Clase 4 -

QUÉ ES UN SISTEMA
OPERATIVO
Maritzol Tenemaza

Ubicación del sistema Operativo
2

Lector de Reproductor
Navegador Correo de música
Web Electrónico

Modo usuario

Programa de Interfaz de Usuario Software

Sistema Operativo
Modo Kernel
Hardware

Ing Maritzol Tenemaza MSc.

Ubicación del Sistema Operativo
3

 El sistema operativo es una capa de software , cuyo
trabajo es proporcionar a los programas de
usuario, un modelo de computadora mejor, simple y
pulcra.
 El programa con el que los usuarios interactúan se
llama shell (no forma parte del SO pero lo usa
para llevar a cabo su trabajo).


4

 Modos de Operación:
 Modo Kernel
 Modo Usuario
 El SO es la pieza fundamental del software y se ejecuta en
modo kernel o modo supervisor.
 Desde aquí el SO tiene control de todo el software y puede
ejecutar toda instrucción que toda máquina pueda ejecutar.
 El resto del software se ejecuta en modo usuario.
 Desde aquí solo un conjunto de instrucciones es permitido.
 Las instrucciones de E/S están prohibidas para estos usuarios.


5

 El programa de interfaz de usuario, shell o GUI,
es el nivel más bajo del software en modo usuario,
permite la ejecución de otros programas :
 como un navegador web.
 lector de correo electrónico

 o reproductor de música.

 Usa en forma intensiva el SO.


6

 El SO se ejecuta directamente sobre el Hardware y
proporciona la base para las demás aplicaciones
de software.
 Una distinción importante entre el SO y el programa
que se ejecuta en modo usuario es que si por ejemplo
su a un usuario no le gusta el manejador de correo
puede cambiarlo, pero o podrá cambiar el manejador
de interrupciones de reloj, (está protegido por el
hardware y el SO).


Qué es un Sistema Operativo
7

 Software que se ejecuta en modo Kernel.
 Sus funciones son:
 Proporcionar a los programadores de aplicaciones (y
a los programas) un conjunto abstracto de recursos
simples (en lugar de los conjuntos complejos de
hardware).
 Administrar los recursos de hardware.


8

 Sistema Operativo como Máquina extendida:
 Él trabajo del sistema operativo es crear buenas
abstracciones para después implementar y administrar los
objetos abstractos creados.
 Una de las principales tareas del SO es ocultar el hardware
y presentar a los programadores abstracciones agradables,
elegantes simples y consistentes.
 Recordar que los verdaderos clientes del SO son los
programas de aplicación – en contraste – los usuarios
finales tienen que lidiar con las abstracciones que
proporcionan la interfaz de usuario., ya sea un shell de
líneas de comando o interfaz gráfica.


9

 Sistema Operativo como Administrador de recursos.
 Si pensamos en el SO cuya función principal es
proporcionar abstracciones a los programas de aplicación,
responde a una perspectiva de arriba hacia abajo.
 La perspectiva alterna de abajo hacia arriba, sostiene que
el SO está presente para administrar todas las piezas de
un sistema complejo. Así, proporcionar una asignación
ordenada y controlada de:
 Procesadores, memorias y dispositivos de E/S, entre los
programas que compiten por estos recursos.


10

 Sistema Operativo como Administrador de
recursos.
 Por ejemplo si 3 programas quieren escribir en la
impresora, para que no se mezclen los contenidos, el
SO guarda en buffers los contenidos luego envía a la
impresora, mientras otros siguen guardando los
contenidos.
 El SO debe llevar un registro de que programas están
usando qué recursos (especialmente en red), de otorgar
peticiones de recursos, de contabilizar su uso, y mediar
las peticiones en conflicto.


11

 Sistema Operativo como Administrador de recursos.
 La administración de recursos incluye el multiplexaje,
(compartir) recursos de dos formas distintas:
 Por tiempo, en este caso los programas toman turnos. (ejemplo
solo 1 CPU, un solo programa se ejecuta a la vez)
 Por espacio, en vez de que los clientes tomen turnos, cada uno usa
una parte del recurso, por ejemplo normalmente la memoria se
divide entre varios programas en ejecución, para que cada uno
pueda estar residente al mismo tiempo. En este caso el SO debe
resolver problemas de equidad y protección. Otro recurso
multiplexado es el disco duro, debe ser administrado por el SO.


