PDF de programación - 3. Sistemas operativos - Informática

Definici´on de sistema operativo
Procesos
Sistema de ficheros
Interfaces de usuario

3. Sistemas operativos

Inform´atica

Ingenier´ıa en Electr´onica y Autom´atica Industrial

Ra´ul Dur´an D´ıaz

Juan Ignacio P´erez Sanz

Departamento de Autom´atica
Escuela Polit´ecnica Superior

Curso acad´emico 2016–2017

Ra´ul Dur´an D´ıaz, Juan Ignacio P´erez Sanz

3. Sistemas operativos

Rev: 1.22

Definici´on de sistema operativo
Procesos
Sistema de ficheros
Interfaces de usuario

Contenidos

1 Definici´on de sistema operativo

2 Procesos

3 Sistema de ficheros

4

Interfaces de usuario

Ra´ul Dur´an D´ıaz, Juan Ignacio P´erez Sanz

3. Sistemas operativos

Rev: 1.22

Definici´on de sistema operativo
Procesos
Sistema de ficheros
Interfaces de usuario

Objetivos
Definiciones b´asicas

Objetivos

Comprender el concepto de sistema operativo y su utilidad.

Ser capaz de describir los diferentes elementos de que consta
y comprender su importancia.

Entender el concepto de proceso en el contexto de los
sistemas operativos.

Entender el concepto de sistema de ficheros.
Ser capaz de utilizar los comandos b´asicos de Linux,
manejando la entrada/salida est´andar y los comandos
concatenados.

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Procesos
Sistema de ficheros
Interfaces de usuario

Objetivos
Definiciones b´asicas

¿Qu´e es un sistema operativo?

Definici´on
Un sistema operativo es un programa (o conjunto de programas)
de control que tiene por objeto facilitar el uso del computador y
conseguir que este uso sea eficiente.

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Procesos
Sistema de ficheros
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Objetivos
Definiciones b´asicas

Misiones del sistema operativo

El sistema operativo proporciona dos servicios fundamentales:

extiende las instrucciones de la m´aquina base;

media en los conflictos entre procesos a causa de los recursos.

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Definici´on de sistema operativo
Procesos
Sistema de ficheros
Interfaces de usuario

Objetivos
Definiciones b´asicas

M´aquina extendida u operativa

El sistema operativo esconde detalles demasiado finos como
para que el programador deba ocuparse de ellos.

Por ejemplo: c´omo se maneja la cabeza de lectura/escritura de
un disco magn´etico.

Presenta al usuario-programador una ((m´aquina virtual)) que se
maneja de modo mucho m´as sencillo.
Esa ((m´aquina virtual)) est´a normalmente estandarizada, de
manera que un mismo programa puede valer para sistemas
operativos distintos si estos ofrecen al usuario-programador la
misma interfaz est´andar.

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Procesos
Sistema de ficheros
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Objetivos
Definiciones b´asicas

M´aquina extendida u operativa

La ((m´aquina virtual)) extiende el repertorio est´andar de
instrucciones por medio de los llamados system calls o
servicios del sistema.
Esos servicios del sistema pueden verse como ((instrucciones
extendidas)) que permiten al programador ampliar sus
posibilidades a la hora de programar.

Los servicios del sistema constituyen la “interfaz” entre el
programador y el sistema operativo.
Los servicios del sistema se dividen en dos categor´ıas
esenciales:

los que manejan procesos;
los que manejan el sistema de ficheros.

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Objetivos
Definiciones b´asicas

M´aquina extendida u operativa

Figura: Posici´on relativa de las m´aquinas

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SistemaOperativoCompiladoresEditoresIntérpretedecomandosInstruccionesenlenguajemáquinanivelmáquinarealnivelmáquinaextendidanivelmáquinasimbólica Definici´on de sistema operativo
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Interfaces de usuario

Objetivos
Definiciones b´asicas

Administrador de recursos

La segunda misi´on importante del sistema operativo es actuar
como ´arbitro entre los distintos usuarios para manejar los
recursos limitados del sistema.

