PDF de programación - Entorno Web para la Enseñanza-Aprendizaje de Algoritmos de Sistemas Operativos

Universidad Nacional del Nordeste

Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y

Agrimensura

Trabajo Final de Aplicación:

Entorno Web para la Enseñanza-Aprendizaje de Algoritmos de

Sistemas Operativos

Alumno Nelson Fabian Rodriguez - LU: 32.945
Prof. Director: Dr. David Luis La Red Martinez

Licenciatura en Sistemas de Información

Corrientes-Argentina

2011

A mis padres, por confiar en mí y otorgarme su apoyo incondicional.

A mi hermano, un camarada excepcional.

A mis hermanas, por su compañia.

A mis abuelos, tíos y primos, por formar parte de mi vida.

A mis amigos, los que siempre estuvieron a mi lado.

A mis profesores, por todo lo brindado.



Prefacio
Este Trabajo Final de Aplicación fue realizado teniendo como objetivo
principal que los alumnos de la cátedra de Sistemas Operativos, de la Fac.
de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura, perteneciente a la Universi-
dad Nacional del Nordeste, puedan ejecutar algoritmos de administración de
recursos de los sistemas operativos en un entorno web. Estos algoritmos co-
rresponden a los distintos casos de estudio analizados en el laboratorio de la
cátedra.

Para lograr esto se desarrollo una serie de applets en el lenguaje Java
que serán ejecutados desde un sitio web, en donde se podrán observar el fun-
cionamiento de algunos algoritmos de administración de recursos de los sis-
temas operativos convencionales y sistemas operativos ditribuidos, con solo
acceder a un ordenador con conexión a Internet.

Este trabajo presenta en cada caso de estudio un marco teórico explicando

el funcionamiento de los algoritmos desarrollados y analizados.

En el Capítulo 1, se desarrolló una breve introducción del trabajo reali-
zado, donde se describen los objetivos propuestos, las herramientas utilizadas
y los algoritmos de los casos de uso tratados.

En el Capítulo 2, se analizaron los Algoritmos de Planificación del Proce-
sador, donde se podrán comprender el funcionamiento y los distintos estados
de los procesos internos de un sistema operativo convencional.

Se observaron distintas estrategias de planificación que utilizan los sistemas
operativos de este tipo, como ser, FIFO, Round Robin, HRN y RNM, cada
una de estas explicadas con detalle.

Se llevó a cabo la simulación por medio del desarrollo de un applet, donde
se debe introducir la cantidad de procesos, la cantidad de ciclos de control
y las estrategias que se desea simular, de esta manera se podrá observar un
informe detallado de cada una de las estrategias seleccionadas al inicio de la
simulación.

En el Capítulo 3, se analizaron las estrategias de reposición de páginas en
la memoria principal determinado por el esquema FIFO (Primero en Entrar
Primero en Salir), se detallan algunas de sus características y se estudia lo que
se llama Anomalía Belady o Anomalía FIFO.

Se estudia la llamada Anomalía Belady o Anomalía FIFO por medio del
desarrollo de un applet, donde se deberá introducir la cantidad de marcos de
página para iniciar la simulación.

En el applet desarrollado se podrá observar el resultado de la simulación



por medio de reportes escritos y gráficos, teniendo en cuenta distintas cargas
de trabajo.

En el Capítulo 4, se llevó a cabo el Análisis del Rendimiento de un Sub-
sistema de Disco de Una Petición a la Vez, donde se observó el rendimiento de
un disco con un solo brazo cuando es sometido a distintas cargas de trabajo.
Se simuló a un conjuntos de peticiones de operaciones de acceso a los discos,
que configuran cantidades de trabajo distintas a ser atendidas, calculando los
tiempos de llegadas, tiempo de servicio, tiempo de espera, capacidad de la
cola, etc.

Para llevar a cabo esta simulación se desarrolló un applet, donde se deben
ingresar los valores máximos de las variables µ (mu); λ (lambda) y el número
de peticiones pendientes para iniciar la simulación.

En el applet se pueden observar informes detallados de los cálculos efectu-
ados, un análisis estadístico de los resultados y un gráfico donde se muestran
los datos obtenidos.

En el Capítulo 5, se llevó a cabo el Análisis del Rendimiento de un Sub-
sistema de Disco de Varias Peticiones a la Vez, que a diferencia del capítulo
anterior, en este caso se observa el rendimiento de un disco con varios brazos
independientes entre sí para atender solicitudes.

