PDF de programación - Sistemas Operativos

Sistemas Operativos

Estructura de los sistemas

Curso 2014

operativos

Agenda

 Componentes de un sistema operativo.
 Servicios del sistema operativo (system services).
 Llamados a sistema (system calls).
 Estructura del sistema.
 Máquinas virtuales

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Componentes del sistema operativo

 Por su complejidad un sistema operativo debe ser, en su diseño,

modularizado en varios componentes:
– Administración de procesos.
– Administración de memoria.
– Subsistema de Entrada/Salida.
– Administración de almacenamiento secundario.
– Subsistema de archivos.
– Subsistema de red.
– Sistema de protección.

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Administración de procesos: Proceso

 Un programa en la memoria + CPU + acceso a dispositivos + recursos

 Un programa es una entidad pasiva, mientras que un proceso es una

constituyen un proceso.

entidad activa.

 Cada proceso cuenta con un contador de programa (PC program counter)

que determina la próxima instrucción de código a ejecutar.

 El proceso necesita de ciertos recursos (CPU, memoria, archivos, y

dispositivos de E/S) para realizar su tarea.

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Administración de procesos

 El sistema albergará muchos procesos compitiendo por los recursos y será
el responsable de proveer de medios o servicios para que realicen su tarea:
– Crear y destruir procesos.
– Suspensión y reanudación de procesos.
– Proveer mecanismos para la cooperación (sincronización) y comunicación entre

– Proveer mecanismos para prever la generación de dead-locks o lograr salir de

los procesos.

ellos.

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Administración de memoria

 La memoria principal es un arreglo de palabras o bytes.
 Es un repositorio de datos de rápido acceso compartido por los CPUs y los

dispositivos.

 La memoria es un área de almacenamiento común a los procesadores y

dispositivos del sistema dónde se almacenan programas, para su
ejecución, y datos.

 La vinculación de las direcciones de los programas a direcciones de

memoria es fuertemente dependiente del hardware igual que la posibilidad
de reubicación.

 El sistema deberá administrar el lugar libre y ocupado, decidir que proceso

podrá comenzar cuándo es cargado en memoria.

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Administración de memoria

 Para lograr la multiprogramación es necesario mantener varios programas

 Existen varios esquemas para la administración de la memoria y requieren

en memoria al mismo tiempo.

distinto soporte del hardware.

 El sistema operativo es responsable de las siguientes tareas:

– Mantener que partes de la memoria están siendo utilizadas y por quién.
– Decidir cuales procesos serán cargados a memoria cuando exista espacio de

memoria disponible.

– Asignar y quitar espacio de memoria según sea necesario.

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Subsistema de entrada/salida

 El sistema operativo deberá encapsular y ocultar las características

específicas de los diferentes dispositivos de almacenamiento y ofrecer
servicios comunes para todos los medios de almacenamiento.

 Para ello proveerá de:

– Un conjunto de servicios que provean la interfase con el subsistema e

implementen técnicas de cache, buffering y spooling.

– Una interfase cliente con el sistema operativo para los manejadores de
dispositivos o device drivers que permitirá interactuar (mediante cargas
dinámicas o no) con cualquier modelo de dispositivo.

– Device drivers específicos.
– Montaje y desmontaje (Mount/Dismount) de dispositivo.

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Administración de almacenamiento secundario

 La memoria principal es volátil y demasiado pequeña para guardar todos

los datos y programas que son necesarios para el funcionamiento del
sistema.

 La mayoría de los sistemas actuales utilizan discos como principal medio

para guardar toda la información.

 El sistema operativo es responsable de las siguientes actividades en

administración de almacenamiento secundario:
– Administrar el espacio libre.
– Asignación del lugar de la información.
– Algoritmos de planificación de disco.

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Subsistema de archivos

 Proporciona una vista uniforme de todas las formas de almacenamiento en
los diferentes dispositivos implementando el concepto de archivo como una
colección arbitraria de bytes u otras clases o organizaciones más
sofisticadas.

