PDF de programación - Introducción al Sistema Operativo

SISTEMAS OPERATIVOS

INTRODUCCIÓN

Pedro de Miguel Anasagast

INTRODUCCIÓN AL SISTEMA OPERATIVO

MÁQUINA DESNUDA

sistema operativo.

● Máquina desnuda: Término que se aplica a un computador carente de

© UPM 2014

● El término resalta el hecho de que un computador en sí mismo no hace
nada. Como sabemos, solamente es capaz de repetir a alta velocidad la
secuencia de: lectura de instrucción de máquina, incremento del CP y
ejecución de la instrucción leída.

● Para que el computador realice una función determinada.

• Ha de tener en el mapa de memoria un programa máquina específico

para realizar dicha función.

• Ha de conseguirse que el registro CP contenga la dirección de

comienzo de ese programa.

Programa
y datos

CP

Unidad de control Mapa de memoria

● La misión del sistema operativo es completar (vestir) a la máquina

mediante una serie de programas que permitan su cómodo manejo y
utilización.

3

EL SISTEMA OPERATIVO

Sistema Operativo

© UPM 2014

● Capa de SW que facilita el uso del computador (conjunto de programas).

Funciones del Sistema Operativo

● Soporte de usuario (mandatos).
● Máquina ampliada (servicios a los programas).
● Gestor de recursos (UCP, memoria, ficheros...) entre los programas

activos.

Instrucciones
de máquina

Usuarios
Programas de usuario

Shell

Servicios
Núcleo

Hardware

API

Sistema
operativo

API: Application Programming Interface.

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FUNCIONES DEL SISTEMA OPERATIVO

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● Soporte de usuario.

• Intérprete de mandatos o Shell.

● Máquina ampliada (servicios).

• Ejecución de programas (procesos).
• Órdenes de E/S.
• Operaciones sobre ficheros.
• Servicios de memoria.
• Comunicación entre procesos.
• Detección y tratamiento de error.

● Gestor de recursos (UCP, memoria, ficheros, puertos...).

• Asignación y recuperación de recursos.
• Los recursos asignados pueden ser físicos o lógicos.
• Protección de los usuarios.
• Contabilidad/monitorización.

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COMPONENTES DEL SISTEMA OPERATIVO

© UPM 2014

● Núcleo: Es el componente del SO que gestiona el HW. Es la parte del SO

que obligatoriamente ha de ejecutar en modo núcleo.

● Servicios: Como el Win32 o el POSIX. Suministra una capa de servicios o

API (Application Programming Interface).

Usuarios

Programas de usuario
Win 32

Shell 2

Shell 1

POSIX

Núcleo

Hardware

Varias API

Sistema
operativo

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© UPM 2014

CONCEPTO DE USUARIO

Usuario

● Persona autorizada a utilizar un sistema.
● Se identifica en la autenticación mediante.
● Código de cuenta.
● Clave (password).
● Internamente el SO le asigna el “uid” (user identifier).

Super-usuario o administrador

● Tiene todos los derechos.
● Administra el sistema.
● En UNIX el super-usuario tiene uid = 0.

Grupo de usuarios

● Los usuarios se organizan en grupos: “gid” (group identifier).

• Alumnos de 2º.
• Profesores del DATSI.

● Todo usuario ha de pertenecer a un grupo.

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CONCEPTO DE PROCESO
Programa en ejecución

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● El programa ha de estar traducido a código máquina.
● El programa ha de estar almacenado en disco.
● El programa ha de cargarse en memoria (en el mapa de memoria).
● El contador de programa ha de apuntar al programa

0

Mapa de
memoria
Programa
y Datos

Contador

de programa

2 -1n

Memoria
principal

Disco

Información asociada: Imagen de memoria, BCP y estado procesador

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PROTECCIÓN

PROTECCIÓN

© UPM 2014

● Es necesario proteger unos usuarios de otros, de forma que los

programas de un usuario no interfieran con los programas de otro y que
no puedan acceder a la información de otro.

● Una de las funciones principales del SO es proteger unos usuarios de

otros.

● Como el SO es un conjunto de programas, no puede supervisar las

acciones de los programas cuando estos están ejecutando.

Si ejecuta un programa de usuario NO ejecuta el sistema operativo

● Esta supervisión la tiene que hacer directamente el HW, para lo que

cuenta con unos mecanismos que impiden que los programas de los
usuarios realicen operaciones contrarias a la seguridad.

● Tanto el procesador como la unidad de memoria tienen mecanismos de

protección.

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MECANISMOS DE PROTECCIÓN DEL PROCESADOR

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Mecanismos

● El procesador tiene dos modos de ejecución.

• Núcleo: ejecuta todas las instrucciones de máquina. Permite acceder

a la E/S y registros especiales.

• Usuario: ejecuta un subconjunto de las instrucciones. No permite

acceder al mapa de E/S ni a parte del mapa de memoria.

● Las interrupciones pasan automáticamente a modo de ejecución núcleo

(sólo se puede pasar de esta forma).

● La memoria tiene mecanismos de protección que limitan las direcciones

que puede acceder un programa.

Consideraciones

● EL SO es el encargado de tratar todas las interrupciones. Por tanto es el

único programa que ha de ejecutar en modo núcleo.

