Actualizado el 21 de Marzo del 2018 (Publicado el 23 de Febrero del 2018)
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Creado hace 16a (11/03/2008)
Sistemas Operativos
Tema 1: conceptos generales
© 1998-2008 José Miguel Santos – Alexis Quesada – Francisco Santana
1
Contenidos
¿ Qué es un SO ?
Evolución histórica de los SO
Tipos de sistemas informáticos
2
Elementos de un sistema
informático
Hardware (lo tangible)
Software (programas, lo intangible)
software del sistema
aplicaciones
Personas (usuarios del sistema)
usuarios
programadores
El SO controla y coordina el uso del hardware entre los distintos
programas para diversos usuarios
3
¿Qué es un sistema operativo?
Un programa que sirve de intermediario entre los
usuarios y el hardware
Pertenece al software del sistema
Objetivos:
Ejecutar las aplicaciones de los usuarios
Administrar eficientemente los recursos de la máquina
eficiencia
Facilitar la interacción con el computador
usabilidad
4
Definiciones breves
Un sistema de software cuyo fin es que un
sistema informático sea operativo
(utilizable).
Conjunto de programas que gestionan los
recursos del sistema, optimizan su uso y
resuelven conflictos.
5
¿Qué es un sistema operativo?
Es un administrador de recursos
como si fuera un gobierno del hardware
programa de control
ojo, no realiza trabajo productivo
Es una interfaz con el hardware
añade características no existentes en el hw
oculta características inconvenientes del hw
máquina extendida
El SO proporciona un ambiente de ejecución de programas
En caso de conflictos debe decidir de forma eficiente y justa
6
El SO como administrador de
recursos
Tenemos dos participantes en el sistema: los
procesos y los recursos.
Un proceso es un programa en ejecución
Un recurso puede ser real o virtual, físico o lógico
Los procesos compiten por el uso de recursos
escasos.
Necesitamos un árbitro imparcial que asigne
recursos a los procesos, de forma justa y eficiente.
7
El SO como administrador de
recursos (2)
El SO debe determinar a quién se le
entregan los recursos, qué cantidad de
recursos se conceden, en qué momento y
durante cuánto tiempo.
políticas de gestión de recursos
8
El SO como administrador de recursos
(y 3)
Criterios de gestión de recursos:
Optimizar el rendimiento del sistema
Reparto justo evitar acaparamientos e inanición de
procesos perjudicados
Garantizar la seguridad e integridad de la información
…
Normalmente, los distintos criterios entran en
conflicto
Ej. no se puede maximizar el rendimiento y a la vez dar un
reparto justo
9
El SO como interfaz
Es una capa entre el usuario y el hardware.
La interfaz ofrece una máquina extendida que es
una abstracción de la realidad.
Proceso 3
Proceso 1
Máquina
extendida
Máquina
desnuda
Proceso 4
Nivel del Sistema
Operativo
Proceso 2
10
El SO como interfaz (2)
Esa abstracción es más cómoda, más
conveniente, más usable para el usuario y
para el programador.
Esta interfaz puede ser independiente del
hardware: ganamos portabilidad.
11
Recorrido histórico:
tipos de Sistemas
Primeros sistemas
Sistemas por lotes
Mejoras en la gestión de la E/S
Sistemas por lotes multiprogramados
Sistemas de tiempo compartido
Ordenadores personales
Sistemas paralelos:multiprocesadores
Sistemas distribuidos
Sistemas de tiempo real
12
Primeros sistemas
Los primeros sistemas de computación se caracterizaban
Gran tamaño
Prácticamente sin ningún soporte lógico (tableros enchufables,
tarjetas perforadas,...)
13
Primeros sistemas
Organización del trabajo:
usuario experto: operador/programador
un solo usuario en cada momento (tiempo
asignado, “listas de reserva”)
14
Primeras mejoras
Dispositivos físicos
Lectoras de tarjetas, impresoras y cintas magnéticas
Elementos lógicos: aparece el primer software de
sistema,
ensambladores, compiladores, cargadores
manejadores de dispositivos
bibliotecas con subrutinas de uso frecuente
Finalmente aparecieron los primeros compiladores de
lenguajes de alto nivel (FORTRAN, COBOL),
simplificando la labor de programación pero aumentando
la carga de trabajo del computador
15
Problemas
El modo de trabajo hacía que la máquina
estuviera parada mucho tiempo:
tiempo de puesta a punto (setup time)
tiempo de corrección manual de errores
tiempo sobrante por finalización temprana (raro)
Equipos muy caros
16
Sistemas por lotes
Objetivo: sacar más provecho a la máquina
gracias a una mejor organización del trabajo.
