PDF de programación - Unidad 1: Conceptos generales de Sistemas Operativos

Unidad 1: Conceptos generales

de Sistemas Operativos.

Tema 3: Estructura del sistema operativo.
3.1 Componentes del sistema.
3.2 Servicios del sistema operativo.
3.3 Llamadas al sistema.
3.4 Programas del sistema.
3.5 Estructura del sistema.
3.6 Máquinas virtuales.
3.7 Modelo cliente – servidor.
3.8 Diseño e implementación de sistemas.
3.9 Generación de sistemas.

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3.1 Componentes del sistema:

Sistema grande y complejo:

División en componentes, con sus entradas, salidas y

funciones cuidadosamente definidas:

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3.1 Componentes del sistema:

3.1.1 Gestión de procesos:

Proceso: programa en ejecución.
Necesita de ciertos recursos:

• Tiempo de CPU.
• Memoria.
• Archivos.
• Dispositivos de E/S.
• Puede necesitar también datos de inicialización.

A la finalización de un proceso el SO recupera los

recursos que le había asignado.

Es la unidad de trabajo de un sistema. El sistema consiste

sólo en una colección de procesos.

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3.1 Componentes del sistema:

3.1.1 Gestión de procesos (2):

El SO se encarga de las siguientes actividades

relacionadas con la gestión de procesos:

• Crear y eliminar procesos.
• Suspender y reanudar procesos.
• Proveer mecanismos para la sincronización de procesos.
• Proveer mecanismos para la comunicación de procesos.
• Proveer mecanismos para manejar bloqueos mútuos.

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3.1 Componentes del sistema:

3.1.2 Gestión de la memoria principal:

Memoria principal: almacén de datos de acceso rápido,
que son compartidos por la CPU y los dispositivos de E/S.

Es el único dispositivo de almacenamiento grande que la CPU

puede direccionar y acceder directamente.

Las instrucciones deben estar en la MP para que la CPU
pueda ejecutarlas (es preciso cargar los programas en MP).
El SO se encarga de las siguientes actividades relacionadas

con la gestión de memoria:

• Saber qué partes de la memoria se están usando, cuáles están

libres y quién las está usando.

• Decidir qué procesos cargar en la memoria.
• Asignar y liberar espacio de memoria.

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3.1 Componentes del sistema:

3.1.3 Gestión de archivos:

Archivo: conjunto de información relacionada,

generalmente programas y datos. Se organizan en directorios
para hacer su uso más sencillo. Cuando varios usuarios tienen
acceso a los archivos, se debe controlar quién y de qué modo
accede a ellos.

El SO se encarga de las siguientes actividades relacionadas

con la gestión de archivos:
• Crear y eliminar archivos.
• Crear y eliminar directorios.
• Proveer las primitivas para manejo de archivos y directorios.
• Establecer la correspondencia archivo-almacenamiento

secundario.

• Guardar los archivos en almacenamientos no volátiles.

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3.1 Componentes del sistema:

3.1.4 Gestión del sistema E/S:

Se trata de un conjunto de dispositivos muy variados y

complejos de programar.

El SO se encarga de las siguientes actividades relacionadas

con la gestión del sistema E/S:

• Proporcionar una interfaz uniforme para el acceso a los

dispositivos.

• Proporcionar manejadores para los dispositivos concretos.
• Tratar automáticamente los errores más típicos.
• Para los dispositivos de almacenamiento, usar cachés.
• Para los discos, planificar de forma óptima las peticiones.

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3.1 Componentes del sistema:

3.1.5 Gestión de almacenamiento secundario:

Almacenamiento no volátil, casi todos los programas

(compiladores, ensambladores, rutinas de ordenación,
editores y formateadores) se guardan en disco hasta que se
cargan en memoria.

El SO se encarga de las siguientes actividades relacionadas

con la gestión de discos:

• Administración del espacio libre.
• Asignación del almacenamiento.
• Planificación del disco.

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3.1 Componentes del sistema:

3.1.6 Trabajo con redes:

Sistema distribuido: colección de procesadores con sus

propios recursos locales (memoria local, reloj) y que se
comunica con otros procesadores conectados mediante una
red.

Objetivos del SO:

• Proporcionar primitivas (de comunicación) para conectarse con
equipos remotos y acceder de forma controlada a sus recursos.