Historia de los Sistemas Operativos
12

 Estrecha relación entre SO y Arquitectura de Computadores.
 Primera Generación (1945-1955): tubos de vacío.
 Luego de infructuosos esfuerzos de Babagge en la segunda guerra
mundial aparecen:
 La primera computadora digital en Iowa State University, 300 tubos de
vacío bulbos, construida por John Atanasoff y su estudiante Clifford
Berry.
 Konrad Zuse en Berlin construyó la Z3.
 La Colossus construida por un equipo de trabajo en Bletchley Inglaterra.
 La Mark1 por Howard Aiken en Harvard.
 La ENIAC por Willian Mauchley
 Los sistemas Operativos eran desconocidos, también se desconocían
los lenguajes de programación, manejo personal y manual.


13

 Segunda Generación (1955-1965): Transistores y
sistemas de procesamiento por Lotes:
 Los transistores , le dieron confiabilidad a la computadora.
A estas máquinas se las conocía como mainframes,
requerían operadores para manejarlas.
 Los programas eran fortran o assembler y se usaban
tarjetas, se ejecutaba un programa a la vez.
 Luego se pasó al procesamiento por lotes para reducir
costos. Se enviaban muchos programas a la vez, en tarjetas,
se pasaban a cinta, y los resultados se escribían en cinta,
luego esta cinta se sacaba y se imprimía fuera de línea.
 Los sistemas operativos típicos eran FMS(Fortran monitor
system) e IBSYS de la IBM.


14

 Tercera Generación (1965 a 1980): circuitos integrados y
multiprogramación:
 Existían dos líneas de computadoras: la científica y las
comerciales, esto era muy costoso y se resolvió cuando la IBM
creó la serie 360.
 La familia 360 era de circuitos integrados, su sistema operativo
fue el OS-360, un sistema operativo gigante y lleno de errores.
 El sistema Operativo OS/360 introdujo la multiprogramación, la
solución fue subir a memoria más de un programa con protección
desde hardware.
 El OS/360 introdujo el spooling, es decir leer el grupo de
tarjetas y llevarlas a disco duro.
 Luego se preparó el camino para los tiempos compartidos (time
sharing)


15

 La cuarta Generación : (1980 a la fecha)
 Con el desarrollo de los circuitos LSI (integración a gran escala),
miles de transistores en un centímetro cuadrado, nacen las
computadoras personales.
 Primero aparecieron las microcomputadoras, 8088, con el SO
CP/M (Control Programa for microcomputers).
 Posteriormente apareció el DOS( sistema operativo en Disco), que
luego selo unió con un interprete de Bill Gates llamado Basic y
apareció el DOS/BASIC, mismo que luego Tim Patterson (quien
fue cotratado por Bill Gates)lo rediseñó y cambió su nombre a
MS/DOS. 90286, 386,486.
 Posteriormente se incluye la GUI, en 1988 apareció la macintosh
Lisa, pero muy cara, luego la Apple Macintosh con mucho éxito.


16

 Posteriormente Microsoft inluenciada por la macintosh, creó
un sistema basado en GUI llamado windows, el cual se
ejecutaba sobre MS-DOS, es decir era más un shell que un
sistema operativo.
 A partir de 1995 se liberó la versión windows -95.

 En 1998 se liberó windows 1998, aún contenia mucho
código en lenguaje ensamblador para máquinas de 16 bits.
 Luego apareció Window –NT (nueva tecnología). Sistema
de 32 bits, este SO también fracazó, no aniquiló a todos los
windows ni al MS-DOS.

