ejecución. También ofrece servicios quepermiten conocer y modificar las condiciones de ejecución de los programas,además de servicios para la comunicación y sincronización de programas.•Órdenes de E/S: Proporciona servicios de lectura, escritura y modificación delestado de los periféricos.•Operaciones sobre archivos: El S.O. ofrece servicios para la creación, apertura,lectura, escritura, renombrado y borrado de archivos.•Detección y tratamiento de errores: El S.O. es el encargado de detectar lascondiciones de error de hardware. Entre los errores se puede mencionar erroresde E/S, acceso a memoria, desbordamientos, violación de segmento dememoria, o instrucciones prohibidas. 4
  5. 5. Gestión de usuarios y gruposTodo sistema operativo multiusuario debe ofrecer los servicios básicos demanejo de usuarios y grupos, tales como creación, modificación y eliminación.Además se debe brindar los servicios de autenticación y autorización.•Autenticación: Proceso en el cual un usuario ingresa un nombre y unacontraseña, creados previamente en el sistema. El S.O. debe validar que elusuario exista.•Autorización: Nivel de permisos de un usuario autenticado para tener acceso alos servicios que ofrece el sistema operativo, y las restricciones de seguridadfrente a otros usuarios. 5
  6. 6. Ejecución de mandatos de usuariosOtra de las funciones de un S.O es proporcionar los medios para que losusuarios puedan ejecutar mandatos, representados en comandos de utilidad.Para ello el S.O. proporciona el Shell, que puede ser definido como una interfazpara ejecutar comandos. Esta interfaz puede ser textual, en forma de terminales(Unix), o gráfica, en la cual se utiliza el teclado y el mouse para invocar loscomandos (Windows, MAC).En su forma más simple, el shell es un bucle infinito que espera una orden delusuario, la analiza y en el caso que sea correcta la ejecuta. Una vez que se haconcluido la ejecución de la orden, el shell espera una nueva orden.Los archivos de comandos son una agrupación de los comandos que el usuariointroduce en el shell, además de instrucciones de control de flujo para controlarsu ejecución. Los archivos de comandos más comunes son los .bat (windows) ylos .sh (Unix). 6
  7. 7. Arranque del computadorLuego del encendido del computador o de pulsar el botón RESET, se genera una señal que cargaen el PC la dirección de inicio del programa de arranque (Iniciador) que se encuentra almacenadoen una memoria ROM, que forma parte del mapa de memoria.Iniciador ROMEl iniciador ROM tiene las siguientes funciones:•Comprobación del sistema, por medio de un test de hardware•Lectura y almacenamiento en memoria del programa cargador del sistema operativo (Loader).Este programa se encuentra en un periférico, usualmente un disco duro o un diskette o un CD-ROM.•Ceder el control al cargador del sistema operativo.Cargador del sistema operativoEste programa se encarga de traer a memoria algunos de los componentes del sistemaoperativo. Luego se pasa a la fase de iniciación, en la que se realizan los siguientes pasos:•Comprobación del sistema: Se completan las pruebas de hardware realizadas por el iniciadorROM, además de realizar una prueba del sistema de archivos•Se establecen las estructuras de información propias del S.O. (Tabla de procesos, tabla dememora y tablas de E/S)•Se carga en memoria el programa del S.O que estará residente.Sistema operativo•Se crean uno o varios procesos de inicio (Login) para permitir el trabajo interactivo por parte delos usuarios, además de otros procesos auxiliares (Servicios, demonios, etc). 7
  8. 8. Componentes y estructura de un sistema operativoUn sistema operativo consta de tres capas:•Núcleo: Parte del sistema operativo que interactúa directamente con elhardware de la máquina. Sus funciones consisten en gestionar los recursos dehardware, tratar las interrupciones de hardware e implementar las funcionesbásicas de gestión de memoria.•Servicios: Estas facilidades se ofrecen para brindar una capa de abstracciónsobre el núcleo. Los principales servicios que ofrece un S.O. se pueden clasificaren: •Gestión de procesos: Creación, planificación y destrucción de procesos •Gestión de memoria: Gestionar la memoria libre y ocupada, realizar la asignación y liberación de memoria. •Gestión de entrada/salida: Maneja los dispositivos periféricos •Gestión de archivos y directorios: Manejo de archivos y directorios, y en general de la administración del almacenamiento secundario. •Seguridad y protección: Permite garantizar la identidad de los usuarios y definir los permisos sobre los recursos del sistema. •Comunicación y sincronización entre procesos: Brinda las primitivas básicas para comunicar y sincronizar procesos.•Intérprete de comandos (Shell): Permite que el usuario interactúe con el sistemaoperativo, a través de comandos textuales (shell 1), o interfaces gráficas (shell2). 8
  9. 9. Servicios del sistema operativosPor encima de los servicios básicos del sistema operativo, se encuentran lasinterfaces para los programas de usuario, representadas por WIN32 y POSIX,para Windows y Unix, respectivamente. Estas interfaces proporcionan un API alque se puede tener acceso a través de un lenguaje de programación de altonivel, como C.Por ejemplo, la llamanda fopen en POSIX permite abrir un archivo que seencuentre en un disco duro, un diskette, una memoria USB. Los servicios delsistema operativo también se conocen como llamadas al sistema, yproporcionan una interfaz estándar para acceder a cada uno de los servicios sintener que preocuparse por la complejidad del hardware. 9