● Los programas de usuario no pueden acceder al mapa de E/S, por tanto

no pueden acceder directamente a los periféricos. Lo que significa que no
pueden leer los ficheros de otros usuarios.

● Los programas de usuario acceden a los periféricos a través del SO, que
sólo permite realizar las operaciones autorizadas. Mediante la instrucción
TRAP

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MODELO DE PROGRAMACIÓN DE USUARIO Y DE NÚCLEO

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● El computador puede funcionar en modo usuario o núcleo.
● El modo usuario es restringido. No se puede acceder a todos los
elementos de almacenamiento y no se pueden ejecutar todas las
instrucciones.

31

0

Registro de estado

31

0

Registro de estado

7
6
5
4
3
2
1
0

N
Z
V
C

PC
SP

0

2 -131

Mapa de
memoria

e
d



o

t

e

t
c
O

o
i
r
a
u
s
U

Juego de

Instrucciones

PC
SP

0

2 -132

T
S

I2
I1
I0

N
Z
V
C

15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0

e
d



o

t

e

t
c
O

a
m
e

t
s
S

i

e
d



o

t

e

t
c
O

o
i
r
a
u
s
U

Mapa de
memoria

0

2 -116

Mapa de

E/S

Juego de

Instrucciones

Modo usuario

Modo privilegiado o núcleo

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SEGURIDAD I

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La seguridad es una de las funciones fundamentales del SO.
Está basada en los mecanismos de protección y tiene dos facetas:
autenticación y privilegios.
Mecanismos HW de protección.

● Vigilan la ejecución de los programas.
● Informan de los intentos de trasgresión de los programas.

Autenticación: garantiza la identidad de los usuarios.

● Algo que conoce el usuario.
● Propiedad del usuario.
● Algo que tiene el usuario.
● Lugar del usuario.

Privilegios: definen lo que puede hacer cada usuario.

● Información por recurso.
● Información por usuario.

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SEGURIDAD II

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Permisos UNIX

● Para ficheros de datos.

• r: Especifica que el fichero se puede leer.
• w: Especifica que el fichero se puede escribir.
• x: Especifica que el fichero se puede ejecutar.

Dueño Grupo Mundo

rwxrwxrwx

● Para ficheros de directorio.

• r: Especifica que el directorio se puede leer, es decir, se puede hacer un

“ls” para conocer su contenido.

• w: Especifica que el directorio se puede escribir, es decir, se puede

añadir o borrar un fichero del directorio.

• x: Especifica que el directorio se puede atravesar para seguir analizando
un nombre de fichero. (/home/datsi/asignaturas/ssoo/practicas/leeme.txt)

Inicio

¿UID usuario

=

UID fichero?
Cierto
Usar permisos

del dueño

Falso

¿UID grupo

=

UID fichero?
Cierto
Usar permisos

del grupo

Falso

Usar permisos

del mundo

r-x rw- rw- ¿Puede el dueño modificar el fichero?

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ARRANQUE DEL COMPUTADOR

ARRANQUE DEL COMPUTADOR

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● El Reset carga valores predefinidos en registros.

• CP ← dirección de arranque del cargador ROM.

● Se ejecuta el Programa de Arranque del sistema.

• Que hace un test del sistema.
• Y trae a memoria RAM el boot del SO, que está en el disco.
Unidad de Memoria
Dirección
Celdas
0

Unidad de Memoria
Dirección
Celdas
0

Unidad de Memoria
Dirección
Celdas
0

RAM

RAM

ROM

progr. arranque

262.140

RAM

786.428

1.048.572

ROM

progr. arranque

RAM

Vacío

n

2

- 1

progr. arranque
● El Programa de Arranque funciona en modo Real y modo Núcleo

- accede a los periféricos
- las tablas de páginas de la memoria virtual las crea el SO (no hay SO )

- 1

- 1

n

2

n
2

ROM

(En el caso del PC la ROM contiene, además, SW de E/S (BIOS)).

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ARRANQUE DEL SO
El SO está almacenado en el disco.

Programa cargador

(identificador)

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Disco

Sistema Operativo

● El Programa de Arranque ROM carga el sector de boot del SO y le da

control.

● El boot del SO carga el SO residente y da control al programa de

arranque del SO, que:

• Comprueba el hardware.
• Comprueba el sistema de ficheros.
• Establece las tablas internas del SO, como son las tablas de páginas.

– A partir de este momento se empieza a trabajar con memoria virtual.

• Crea procesos (según el tipo de SO).

– Proceso INIT.
– Procesos o tareas del sistema (demonios).
– Procesos de login (uno por terminal).

0



• Tras la autenticación, el proceso login se convierte en shell.

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ACTIVACIÓN DEL SO

ACTIVACIÓN DEL SO
El SO se activa por interrupciones

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● Solicitudes emitidas por los programas para solicitar servicios al SO.
● Interrupciones producidas por los periféricos.
● Excepciones del SW o del HW.

n Proceso A

i

ó
c
u
c
e
e

j



a

l


a
z
n
a
v
A

Sistema
operativo

Proceso B

Se solicita el SO
Salva el estado del proceso A
Realiza la función pedida

Planificador
Activador

Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máquina
Instrucción de máqu