17

 Windows NT-4 finalmente, empezó a tener éxito, especialmente en redes corporativas.
 Windows NT5 cambió de nombre a windows -2000
 Luego Windows ME (millennium edition).
 En el 2001 aparece Windows –XP.
 En el 2007 Windows .Vista.
 Luego apareció windows -7
 Otro competidor importante es UNIX, enla China y en la India están presentes. Prefiern
una interfaz basada en comandos y otra basada en GUI, llamada Gnome o KDE.
 Linux es una alternativa popular para estudiantes y empresas.
 (actualmente hablamos de procesadores Intel core 5, core 7…)
 Los SO en red necesitan un dispositivo controlador de interfaz de red y software de
bajo nivel para controlarlo.
 Un SO distribuido, está compuesto por varios procesadores, permiten que las
aplicaciones se ejecuten en varios procesadores al mismo tiempo, lo que requiere software
de planificación para optimizar el paralelismo.


Tipos de Sistemas Operativos.
18

 Sistemas operativos de Main Frame.
 Son computadoras muy grandes que aún se encuentran
en centros de datos muy grandes. Por ejemplo un main
frame de 1000 discos y millones de gigabytes de
datos.
 Son servidores web de alto rendimiento, son servidores
para sitios de comercio electrónico a gran escala, y
servidores para transacciones de negocio a negocio.
 Los SO de main frames están orientados hacia el
prcesamiento de muchos trabajos a la vez.


19

 Sistemas operativos de Main Frame.
 La mayor parte requieren muchas operaciones de E/S.
 Ofrecen tres tipos de servicios:
 Procesamiento por lotes: procesa trabajos de rutina, sin que hayan
usuarios interactivos de por medio. Por ejemplo reporte de ventas de
una cadena de tiendas.
 Procesamiento por transacciones: manejan grandes cantidades de
pequeñas peticiones. Por ejemplo reservaciones en una aerolínea,
transacciones de un banco.
 Tiempo compartido: permiten que miles de usuarios remotos ejecuten
trabajos en la computadora al mismo tiempo. Por ejemplo consultar
una gran base de datos.
 Ejemplo de sistemas operativos de Main frame: OS/390.
 Actualmente están siendo reeplazados por sistemas operativos
Linux.


20

 Sistemas operativos de Servidores.
 Se ejecutan en servidores qe sn computadoras personales
muy grandes, estaciones de trabajo e incluso main frames.
 Dan servicio a varios usuarios a la vez a través de la red, y
les permiten compartir los recursos de hardware y software.
 Los servidores pueden proporcionar servicios de impresión,
archivos o web.
 Los proveedores de Internet operan muchos equipos
servidores para dar soporte a sus clientes y los sitios web.
 Utilizan servidores para almacenar paginas web y hacerse
cargo de peticiones entrantes.
 Solaris, Linux, Windows server 200x.


21

 Sistemas operativos de Multiprocesadores.
 Una manera de dar poder a un sistema de computo es conectar
varias CPU a un solo sistema.
 Se las conoce como computadores en paralelo multicomputadores
o multiprocesadores.
 Los SO, son a menudo variaciones de los sistemas operativos de
servidores con características especiales para comunicación,
conectividad y consistencia.
 Con la llegada de los chips multinúcleo para las computadoras
personales, hasta los sistemas operativos de equipos de escritorio
y portátiles convencionales ya tienen multiprocesadores de
pequeña escala y cada vez aumenta el número de núcleos.
 Windows y Linux se ejecutan en multiprocesadores.
 Lo difícil es que los programas usen todo ese poder de cómputo.


22

 Sistemas operativos de computadoras personales.
 Todos los SO modernos soportan la multiprogramación.
 Con frecuencia se inician docenas de programas al
arrancar el sistema.
 Su trabajo es proporcionar buen soporte para un solo
usuario.
 Linux, machintosh, windows vista, windows 7.


