PDF de programación - Fundamentos de Sistemas Operativos

FUNDAMENTOS DE SISTEMAS OPERATIVOS

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

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INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ECONÓMICAS

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FACULTAD DE INGENIERÍA

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FUNDAMENTOS DE

SISTEMAS OPERATIVOS

Gunnar Wolf
Esteban Ruiz

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ECONÓMICAS

FACULTAD DE INGENIERÍA

Esta investigación, arbitrada por pares académicos, se privilegia con el aval de la institución editora.

Fundamentos de sistemas operativos / Gunnar Wolf [y tres más]. – Primera edición. – México D.F. : Universidad
Nacional Autónoma de México, Instituto de Investigaciones Económicas : Facultad de Ingeniería, 2015.
367 p. : ilustraciones ; 28 cm.

Bibliografía: páginas 359-367
ISBN 978-607-02-6544-0

1. Sistemas operativos (Computadoras). 2. Sistemas de software. 3. Organización de archivos (Informática).
I. Wolf, Gunnar, autor. II. Universidad Nacional Autónoma de México. Instituto de Investigaciones Económi-
cas. III. Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Ingeniería.

005.43-scdd21

Primera edición
8 de abril de 2015

Biblioteca Nacional de México

D. R. © UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

Ciudad Universitaria, Coyoacán, 04510, México D.F.
INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ECONÓMICAS
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Ciudad de la Investigación en Humanidades 04510, México D.F.
FACULTAD DE INGENIERÍA
Av. Universidad 3000
Ciudad Universitaria 04510, México D.F.

ISBN 978-607-02-6544-0

Diseño de portada: Victoria Jiménez
Diseño de interiores y formación: Gunnar Wolf
Corrección y cuidado de la edición: Marisol Simón

Impreso y hecho en México

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Índice general

Presentación

1. Punto de partida

1.1.1.

. . . . . .

. . . . . .
. . .

1.1. ¿Qué es un sistema operativo? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
¿Por qué estudiar los sistemas operativos? . . . . . . . .
1.2. Funciones y objetivos del sistema operativo . . . . . . . . . . . .
1.3. Evolución de los sistemas operativos . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.1. Proceso por lotes (batch processing)
.
1.3.2. Sistemas en lotes con dispositivos de carga (spool)
.
1.3.3. Sistemas multiprogramados . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.4. Sistemas de tiempo compartido . . . . . . . . . . . . . . .
1.4. Y del lado de las computadoras personales . . . . . . . . . . . .
1.4.1. Primeros sistemas para entusiastas . . . . . . . . . . . . .
1.4.2. La revolución de los 8 bits . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4.3. La computadora para fines “serios”: la familia PC . . . .
1.4.4. El impacto del entorno gráfico (WIMP) .
. . .
1.4.5. Convergencia de los dos grandes mercados . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5.1. Reseña histórica . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5.2. Características diferenciadoras . . . . . . . . . . . . . . .
1.6. Seguridad informática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6.1. Código malicioso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7. Organización de los sistemas operativos . . . . . . . . . . . . . .
1.8. Ejercicios .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.8.1. Preguntas de autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.8.2. Lecturas relacionadas

1.5. Dispositivos móviles .

. . . . . . .

.

.

.

.

.

.

.

2. Relación con el hardware
.
.

.

.

Introducción .

2.1.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2. Unidad de procesamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Jerarquía de almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . .
Interrupciones y excepciones . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.1.
2.2.2.

.

5

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43
43
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46

6

ÍNDICE GENERAL

2.7.

. . .

. . . . . . . .

2.3. Las terminales . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4. Dispositivos de almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5. Relojes y temporizadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6. Canales y puentes . .
2.6.1. Contención .
. . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.2. Acceso directo a memoria (DMA) .
. .
Interfaz del sistema operativo: llamadas al sistema . . . . . . . .
2.7.1. Llamadas al sistema, arquitecturas y API
. . . .
2.8. Referencia a los componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.9. Cuando dos cabezas piensan mejor que una . . . . . . . . . . . .
2.9.1. Multiprocesamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.9.2. Cómputo distribuido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.9.3. Amdahl y Gustafson: ¿qué esperar del paralelismo? . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.10.1. Preguntas de autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . .
2.10.2. Temas de investigación sugeridos
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.10.3. Lecturas relacionadas

2.10. Ejercicios .

. . . . .

. . . . .

.

3. Administración de procesos

. . .

Introducción .

3.1. Concepto y estados de un proceso . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.1. Estados de un proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Información asociada a un proceso . . . . . . . . . . . . .
3.1.2.
3.2. Procesos e hilos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1. Los hilos y el sistema operativo . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.2. Patrones de trabajo con hilos . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3. Concurrencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.2. Problema: el jardín ornamental . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.3. Mecanismos de sincronización . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.4. Problema productor-consumidor . . . . . . . . . . . . . .
3.3.5. Bloqueos mutuos e inanición . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.6. Problema de los lectores y los escritores . . . . . . . . . .
3.3.7. La cena de los filósofos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.8. Los fumadores compulsivos . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.9. Otros mecanismos .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4. Bloqueos mutuos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.1. Prevención de bloqueos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.2. Evasión de bloqueos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.3. Detección y recuperación de bloqueos . . . . . . . . . . .
3.4.4. Algoritmo del avestruz . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.1. Preguntas de autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.2. Temas de investigación sugeridos
. . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.3. Lecturas relacionadas

3.5. Ejercicios .

. . . . .

.

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110
113
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120
124
126
126
128
129

ÍNDICE GENERAL

4. Planificación de procesos

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. . .

. . .

next)

. . . .

. . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . .

4.1. Tipos de planificación .

.
4.3. Planificación de hilos .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.1. Tipos de proceso . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.2. Midiendo la respuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2. Algoritmos de planificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1. Objetivos de la planificación . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2. Primero llegado, primero servido (FCFS) . .
.
4.2.3. Ronda (Round Robin) . . . . .
. . . . . . .
4.2.4. El proceso más corto a continuación (SPN, shortest process
. . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.5. Ronda egoísta (SRR, selfish round robin) .
. .
4.2.6. Retroalimentación multinivel (FB, multilevel feedback) .
4.2.7. Lotería .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.8. Esquemas híbridos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
4.2.9. Resumiendo .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .
4.4. Planificación de multiprocesadores . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.1. Afinidad a procesador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.2. Balanceo de cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.3. Colas de procesos: ¿una o varias? . . . . . . . . . . . . . .
4.4.4. Procesadores con soporte a hilos hardware . . . .
. . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.1. Tiempo real duro y suave . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.2. Sistema operativo interrumpible (prevenible)
. . . .
Inversión de prioridades . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.3.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6.1. Preguntas de autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6.2. Temas de investigación sugeri