 Implementará los métodos de:
– Abrir, cerrar, extender archivos
– Leer, escribir archivos
– Crear y borrar directorios

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Red

 En un sistema distribuido (no se comparten físicamente memoria ni

dispositivos) los conjuntos de procesos interactúan a través de un canal de
comunicación en el contexto de una red de comunicación.

 En general se generaliza el concepto de dispositivo virtual implementando

un manejador (driver) que encapsula el acceso a dispositivos remotos.

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Sistema de protección

 En un sistema multiusuario donde se ejecutan procesos en forma

concurrente se deben tomar medidas que garanticen la ausencia de
interferencia entre ellos.

 Por protección nos referimos a los mecanismos por los que se controla al

acceso de los procesos a los recursos.

 El mecanismo debe incorporar la posibilidad de definir reglas de acceso y

asegurar su verificación en toda ocasión que corresponda.

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Servicios del SO

 El sistema brindará un entorno de ejecución de programas dónde se

dispondrá de un conjunto de servicios que serán accesible mediante una
interfase bien definida.

 Servicios básicos que debe brindar un sistema operativo:

– Ejecución de programas.
– Operaciones de Entrada/Salida.
– Manipulación de sistemas de archivos.
– Comunicación entre procesos.
– Manipulación de errores (excepciones).

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Ejecución de programas

 El sistema debe ser capaz de cargar un programa a memoria y ejecutarlo.
 El programa deberá poder en algún momento finalizar su ejecución, ya sea

de forma normal o anormal (indicando un error).

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Operaciones de entrada/salida

 Un programa en ejecución necesitará de operaciones de Entrada/Salida

para acceder a un archivo o dispositivo.

 Por eficiencia y protección los usuarios no accederán directamente al

dispositivo.

 El sistema deberá proveer un mecanismo de acceso.

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Manipulación del sistema de archivos

 Se deberá proveer acceso al sistema de archivos.
 Las operaciones mínimas serán:

– Crear, borrar, leer, escribir, abrir, cerrar

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Comunicación entre procesos

 Es deseable que los procesos puedan comunicarse.
 Se deberá proveer mecanismos de comunicación entre ellos ya sea que
estén en el mismo computador (a través de memoria compartida), o en
diferentes computadores (a través de transferencias de paquetes de red
entre los sistemas operativos involucrados).

 También debe permitir la sincronización de procesos que trabajan en

conjunto.

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Detección de errores

 El sistema deberá tomar decisiones adecuadas ante eventuales errores

que ocurran y proveer una interfaz para manejarlos.

 Ejemplos:

– Fallo en un dispositivo de memoria.
– Fallo en la fuente de energía.
– Fallo en un programa.

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Servicios del SO

 Otros servicios de propósito general que deberá brindar el sistema

operativo son:
– Asignación de recursos.
– Contabilización.
– Protección, manejo de usuarios y permisos.

 Una vez que están definidos los servicios que brindará el sistema operativo,

se puede empezar a desarrollar la estructura del sistema.

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Llamados al sistema

 Los llamados al sistema (system calls) son una interfaz, provista por el

núcleo, para que los procesos de usuarios accedan a los diferentes
servicios que brinda el sistema operativo.

 Al principio los system calls estaban desarrollados en lenguaje de la

arquitectura de la máquina.

 En los sistemas modernos están programados en lenguajes de

programación de alto nivel como C o C++.

 Los servicios son invocados por los procesos en modo usuario, cuando
ejecutan lo hacen en modo monitor, y al retornar vuelven al modo usuario.
 Típicamente a los system calls se les asocia un número que los identifica

(en Linux son aproximadamente 350).

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Llamados al sistema

 La llamada a un system call incluye las siguientes tareas:

– Cargar los parámetros en el lugar adecuado (stack o registros).
– Cargar el número de system call en algún registro específico (Ej: eax en Intel).
– Invocar a la interrupción por software (trap) adecuada (system call handler).
– El hardware cambia el bit de modo a monitor e invoca al manejador de la
interrupción que controla que el número de system call pasa