23

 Sistemas operativos de computadoras de bolsillo.
 Computadora de bolsillo o PDA (Personal Digital
Assistant)
 Actualmente los PDA y celulares se han fusionado. Casi
todos ellos se basan en procesadores de 32 bits y 64
bits, trabajan en modo protegido y ejecutan un
sofisticado SO.
 Actualmente es posible manejar mucha funciones de
una computadora normal.
 Symbian OS, Palm OS ….iphone (machintosh), adriode


24

 Sistemas operativos Integrados.
 Sistemas opertivos integrados o (embedded), se
conocen también como incrustados o embebidos.
 Operan en equipos que o no aceptan software
instalado por el usuario. Por ejemplo microondas,
televisores, MP4, etc…. Ejemplo: QNX, VxWorks


25

 Sistemas operativos de nodos sensores.
 Son pequeñas computadoras que se comunican entre si, con
una estación base en forma inalámbrica. Se usan en
edificios en protección de perímetros de edificios, proteger
fronteras. Detectar incendios de bosques, medir
temperatura, precipitaciones, pronostico del tiempo.
 Cada sensor son verdaderas computadoras con memorias,
procesadores, alimentadas con baterías y enlazadas a una
red que debe ser robusta para tolerar fallos en los nodos
individuales.
 Realizan actividades en forma periódica activados por un
reloj interno.
 TinyOS


26

 Sistemas operativos en tiempo real.
 Se caracterizan por tener el tiempo como un parámetro
clave. Ejemplo Sistemas do control de procesos
Industriales llamados Sistemas en tiempo real duro, su
ejecución depende de tiempos exactos.
 Existen los sistemas en tiempo real suave, en los cuales
se aceptan que puedan fallar el tiempo determinado,
ejemplo teléfonos digitales.
 Estos Sistemas no aceptan que el usuario inserte ´su
propio software, lo cual facilita la protección.


27

 Sistemas operativos de tarjetas inteligentes
 Son los sistemas operativos más pequeños. Son tarjetas
del tamaño de una tarjeta de crédito con un chip de
CPU. Algunas se energizan por contactos con el lector
del equipo. A menudo estos son sistemas propietarios.
 Algunas tarjetas funcionan en java. Algunas tarjetas
ejecutan varios applets de java, lo cual con lleva a la
multiprogramación. El SO los maneja.


Conceptos de Sistemas Operativos
28

 La base para comprender el funcionamiento de un
SO, son ciertos conceptos básicos y abstracciones:
 Procesos,

 Espacio de direcciones,
 Archivos,

 E/S

 Protección

 El Shell


29

 Procesos:
 Un proceso es en esencia un programa en ejecución.
 Cada proceso tiene asignado un espacio de
direcciones.
 El espacio de direcciones contiene el programa
ejecutable, los datos y su pila.
 También tiene asociados registros (CP, apuntador de
pila entre otros), un conjunto de archivos abiertos,
alarmas pendientes, listas de procesos relacionados y
la información necesaria para ejecutar un programa.

30

 Procesos (2):
 Se debe pensar en un sistema de multiprogramación:
Asuma que usted baja una película, mientras tanto usted
navega en la web, además revisa su correo. El SO puede
cortar el proceso que baja la película porque ya ha usado
suficiente tiempo, para ejecutar otro.
 Cuando detiene un proceso debe guardar el estado del
proceso, por ejemplo si el proceso tuvo varios archivos
abiertos al mismo tiempo debe guardar todos los
apuntadores asociados a la posición actual, algunos SO
guardan toda la información del proceso más su propio
espacio de direcciones los guarda en Tablas de procesos,
las cuales son arreglos o listas enlazadas.


31

 Procesos (3):
 El sistema de administración de procesos son los que se
encargan de crear y terminar procesos. Por ejemplo un
proceso llamado intérprete de comandos, o shell, lee
comandos, si el usuario pide compilar un programa, el shell
crea el proceso para ejecutar el compilador, este se ejecuta
y cuando termina llama al administrador de procesos para
terminarse a si mismo.
 En ocasiones el proceso llama a subprocesos, llamados
procesos hijos y se forma un árbol de procesos. A menudo
se necesita sincronizar actividades entre procesos.
 A los procesos y subprocesos el SO les asigna
identificadores individuales y de grupo.


32

 Espacios de Direcciones:
 la memoria principal contiene a todos los programas
que se están ejecutando.
 Un SO simple, solo hay un programa a la vez en
memoria, para ejecutar un segundo se tiene que quitar
el primero y colocar el segundo en memoria.
 Un SO sofisticado, permite colocar varios programas
en memoria. Para evitar que se interfieran entre ellos
necesitan mecanismos de protección. Aunque este
mecanismo tiene que estar en hardware tiene que estar
controlado por el SO.