Ejemplo
Si varios programas quieren escribir en una impresora, hay que
arbitrar los medios para que lo hagan en serie, uno detr´as de otro,
y que no se obstaculicen mutuamente.

Ejemplo
Mientras un proceso espera un dato del disco, otro puede usar la
capacidad de c´omputo del procesador.

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Procesos
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Definiciones
Estructura
Planificaci´on

Procesos

El elemento ejecutivo fundamental de un sistema computador
es el proceso.

Un sistema computador en funcionamiento no es m´as que un
conjunto de uno o m´as procesos en ejecuci´on seg´un diversas
posibles planificaciones temporales.

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Definiciones
Estructura
Planificaci´on

¿Qu´e es un proceso?

Definici´on
Un proceso es, en esencia, un programa en ejecuci´on.

Observaci´on
Podemos ver un proceso como la instanciaci´on din´amica de un
programa. Puede, pues, ocurrir que varios procesos ejecuten (es
decir, instancien) el mismo programa.

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Definiciones
Estructura
Planificaci´on

Elementos de un proceso

Un proceso consta de

un espacio de memoria, estructurado en secciones;
los registros del procesador.

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Definiciones
Estructura
Planificaci´on

Estructura de un proceso

Vista de un proceso en relaci´on a la memoria virtual y registros:

Un proceso necesita manejar
registros de la CPU:

contador de programa $PC.
puntero de pila $SP.
puntero a datos din´amicos $GP.
registro de estado $PSW.

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DatosestáticosInstruccionesReservadoPila$SPDatosdinámicos$GP$PC0DireccionesdememoriacrecientesHuecolibre(variable) Definici´on de sistema operativo
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Interfaces de usuario

Definiciones
Estructura
Planificaci´on

Caracter´ısticas un proceso

Un proceso solo puede ser creado por otro proceso.

Cualquier proceso puede crear a su vez procesos.
Se utilizan dos servicios del sistema para crear nuevos
procesos:

fork: crea una r´eplica del proceso llamante;
exec(p1): pone en ejecuci´on el programa en el archivo
ejecutable p1.

El servicio del sistema exec se ocupa de trasladar el archivo
ejecutable a memoria, d´andole la adecuada estructura a cada
secci´on, para que pueda comenzar la ejecuci´on en el contexto del
nuevo proceso.

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Definiciones
Estructura
Planificaci´on

Estructura de un ´arbol de procesos

Figura: Vista de un ´arbol de procesos

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ABCDEF Definici´on de sistema operativo
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Definiciones
Estructura
Planificaci´on

Arranque (boot) del sistema computador

En el momento de arranque de la m´aquina, hay un solo
proceso en ejecuci´on, responsable de ir creando todos los
dem´as. Este proceso est´a grabado en la imagen de arranque
(boot image).
El arranque del sistema se ejecuta en varios pasos:

Se ejecuta un peque˜no c´odigo almacenado en memoria no
vol´atil que carga un cargador m´as potente y lo pone en
ejecuci´on.
Este segundo cargador carga la imagen del sistema operativo
(boot image) y pone en ejecuci´on el primer proceso de esa
imagen.

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Definiciones
Estructura
Planificaci´on

Estructura de un fichero de imagen ejecutable

Figura: Estructura de un fichero ejecutable

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DatosestáticosInstruccionesCabecerasSímbolosSecciones Definici´on de sistema operativo
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Interfaces de usuario

Definiciones
Estructura
Planificaci´on

Turno en la ejecuci´on de los procesos

El recurso m´as valioso es el procesador.

El procesador solo puede ejecutar un proceso cada vez.

Cuando el proceso en ejecuci´on se bloquea (porque espera un
dato del disco, por ejemplo) el proceso distribuidor suspende
el proceso en curso y selecciona otro que tenga posibilidad de
ejecutarse en ese momento de acuerdo con cierta planificaci´on.

Cada proceso se describe por el espacio de memoria que usa y
por el valor de los registros del procesador en el momento de
la suspensi´on.

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Interfaces de usuario

Definiciones
Estructura
Planificaci´on

Planificaci´on: modo monoprograma

Figura: Planificaci´on en modo monoprogramaci´on

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Procesos
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