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3.1 Componentes del sistema:

3.1.7 Sistema de protección:

Es preciso proteger a un proceso de los demás, ya que el
sistema de computación admite múltiples usuarios y la
ejecución concurrente de procesos.

Protección: Mecanismo para controlar el acceso de

programas, procesos o usuarios a los recursos definidos por
un sistema de computador.

La protección puede mejorar la confiabilidad mediante la

detección de errores.

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3.1 Componentes del sistema:

3.1.8 Sistema de interpretación de órdenes:

Interfaz entre usuario y sistema operativo. Para que un

usuario pueda dialogar directamente con el SO, se
proporciona una interfaz de usuario básica para:

• Cargar programas.
• Abortar programas.
• Introducir datos a los programas.
• Trabajar con archivos.
• Trabajar con redes.

Ejemplos: JCL en sistemas por lotes, COMMAND.COM en MS-

DOS, shell de UNIX.

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3.2 Servicios del sistema operativo:

Servicios a los programas y a sus usuarios:

Ejecución de programas.
Operaciones de E/S.
Manipulación del sistema de archivos.
Comunicaciones: entre procesos y de red.
Detección de errores.

Asegura el funcionamiento eficiente del sistema:
Asignación de recursos: varios usuarios – varios trabajos.
Contabilización: qué usuarios usan qué recursos.
Protección: controlar accesos a los recursos.
Seguridad: cada usuario debe identificarse.

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3.3 Llamadas al sistema:

Interfaces con los servicios del sistema operativo:

Para el programador: llamadas al sistema en lenguaje

máquina o en alto nivel.

Para el usuario:

• Intérprete de órdenes.
• Programas del sistema.

El SO ofrece una gama de servicios a los programas, que

acceden a ellos mediante llamadas al sistema.

Son la interfaz entre el programa en ejecución y el SO.
Única forma en la que un programa puede solicitar

operaciones al SO.

Ejemplo de llamadas al sistema:

UNIX: fd = open (“mifichero”, O_RDONLY);

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3.3 Llamadas al sistema:

Implementación de las llamadas al sistema:

¿Cómo se implementa la llamada?

• Habitualmente, mediante una instrucción especial de la máquina

(syscall, int, trap, ...).

• La instrucción cambia automáticamente a modo privilegiado.
• Si programamos en un lenguaje de alto nivel escribimos la
llamada al sistema como una subrutina, y el compilador la
sustituye por la instrucción de máquina correspondiente.

Muchas llamadas necesitan parámetros ¿cómo los pasamos al

SO?:

• Usando registros de la máquina.
• En una tabla en memoria principal.
• Poniéndolos en la pila (stack):

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3.3 Llamadas al sistema:

Tipos de llamadas al sistema:

Control de procesos:

• Fin, abortar, cargar, ejecutar, crear, finalizar, obtener y
establecer atributos, espera, asignar y liberar memoria.

Manipulación de archivos:

• Crear y eliminar archivo, abrir y cerrar, leer, escribir,

reposicionar, obtener y establecer atributos.

Manipulación de dispositivos:

• Solicitar y liberar, leer, escribir, reposicionar, obtener y
establecer atributos, conectar y desconectar dispositivos.

Mantenimiento de información:

• Obtener y establecer hora, fecha, datos del sistema, atributos de

un proceso, archivo o dispositivo.

Comunicaciones:

• Crear, eliminar conexiones; enviar y recibir mensajes, ...

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3.4 Programas del sistema:

El entorno del SO provee de utilidades básicas para:

Manipular ficheros.
Editar documentos.
Proporcionar un entorno de trabajo.
Desarrollar programas (compiladores, enlazadores, etc.).
Comunicarnos con otros equipos (telnet, ftp, ssh, etc).

Núcleo (kernel) del SO:

Software que reside permanentemente en memoria y que

atiende las llamadas al sistema y demás eventos básicos.

Distinquiremos entre el núcleo y los programas del sistema

(que son los que utilizan los servicios del núcleo).

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3.5 Estructura del sistema:

En principio se pensó en una estructura que proporcionara
máxima funcionalidad en el mínimo espacio, por lo que no
había una buena separación entre interfaces y niveles de
funcionalidad.

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3.5 Estructura del sistema:

Estructura del sistema UNIX:

2 partes separables: el núcleo (que se divide en interfaces y

controladores de dispositivos) y los programas del sistema.

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3.5 Estructura del sistema:

En su interior, un SO posee una cierta estructura, una

organización:

Bloque único y sólido de servicios (si