33

 Espacios de Direcciones(2):
 En el espacio de direcciones , las direcciones pueden
ser de 32 o 64 bits, si un proceso requiere un espacio
de direcciones mayor a la capacidad de la memoria
principal de la memoria, en este caso se usa una
técnica llamada Memoria virtual, en este caso el SO
crea la abstracción de memoria suficiente.
 Este trabajo de administrar la memoria es parte
importante de lo que hace el SO.


34

 Archivos:
 Otro concepto clave es el sistema de archivos.
 Una de las actividades del usuario es crear, borrar, leer y
escribir sobre archivos, para lo cual hay que acceder al
dispositivo y hacer las actividades.
 El SO maneja el concepto de directorio, como una manera de
agrupar archivos. La entradas del directorio pueden ser archivos
u otros directorios.
 las jerarquías de procesos y de archivos están organizadas en
forma de árboles.
 Se maneja también otro concepto, archivo especial, es ver a los
dispositivos como archivos. De esta manera se puede leer o
escribir sobre ellos con las mismas funciones del SO que se
utilizan para los archivos.


35

 Archivos(2):
 Existen dos tipos de archivos especiales:
 Archivos especiales de bloque: por ejemplo los discos duros, que
permiten acceder de manera directa a un determinado bloque.
 Archivos especiales de caracter: por ejemplo los modems o
impresoras.
 Otro concepto asociado a los procesos y archivos son los
canales:
 Un canal es un tipo de pseudoarchivo que sirve para conectar dos
procesos. Por ejemplo si dos procesos necesitan comunicarse se
debe establecer un canal por anticipado.


36

 Entrada /Salida
 Existen muchos dispositivos de E/S, incluyendo teclados,
monitores, impresoras, etc. Es Responsabilidad del SO
administrar estos dispositivos.
 En otra palabras, el SO tiene un subsistema para
administrar los dispositivos de E/S, algunos dispositivos
tienen su propio driver, para administrar el SO.


37

 Protección
 Mucha información del usuario debe ser protegida por
ser confidencial, (mensajes de correo electrónico,
planes de negocio, etc..) es responsabilidad del SO
administrar la seguridad de los archivos.


38

 EL Shell
 EL SO es el código que lleva a cabo el sistema.
 Los editores, compiladores, ensambladores,
enlazadores e intérpretes de comandos no son parte
del SO.
 Es la interfaz gráfica del usuario.

 Cuando cualquier usuario inicia sesión, se inicia el shell,
con interfaz gráfica en el caso de windows (windows
explorer), Linux tiene su shell con GUI, Gnome o KDE, y
el shell de comandos.

Estructura de un Sistema Operativo
39

 Significa dar un vistazo al interior del S.O.
 Los diseños son :
 Sistemas Monolíticos.
 Sistemas de Capas.

 Microkernels

 Sistemas Cliente – servidor

 Máquinas Virtuales.

 ExoKernels


40

 Sistemas Monolíticos.
 Un sistema operativo con núcleo monolítico concentra todas las
funcionalidades posibles (planificación, sistema de archivos,
redes, controladores de dispositivos, gestión de memoria, etc)
dentro de un gran programa. El mismo puede tener un tamaño
considerable, y deberá ser recompilado por completo al añadir
una nueva funcionalidad.
 Todos los componentes funcionales del núcleo tienen acceso a
todas sus estructuras de datos internas y a sus rutinas. Un error en
una rutina puede propagarse a todo el núcleo.
 Todos sus componentes se encuentran integrados en un único
programa que ejecuta en un único espacio de direcciones. En este
tipo de sistemas, todas las funciones que ofrece el sistema
operativo se ejecutan en modo supervisor, o kernel.


41

 Sistemas Monolíticos (2).
 Estos sistemas operativos han surgido, normalmente, de
sistemas operativos sencillos y pequeños a los que se
les ha ido añadiendo un número mayor de
funcionalidades. Ejemplo MS-DOS y UNIX.
 El problema que plantean este tipo de sistemas radica
en lo complicado que es modificar el sistema operativo
para añadir nuevas funcionalidades y servicios.
 Por cada llamada al sistema hay un procedimiento de
servicio que se encarga de la llamada y la ejecuta.