  10. 10. Sistemas operativos monolíticos Todos los componentes se integran en un solo programa que contiene todas las rutinas necesarias para su funcionamiento. Una ventaja de este tipo de sistemas es su rapidez, pero su mantenimiento es muy complejo.Sistemas operativos estructuradosEl S.O. se organiza en capas, donde cada una de ellas posee una interfaz biendefinida en la capa superior y sólo utilizan los servicios que les ofrece la capainferior. Esta aproximación ofrece modularidad y ocultación de la información.Sistemas operativos cliente/servidor Sólo una pequeña parte del S.O. se ejecuta en modo núcleo (micronúcleo), yLa mayor parte de los servicios del sistema operativo se implementa como “servidores”, a los cuales se les pueden realizar solicitudes. Cada servidor puede hacer uso de otros servidores para ejecutar una función. 10
  11. 11. Sistemas operativos monolíticosLos sistemas operativos monolíticos se caracterizan porque todos suscomponentes se encuentran integrados en un único programa que se ejecuta enun único espacio de direcciones. De esta forma, todas las funciones que ofreceel sistema operativo se ejecutan en modo núcleo.Los sistemas operativos monolíticos son difíciles de mantener, ya que un cambiose puede propagar de manera impredecible. Por otro lado la adición de nuevasfuncionalidades y servicios se ve limitada al conocimiento de la totalidad delsistema operativo. 11
  12. 12. Sistemas operativos estructuradosEl S.O. se organiza en capas, donde cada una de ellas posee una interfaz biendefinida en la capa superior y sólo utilizan los servicios que les ofrece la capainferior. Esta aproximación ofrece modularidad y ocultación de la información.Un ejemplo de sistemas operativos estructurados es OS/2. 12
  13. 13. Modelo cliente / servidorLa mayor parte de los servicios del sistema operativo se implementa como“servidores”, a los cuales se les pueden realizar solicitudes. Cada servidor puedehacer uso de otros servidores para ejecutar una función.El núcleo del sistema sólo contiene las rutinas que interactúan directamente conel Hardware, tales como gestión de interrupciones, gestión básica delprocesador, gestión de memoria, y servicios básicos de comunicación entreprocesos.Algunos ejemplos de sistemas operativos cliente/servidor son MINIX, Mach,Amoeba y Windows NT. 13
  14. 14. Prehistoria:El hardware utilizaba tubos al vacío, lo cual hacía que no fuera enteramenteconfiable. Además los primeros computadores ocupaban un espacio muygrande. Algunos ejemplos de estos primeros computadores fueron el ENIAC(Electronic Numerical Integrator Analyzer and Computer), y el EDVAC (ElectronicDiscrete Variable Automatic Computer).En esta generación no existía un sistema operativo como tal, el usuario debíaingresar los programas por medio de tableros de conmutación y/o tarjetasperforadas.Primera generación:Aparecen los transistores, lo que cambia radicalmente la construcción de loscomputadores. Los trabajos (programas) se procesaban por lotes (uno detrás deotro), y existía un programa que se encargaba de cargar y ejecutar los demásprogramas (cargador). Algunos ejemplos de sistemas operativos son FMS(Fortran Monitoring System) e IBYSS de IBM. 14
  15. 15. Segunda generación:Con la aparición de los circuitos integrados se dio una revolución en los computadores y lossistemas operativos. Aparece el concepto de multiprogramación como una alternativa al trabajopor lotes. La multiprogramación permite aprovechar el tiempo muerto de las operaciones deEntrada / Salida para ejecutar otros trabajos (programas). Aparece el concepto de planificador,que es un programa encargado de repartir el uso del procesador entre los trabajos que lorequieren. También aparece el concepto de tiempo compartido, que consiste en permitir quevarios usuarios trabajen en forma simultánea, al repartir el tiempo de CPU entre ellos.Borroughsintroduce en 1962 el MCP (Master Control Program), que además de permitir multiprogramaciónutilizaba memoria virtual.Por su parte, en el MIT se desarrollo CTSS, el primer sistema de tiempo compartido. Estesistema se utilizó en el IBM7090 y permitía hasta 32 usuarios interactivos que se conectabanmediante teletipos (terminales brutas). También apareció el OS/360, que operaba sobre loscomputadores 360 de IBM.El sistema operativo más reconocido de esta generación es MULTICS (desarrollado por el MIT yBell Labs), que permitía el soporte a cientos de usuarios.Tercera generación:Se caracteriza por la aparición de Sistemas Operativos de propósito general, entre ellos UNIX.Estos sistemas permitían multiprogramación y tiempo compartido. Con UNIX nace el lenguaje C,uno de los más utilizados hasta hoy en día.Cuarta generación:Con la difusión de los computadores personales también evolucionan los sistemas operativos, enaspectos como velocidad de procesamiento, manejo de memoria, soporte para redes ymultimedia. Los primeros sistemas que dominaron en esta generación fueron UNIX, MS-DOS yWindows. 15
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