PDF de programación - 1. Introducción a los Sistemas Operativos

1. Introducción a los Sistemas Operativos



1. Introducción


Un Sistema operativo es un programa que administra el hardware de una computadora.
También proporciona las bases para los programas de aplicación, y actúa como
intermediario entre el usuario y el hardware. Estas tareas, pueden ser llevadas a cabo de
varias formas, lo que permite que algunos sistemas Operativos se diseñen para ser
prácticos, otros eficientes y otros para ser ambas cosas.

Dado que un sistema operativo es un software grande y complejo, debe crearse pieza
por pieza. En este curso veremos, entre otras cosas, una introducción a los principales
componentes de un sistema operativo.


2. ¿Qué hace un sistema Operativo?


Un sistema informático puede dividirse en cuatro componentes: el hardware, el sistema
Operativo, los programas de aplicación, y los usuarios. El Sistema operativo controla y
coordina el uso del hardware entre los diversos programas de aplicación por parte de los
distintos usuarios.

También podemos ver un sistema informático como hardware, software y datos. El
sistema operativo proporciona los medios para hacer un uso adecuado de estos recursos
durante el funcionamiento del sistema informático.


3. Definición Sistema Operativo


Un sistema operativo es un programa, o conjunto de programas que torna amigable,
eficiente y productivo el uso de un computador (hardware), permitiendo la ejecución
aplicaciones de usuario. Es el intermediario entre las aplicaciones de usuario y el
hardware.



Metas:

• Brindar un ambiente de realización y ejecución de aplicaciones
• Proveer un entorno sin interferencias a cada usuario (interferencia: Lo que un
usuario modifica en su entorno, no interfiera ni modifique lo de otro usuario)

• Administrar en forma equitativa los recursos(hardware y software)
• Hacerlo de la forma mas amigable e intuitiva posible

Todas las aplicaciones de usuario requieren un conjunto común de operaciones que son
incorporadas al sistema operativo.



Tareas principales:

•

Implementar diferentes entornos para diferentes usos (interfaz grafica, shells,
tipo web, etc)

• Proveer una o más interfaces con el usuario.
• Proveer a las aplicaciones un conjunto de servicios(a través de los “system

services”)

• Eficiencia y equidad en la administración de recursos.



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Se Puede decir que el Sistema operativo es un:

• Administrador de recursos. Sus tareas consiste en administrar los recursos
disponibles y decidir como asignar estos recursos según los pedidos y
asignaciones que tenga.
• Programa de Control: Controla la ejecución de los programas para la prevención
de errores y mal uso del sistema.



Frecuentemente la porción residente (el código incambiable. Cuanto más código
incambiable, más inflexible es) del propio sistema operativo se denomina núcleo del
sistema (Kernel).


4. Evolución histórica de los Sistemas Operativos


SISTEMAS BATCH Ó POR LOTES (70’ y comienzos de los 80’):


En las primeras épocas los sistemas eran grandes y costosos. Constaban de una
entrada de trabajos y una salida impresa, por lo cual la interacción con el usuario
era prácticamente nula. Las principales características eran que el sistema
soportaba de un único trabajo a la vez, y que las tareas relacionadas se
agrupaban en conjuntos o lotes, para su procesamiento más eficiente.
A comienzos de los 80’, utilizando las técnicas de Spooling (proceso mediante el
cual la computadora introduce trabajos en un buffer, de manera que un
dispositivo pueda acceder a ellos cuando esté listo) y multiprogramación
(ejecución de múltiples tareas compartiendo recursos) se pudo comenzar a
desarrollar técnicas de planificación de despacho.
Esta técnica consistía en seleccionar un lote de trabajos que estaban en memoria
secundaria para cargarlos en memoria principal. Luego, el SO seleccionaba uno
de ellos para ejecutar, y si este debía esperar por alguna tarea (por ejemplo
ejecución de E/S) el sistema elegía otro del lote para utilizar el procesador.
Esto, incrementó el uso del procesador.



SISTEMAS DE TIEMPO COMPARTIDO (Fines 80’):

Estos Sistemas eran multiusuarios. Ejecutaban programas de forma concurrente
con una elevada tasa de despacho de procesador (cambio de contexto), de forma
tal de permitir a los usuarios que interactúen directamente con el sistema como
si fueran su único usuario.
La necesidad de acceder y actualizar datos de forma concurrente, creo la
necesidad de evolucionar el sistema de archivos a uno multiusuario,
incorporando técnicas de protección de accesos.



SISTEMAS PARA COMPUTADORES PERSONALES (80’):

Con costos de hardware decrecientes, fue posible el diseño y uso de
computadores personales. Los Sistemas fueron diseñados en base a que serían
utilizados por un único usuario, y todo el énfasis en el desarrollo estuvo en
mejorar la interacción con el usuario. Se desarrolló la interfaz de ventanas que
conocemos hoy.


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SISTEMAS PARALELOS (comienzos 90’) :


Son Sistemas donde se dispone de más de un procesador, permitiendo ejecución
simultánea y sincronizada de procesos. Se Clasifican en:

• Altamente integrados: “tightly coupled”. Son sistemas en donde los

canales de interconexión son de alta velocidad. (bus común o memoria
compartida)

• Poco Integrados: “closely coupled”. Son sistemas en donde los canales

de interconexión son de baja velocidad (sistemas en red)



Veamos ahora otra clasificación de los Sistemas paralelos:

• Asimétricos: Se designa un CPU (master) para ejecutar el código del núcleo,

para no lidiar con la concurrencia, los demás (slaves) ejecutaran lo que éste les
designe.

• Simétricos: Todos los procesadores son considerados iguales, el código del

núcleo se dispone en memoria común y es ejecutado por cualquier procesador.


Y otra clasificación más:

• UMA (Uniform Memory Access): Cada CPU accede a cualquier lugar de la

memoria en el mismo tiempo.

• NUMA (Non-Uniform Memory Access): Los CPU tienen áreas de memoria a

las que acceden más rápido que el resto.



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Veamos ahora una clasificación de Arquitecturas (Taxonomía de Flynn):

o SISD (Single Instruction, Single Data): Arquitectura secuencial, por

ende no hay paralelismo; son arquitecturas monoprocesadores.

o SIMD (Single Instruction, Multiple Data): Son sistemas que ejecutan

la misma instrucción sobre un conjunto de datos (Arquitectura
vectorial).

o MISD (Multiple Instruction, Single Data): Paralelismo redundante.
o MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data): Varios procesadores
autónomos que ejecutan en forma simultanea varias instrucciones
sobre datos diferentes (puede ser memoria compartida: escalan poco,
acceso a memoria es cuello de botella; memoria distribuida: escalan a
miles de procesadores, conectados en una red de alta velocidad)



Como ejemplo de sistemas computacionales que utilizan sistemas paralelos tenemos los
clusters. Estos son sistemas en la cual participan varias computadoras. Los Clusters
brindan alta disponibilidad (mantiene una serie de servicios, a pesar de posibles
fallos), alto rendimiento (en cuanto a capacidad de cálculo) y balance de carga (técnica
usada para compartir el trabajo a realizar entre varios procesos, ordenadores, etc)
Se Clasifican en:
• Simétricos: Todos los nodos ejecutan tareas y asumen las de otros ante fallas.
• Asimétricos: Nodos primarios ejecutan tareas y nodos secundarios esperan fallas.



SISTEMAS DE TIEMPO REAL:
Son sistemas en los cuales todo resultado debe producirse en un cierto tiempo. De lo contrario
se considera que el sistema ha fallado.



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