42

 Sistemas de Capas.
 Una mejor opción es organizar el SO como una
jerarquía de capas. Por ejemplo (SO The)
 Capa Función
5 El operador (proceso operador del sistema)
4 Programas de Usuario
3 Administración de la E/S
2 Comunicación Operador -Proceso
1 Administración de memoria
0 Asignación del procesador y multiprogramación.


43

 Sistemas de Capas (2).
 Una mayor generalización del concepto de capas
estuvo presente en el sistema MULTICs, en ves de capas
se describió como una serie de anillos concéntricos,
donde los interiores tenían más privilegios que los
exteriores.


44

 Microkernels:
 En el diseño de capas, tradicionalmente todas las
capas iban al Kernel, pero eso no es necesario.
 Se debe colocar lo menos posible en el Kernel, debido
a que los errores en el Kernel paralizan
inmediatamente al sistema. En contraste los procesos
del usuario se pueden configurar para que tengan
menos jerarquía, por lo que un error de ellos no serçia
fatal.


45

 Microkernels(2):
 La idea del microkernel es lograr una alta
confiabilidad al dividir el SO en módulos pequeños y
bien definidos.
 Solo el microkernel se ejecuta en modo Kernel, el resto
se ejecuta en modo Usuario.
 De esta forma el error de un proceso puede hacer que
falle ese componente, pero no puede hacer que falle
todo el sistema.


46

 Modo Cliente Servidor
 Aquí se diferencian dos procesos:
 Los servidores cada uno de los cuales proporciona ciertos servicios.
 Los clientes utilizan estos servicios.
 Se conocen como modelo cliente servidor.
 La comunicación entre cliente y servidor se lleva a cabo mediante
mensajes.
 Para obtener un servicio, un proceso cliente construye un mensaje,
indicando lo que desea y le envía al servicio apropiado, después
el servicio hace el trabajo y envía de vuelta la respuesta.
 Los mensajes pueden ejecutarse en el mismo equipo o en equipos
remotos.


47

 Máquinas Virtuales.
 Durante 4 décadas IBM ha contado con máquinas virtuales.
 Muchos usuarios requieren manejar muchos sistemas
operativos para servidores independientes com de correo,
FTP, servidores web, una solución es la virtualización.
 Otro uso es el hospedaje web. (con una sola máquina se
evita el hospedaje compartido)se asigna una MV por
usuario.
 Otra aplicación es para los usuario finales, que desean
ejecutar 2 o más SO al mismo tiempo.


48

 Máquinas Virtuales (2).
 Respecto al software, para poder ejecutar software de
máquina virtual su CPU debe ser virtualizable.
 Problema: cuando ejecuta una máquina virtual, sus
instrucciones se ejecutan en modo usuario privilegiado,
es decir pueden modificar el PSW, ejecutar
operaciones de E/S, el SO debe hacer que la
instrucción se pueda emular en el software.


49

 Exokernels
 En vez de clonar una máquina virtual se hace con máquinas
virtuales, lo que se hace a la máquina real es particionarla.
 En la capa inferior que se ejecuta en modo Kernel, hay un
programa llamado exokernel, su trabajo es asignar recursos a
las máquinas virtuales y luego comprobar los intentos de usarlos,
así cada máquina virtual piensa que tiene su propio disco, por lo
que el monitor de la máquina virtual debe mantener tablas para
reasignar las direcciones del disco.
 El Exokernel solo necesita llevar el registro para saber a cual
máquina virtual se le ha asignado cierto recurso.
 El exokernel mantiene las máquinas separadas una de otras.


Bibliografía
50

 Sistemas Operativos modernos – 3 Edición
 Andrew Tanenbaum
 Pearson Educación
 2009


Clase 4 -

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Similaire à Clase 4 -

Similaire à Clase 4 - (20)

Plus de Maritzol Tenemaza

Plus de Maritzol Tenemaza (6)

Clase 4 -