PDF de programación - Introducción y Conceptos básicos

SISTEMAS OPERATIVOS:
INTRODUCCIÓN A LOS
SISTEMAS OPERATIVOS

Introducción y conceptos básicos

ADVERTENCIA

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¨ Este material es un simple guión de la clase: no son

los apuntes de la asignatura.

¨ El conocimiento exclusivo de este material no
garantiza que el alumno pueda alcanzar los
objetivos de la asignatura.

¨ Se recomienda que el alumno utilice los materiales

complementarios propuestos.

Sistemas Operativos - Curso 2008/2009

Objetivos

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¨ Comprender de forma global la estructura y

funcionamiento del computador.

¨ Recordar los elementos del computador que tienen

impacto en el sistema operativo.

¨ Comprender qué es un Sistema Operativo.
¨ Conocer los principales componentes del Sistema

Operativo.

¨ Comprender el proceso de arranque del sistema

operativo.

Sistemas Operativos - Curso 2008/2009

Contenido

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1.

¿Por qué estudiar SSOO?
Estructura y funcionamiento de un computador.

2.
3. Concepto de sistema operativo. Componentes y

estructura del sistema operativo.

4. Arranque y activación del Sistema Operativo.

Sistemas Operativos - Curso 2008/2009

¿Por qué hay que saber de SS.OO.?

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a)

b)

El SO, sus peculiaridades internas, influye de
mucho en el funcionamiento general, en la
seguridad y/o rendimiento del computador
La importancia de la elección de un determinado
SO para una empresa es cada día mayor, casi
estratégica

c) Conocer el funcionamiento del SO es fundamental

para desarrollar aplicaciones que obtengan
buenas prestaciones y para comprender la causa
de muchos problemas.

Sistemas Operativos - Curso 2008/2009

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Para comprender el funcionamiento del
sistema
¨ ¿Qué SO aprovecha mejor las capacidades de mi sistema?
¨ ¿El SO soporta todos los dispositivos que pretendo conectar al

computador? Si no lo hace, ¿qué se puede hacer?

¨ ¿Es lo suficientemente seguro para el entorno en el que ha de

integrarse?

¨ ¿Mi/s aplicación/es correrá/n “suavemente” sobre el SO

elegido? ¿Cómo se adaptará a mi carga de trabajo concreta?

Sistemas Operativos - Curso 2008/2009

Para poder elegir adecuadamente

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¨ ¿Es fácil encontrar administradores para este SO? ¿La

administración es una tarea “oscura” y exclusiva de personal
ultra-especializado?

¨ ¿Qué soporte tiene el SO? ¿Con qué frecuencia se publican

parches y mejoras?

¨ Aparte del coste ¿Qué expectativas de futuro tiene?

Hay que
proteger la
inversión

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Para desarrollar software con buenas
prestaciones

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¨ Cuando se desarrolla software se debe recurrir a
los servicios del SO para realizar muchas tareas.
¤ ¿Qué servicios ofrece mi SO y cómo puedo invocarlos?

¨ Para aprovechar las nuevas arquitecturas es

esencial el desarrollo de aplicaciones multi-hilo.
¤ ¿Cómo se desarrolla una aplicación multi-hilo para mi

SO?

Sistemas Operativos - Curso 2008/2009

Un ingeniero debe ser

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AGNÓSTICO EN

SISTEMAS OPERATIVOS

Sistemas Operativos - Curso 2008/2009

Contenido

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¿Por qué estudiar SSOO?

1.
2. Estructura y funcionamiento de un computador.
3. Concepto de sistema operativo. Componentes y

estructura del sistema operativo.
4. Servicios del sistema operativo.
5. Arranque y activación del Sistema Operativo.

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Tarea 1.1

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¨ Lea el capítulo 1 del libro [Carretero 2007].

¤1. Conceptos Arquitectónicos del Computador.

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Contenido

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1.

¿Por qué estudiar SSOO?
Estructura y funcionamiento de un computador.

2.
3. Concepto de sistema operativo. Componentes y

estructura del sistema operativo.

4. Arranque y activación del Sistema Operativo.

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¿Qué es un sistema operativo?

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¨ Programa que actúa de intermediario entre el

usuario del computador y el hardware.

¨ Objetivos:

¤ Ejecutar programas.
¤ Hacer un uso eficiente de los recursos.
¤ Proporcionar visión de máquina virtual extendida.

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Funciones del sistema operativo

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¨ Gestor de recursos (UCP, memoria, ...)
¤ Asignación y recuperación de recursos
¤ Protección de los usuarios
¤ Contabilidad/monitorización
¤ Soporte de usuario

¨ Máquina extendida (servicios)

¤ Ejecución de programas (procesos)
¤ Órdenes de E/S
¤ Operaciones sobre archivos
¤ Detección y tratamiento de errores

¨ Interfaz de usuario

¤ Shell

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Niveles del sistema operativo

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¨ El SO está formado

conceptualmente por 3
capas principales:
¤ Núcleo o Kernel
¤ Servicios o llamadas al

sistema

¤ Intérprete de mandatos o

shell

Usuarios

Programas  de  Usuario

Intérprete  de  mandatos  o

Shell

Capa  de  Servicios  (llamadas  al  sistema)

Núcleo  o  Kernel

Hardware

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Estructura  conceptual  del  SO

Estructura conceptual

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¨ Modos de ejecución:

¤ Modo usuario: Ejecución de procesos de usuario.
¤ Modo supervisor o núcleo: Ejecución del núcleo del SO.
¨ Los procesos y el SO utilizan espacios de memoria

separados.

