PDF de programación - 2. Estructura de los sistemas

2. Estructura de los sistemas Operativos


En esta sección veremos los componentes de un sistema operativo, los servicios que él
brinda y sus posibles estructuras.


1. Componentes de un sistema operativo

• Administración de procesos
• Administración de memoria
• Subsistema de Entrada/Salida
• Administración de Almacenamiento secundario
• Subsistema de archivos
• Sistema de protección


Administración de Procesos

Para comenzar debemos saber que es un proceso. Un proceso es un programa en
memoria + CPU + acceso a dispositivos + otros recursos. Notemos que un proceso
necesita de ciertos recursos (como CPU, memoria, archivos, dispositivos de E/S, etc.)
para realizar su tarea.
Podemos ver entonces que un proceso es una entidad activa, mientras que un programa
una entidad pasiva.

Sabiendo entonces que es un proceso, podemos decir entonces que el sistema operativo
es el encargado de su administración. Es el encargado de proveer servicios para que
cada proceso pueda realizar su tarea. Entre los servicios se encuentran:

• Crear y destruir procesos
• Suspender y reanudar procesos
• Proveer mecanismos para la sincronización y comunicación entre procesos
• Proveer mecanismos para prevenir dead-locks o lograr salir de ellos.


Administración de Memoria

La memoria es un área de almacenamiento común a los procesadores y dispositivos,
donde se almacenan programas, datos, etc. El sistema deberá administrar el lugar libre y
ocupado, y será el encargado de las siguientes tareas:

• Mantener que partes de la memoria están siendo usadas, y por quien.
• Decidir cuales procesos serán cargados a memoria cuando exista espacio de

memoria disponible, pero no suficiente para todos los procesos que deseamos.

• Asignar y quitar espacio de memoria según sea necesario.


Subsistema de Entrada/Salida

El sistema operativo deberá ocultar las características específicas de cada dispositivo y
ofrecer servicios comunes a todos. Estos servicios serán, entre otros:

• Montaje y desmontaje de dispositivos
• Una interfaz entre el cliente y el sistema operativo para los device drivers.
• Técnicas de cache, buffering y spooling.
• Device drivers específicos



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Administración de Almacenamiento secundario

Dado que la memoria RAM es volátil y pequeña para todos los datos y programas que
se precisan guardar, se utilizan discos para guardar la mayoría de la información. El
sistema operativo será el responsable de:

• Administrar el espacio libre
• Asignar la información a un determinado lugar
• Algoritmos de planificación de disco (estos algoritmos deciden quien utiliza un

determinado recurso del disco cuando hay competencia por él)


Subsistema de Archivos

Proporciona una vista uniforme de todas las formas de almacenamiento, implementando
el concepto de archivo como una colección de bytes. El Sistema Operativo deberá
proveer métodos para:

• Abrir, cerrar y crear archivos
• Leer y escribir archivos


Sistema de protección

Antes que nada, tener en cuenta que por protección nos referimos a los mecanismos por
los que se controla el acceso de los procesos a los recursos.
En un sistema multiusuario donde se ejecutan procesos de forma concurrente se deben
tomar medidas que garanticen la ausencia de interferencia entre ellos. Estas medidas
deben incorporar la posibilidad de definir reglas de acceso, entre otras cosas.


2. Servicios del Sistema Operativo


El sistema brindará un entorno de ejecución de programas donde se dispondrá de un
conjunto de servicios. Los servicios principales serán:

• Ejecución de programas (el SO deberá ser capaz de cargar un programa a

memoria y ejecutarlo. El programa deberá poder finalizar, de forma normal o
anormal)

• Operaciones de E/S (el SO deberá proveer un mecanismo de acceso ya que por

eficiencia y protección los usuarios no accederán directamente al dispositivo)
• Manipulación del Sistema de archivos (se deberá tener acceso al sistema de

archivos y poder, como mínimo, leer, escribir, borrar y crear)

• Comunicación entre procesos (los procesos deberán poder comunicarse, ya sea

que estén en el mismo computador o el diferentes)

• Manipulación de errores (el sistema deberá tomar decisiones adecuadas ante
eventuales errores que ocurran, como fallo de un dispositivo de memoria, fallo
en un programa, etc.)



3. Estructura del Sistema


La estructura interna de los sistemas operativos pueden ser muy diferentes, ya que se
debe tener en cuenta las metas de los usuarios (fácil uso, confiable, rápido, etc.) y las del
sistema (fácil de diseñar, implementar y mantener, eficiente, etc.).
Veremos 3 posibles diseños del sistema.



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• Sistema Monolítico


Estos sistemas no tienen una estructura definida, sino que son escritos como una
colección de procedimientos donde cualquier procedimiento puede invocar a otro.

Ejemplos de estos sistemas pueden ser MS-DOS o Linux (aunque incluye algo de
capas). Es importante tener en cuenta que ningún sistema es puramente de un tipo.


• Sistema en capas


El diseño se organiza en una jerarquía de capas, donde los servicios que brinda una capa
son consumidos solamente por la capa superior. La capa 0 es del Hardware y la N es la
de los procesos de Usuario.



Estos sistemas tienen como ventaja que son
modulares y la verificación se puede hacer a
cada capa por separado (son más mantenibles).
Sin embargo el diseño es muy costoso y es
menos eficiente que el sistema monolítico ya
que pierde tiempo pasando por cada capa.



• Sistema con micronúcleo


La idea consiste en tener un núcleo que brinde los servicios mínimos de manejo de
procesos, memoria y que provea la comunicación entre procesos. Todos los restantes
servicios se construyen como procesos separados del micronúcleo, que ejecutan en
modo usuario.

Estos sistemas tienen como ventaja un diseño simple y funcional, que aumenta la
portabilidad y la escalabilidad. Para agregar un nuevo servicio no es necesario modificar
el nucleo, y es más seguro ya que los servicios corren en modo usuario.



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