Esto requiere que el subsistema de disco disponga de un número de brazos
de acceso, que además sean independientes en sus movimientos, de tal manera
que cada uno de ellos pueda atender a una petición cuando es sometido a
distintas cargas de trabajo.

En este caso de estudio también se realiza la simulación calculando los
tiempos de llegadas, tiempo de servicio, tiempo de espera, capacidad de la
cola, etc.

Para llevar a cabo esta simulación se desarrolló un applet donde se deben
ingresar los valores máximos de las variables µ (mu); λ (lambda) y el número
de peticiones pendientes.

En el applet, se podrán observar informes detallados de los cálculos efectu-
ados, un análisis estadístico de los resultados y un gráfico donde se muestran
los datos obtenidos.

En el Capítulo 6, se analizó la ejecución concurrente de los hilos y la

sincronización de los mismos en los sistemas operativos convencionales.

Se llevó a cabo la simulación de este caso de estudio por medio del de-
sarrollo de un applet que implementó el problema de procesos productores
y consumidores, donde los procesos productores generan información en un
buffer y los procesos consumidores retiran información del mismo buffer.



El applet se diseño de manera tal que permitiera generar en un arreglo el
seguimiento de dicha simulación para posteriormente efectuar el análisis de la
forma en que se ha desarrollado la misma.

En el Capítulo 7, se analizó un algoritmo de sincronización de procesos
en sistemas operativos distribuidos para el uso de recursos críticos, el caso de
estudio analizado es el llamado, Exclusión Mutua.

En este caso se planteó un esquema de control centralizado similar al de
los sistemas operativos convencionales, donde existe un proceso coordinador
para un conjunto determinado de procesos.

El proceso coordinador actúa como administrador, otorgando el recurso
crítico en el caso de que esté libre, bloqueando en el caso de que el recurso
crítico esté siendo usado por otro proceso y desbloqueando los recursos críticos
en el caso de que algún proceso termine de forma irregular cuando tenga
apropiado algún recurso crítico.

Se llevó a cabo la simulación de este caso de estudio por medio del desarrollo
de un applet donde, se hizo uso de hilos para representar a los procesos y se
hizo uso de arreglos para representar cada región crtítica.

Para dar inicio a la simulación de este caso de estudio, se debe introducir
en el applet, la cantidad de procesos, la cantidad de regiones críticas y el
tiempo de simulación en segundos.

En el Capítulo 8, se describe cada componente de la aplicación web de-
sarrollada para contener a los applets que simulan cada uno de los algoritmos
de administración de recursos de sistemas operativos desarrollados a lo largo
de este trabajo.

Corrientes, Noviembre de 2011.

Índice general

1. Introducción

2. Algoritmos de Planific. del Procesador

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.
2.2. Objetivo del Caso de Estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3. Descripción del Problema Planteado . . . . . . . . . . . . . . .
2.4. Estados de Procesos
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5. Descripción de los Algoritmos Utilizados
. . . . . . . . . . . .
2.6. Applet Desarrollado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.7. Datos y Ejecuciones
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.8. Resultados y Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Anomalía Belady

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.
3.2. Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3. Reposición de Página por el Sistema de Primero en Entrar —
Primero en Salir (FIFO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1. Conceptos Generales de Gestión de Memoria . . . . . .
3.3.2. Reposición de Página por el Sistema FIFO . . . . . . .
3.4. Applet Desarrollado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5. Datos y Ejecuciones
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6. Resultados y Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Subsistema de Una Petición a la Vez

4.1.
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2. Objetivo del Caso de Estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3. Descripción del Problema Planteado . . . . . . . . . . . . . . .
4.4. Descripción del Algoritmo Desarrollado . . . . . . . . . . . . .
4.5. Solución Propuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

3
3
3
4
5
8
9

22
22

24
24
24

25
25
27
27
44
45

46
46
46
47
54
54



ÍNDICE GENERAL



4.6. Applet Desarrollado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

4.7. Datos y Ejecuciones
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.8. Resultados y Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

74
76

5. Subsistema de Varias Peticiones a la Vez

77
77
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.
78
5.2. Objetivo del Caso de Estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
78
5.3. Descripción del Problema Planteado . . . . . . . . . . . . . . .
78
5.4. Descripción del Algoritmo Desarrollado . . . . . . . . . . . . .
80
5.5. Applet Desarrollado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6. Datos y Ejecuciones
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.7. Resultados y Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

6. Hilos en Java

103
6.1. Concurrencia e Hilos con Java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
6.2. Objetivo del Caso de Estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
6.3. Descripción del Algor