¨ Cuando un proceso necesita un servicio lo solicita al

SO mediante una llamada al sistema.
¤ El sistema operativo entra en ejecución para realizar la

función solicitada.

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Componentes del Sistema Operativo

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Un SO puede ofrecer varias API

simultáneamente

Usuarios

Y disponer de varios
interpretes de mandatos

Programas  de  Usuario

Shell  1

Shell  2

Shell  3

API  Win32

API  POSIX

Otra  API

Gestión  de
procesos

Gestión  de
memoria

Gestión  de

E/S

Gestión  del

Sist.

Archivos
Núcleo  o  Kernel

Seguridad  y
Protección

Comunicación

y

Sincronización

Hardware

Componentes  de  un  SO

Manejo de
archivos y
directorios

Identificar
usuarios y
capacidades

Mecanismos

Comunicación y
Sincronización

Creación,
Manejo de
Interactúa directamente con el Hardware
Planificación
dispositivos
Destrucción
periféricos
Funciones básicas de gestión del procesador,
de la memoria y de las interrupciones

Asignación
Liberación

Control

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Alternativas de estructura

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Sistemas
Operativos

Monolíticos

Estructurados

Por capas

Cliente/servidor

Sistemas Operativos - Curso 2008/2009

Sistemas Operativos Monolíticos

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¨ No hay una estructura clara y bien definida.
¨ Todo el código del SO está enlazado como un único ejecutable

(un solo espacio de direcciones) que se ejecuta en modo
“núcleo”.

¨ El código presenta cierta organización pero internamente no

existe ocultación de información entre los distintos módulos,
pudiéndose llamar unos a otros sin restricciones

¨ Aunque es más eficiente en su funcionamiento, su desarrollo y

mantenimiento es muy complejo.

¨ Ejemplos:

¤ Todos los SO hasta los 80, incluido UNIX
¤ MS-DOS y variantes actuales de UNIX: Solaris, Linux, AIX, HP-UX,...

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Sistemas Operativos estructurados por
capas

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¨ El sistema se organiza como un conjunto de capas superpuestas, cada una

con una interfaz clara y bien definida

¨ Cada capa se apoya en los servicios de la inmediatamente inferior para

realizar sus funciones

¨ Las ventajas son la modularidad y la ocultación de la información, que

facilita mucho el desarrollo y la depuración de cada capa por separado.

¨ Esta estructura, sin embargo, no resulta tan eficiente porque una

determinada operación en la capa superior implica realizar múltiples
llamadas desde el nivel superior hasta el inferior.

¨ Dificultad a la hora de distribuir las distintas funciones del SO entre las

distintas capas

¨ Ejemplos:

¤ THE
¤ OS/2

Sistemas Operativos - Curso 2008/2009

Sistemas Operativos estructurados por
capas

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Capa  5:  Programas  de  usuario

Capa  4:  Gestión  de  la  E/S

Capa  3:  Controlador  de  la  consola

Capa  2:  Gestión  de  memoria

Capa  1:  Planificación  de  la  CPU  y  multiprogramación

Capa  0:  Hardware

Estructura  por  capas  del  sistema  operativo  THE
Sistemas Operativos - Curso 2008/2009

Sistemas Operativos estructurados:
cliente/servidor

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¨ Implementar la mayor parte de los servicios del SO como procesos de usuario,

dejando solo una pequeña parte corriendo en modo núcleo denominada
micronúcleo o microkernel

¨ Hay dudas sobre qué funciones debe implementar realmente el microkernel pero al
menos: interrupciones, gestión básica de procesos y memoria y servicios básicos de
comunicación

¨ Ventajas

¤ Muy flexible. Cada servidor puede desarrollarse y depurarse más fácilmente al tratarse

de programas pequeños y especializados.

¤ Es fácilmente extensible a un modelo distribuido

¨ Desventajas

¤ Sobrecarga en la ejecución de los servicios

¨ Ejemplos:

¤ Minix y Amoeba (Tanenbaum)
¤ Mac OS y Windows NT, aunque en realidad los servicios se ejecutan en espacio kernel

para no penalizar el rendimiento → ¿Microkernel?

Sistemas Operativos - Curso 2008/2009

Sistemas Operativo estructurados:
cliente/servidor

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Procesos
clientes

Programa  de

Usuario

Programa  de

Usuario

API

API

Procesos
Servidores

Servidor
de  la  E/S

Servidor

de

archivos  y
directorios

Servidor

de

Seguridad

Servidor

de

Comunica
-­ciones

Servidor

Servidor

Procesos

memoria

de

de

Micronúcleo

Hardware

Estructura  cliente-­servidor  en  un  sistema  operativo

Sistemas Operativos - Curso 2008/2009

Clasificación de Sistemas Operativos

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¨ Número de procesos

simultáneos:
¤ Monotarea.
¤ Multitarea.

¨ Modo de interacción:

¤ Interactivo.
¤ Por lotes (batch).

¨ Número de usuarios

simultáneos:
¤ Monousuario.
¤ Multiusuario.

¨ Número de procesadores:

¤ Monoprocesador.
¤ Multiprocesador.

¨ Número de hilos (threads):

¤ Monothread.
¤ Multithread.
¨ Tipo de uso:

¤ Cliente.
¤ Servidor.
¤ Empotrado.
¤ Tiempo real.

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Contenido

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1.

¿Por qué estudiar SSOO?
Estructura y funcionamiento de un computad