Los operadores agrupaban los trabajos por
lotes, que eran trabajos con necesidades
similares y que eran ejecutados en la
computadora como un grupo de tareas. A
medida que la computadora quedaba libre,
se ejecutaba un lote.
17
Sistemas por lotes
Primer paso: aparición del operador especialista.
El programador no manipula directamente el equipo.
El programador entrega su trabajo (job) al operador.
El operador somete la tarea al sistema y entrega los
resultados al programador.
El programador corrige sus errores mientras el
operador sigue ejecutando otras tareas.
Resultado: aumento de la productividad.
18
Sistemas por lotes (2)
Segundo paso: agrupar las tareas en lotes que se
procesan de forma automática
Procesamiento por lotes (batch processing)
El operador puede preparar lotes con trabajos que
requieren una misma operación (ej. cargar el
compilador)
El operador lanza el lote, y éste se ejecuta sin más
intervención (secuencia automática de trabajos)
19
Sistemas por lotes (y 3)
Necesario automatizar ciertas acciones comunes
Control de la finalización de tareas
Tratamiento de errores
Carga y ejecución automática de la siguiente tarea
En lugar de dar órdenes al operador, ¿Porqué no
dárselas directamente al computador?
20
El primer sistema operativo
Es necesario que el computador tenga un pequeño
monitor residente (controlador) que realice
automáticamente las acciones anteriores. ¿Cómo?
Distinguiendo entre:
Tarjetas de instrucciones de programas de usuarios
Tarjetas de control (Primer lenguaje de control de sistema:
$FTN, $ASM, $RUN, $JOB, $END)
21
Elementos de un sistema por lotes
Lenguaje de control de tareas (JCL, job control language)
el lote se escribe usando un JCL
define qué programas hay que cargar, qué datos leer, etc.
se escribe en tarjetas perforadas, cinta, etc.
Monitor residente
programa fijo en memoria con rutinas imprescindibles para
que el sistema por lotes funcione: intérprete del JCL,
cargador de programas, rutinas de E/S...
automatiza tareas del antiguo operador
es el primer sistema operativo auténtico
22
El monitor residente: protección
Se empiezan a considerar aspectos de
protección:
proteger la memoria ocupada por el monitor residente
impedir accesos directos a la E/S
evitar que una tarea deje bloqueado al sistema
Todo ello requiere cierto apoyo del hardware
23
Cuestiones
¿ Quién carga el intérprete del lenguaje de control ?
¿ Cómo se debe actuar en caso de fallo del
programa de usuario ?
¿ Cómo garantizar el uso correcto de los
dispositivos de E/S ?
¿ Cómo los programas realizan las operaciones de
E/S ?
24
Cuestiones (2)
¿ Cómo podemos diferenciar si las
instrucciones de E/S son utilizadas por el
usuario o por el monitor residente ?
¿ Cómo proteger al monitor residente ?
¿ Cómo garantizar el control del sistema ?
25
La memoria en un sistema con
monitor residente
e
t
n
e
d
i
s
e
R
r
o
t
i
n
o
M
Vector de interrupciones
Intérprete de JCL
Cargador de programas
Manejadores de dispositivos de E/S
Memorias intermedias (búferes)
Rutinas de tratamiento de errores
Memoria del usuario
Registro
Límite
26
SO y arquitectura del computador
Los SO y la arquitectura de los computadores se han influido
mucho entre ellos dos
Los SO se crearon para facilitar el uso del hardware
A medida que se diseñaron y usaron los SO, se hizo evidente
que podrían simplificarse si se modificaba el diseño del
hardware
A lo largo de la evolución de los SO se observa que los
problemas de los SO han dado pie a la introducción de nuevas
características del hardware
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El problema de la E/S
La E/S era muy lenta en comparación con la CPU.
Esto provocaba que la CPU quedara ociosa mucho
tiempo esperando por la terminación de
operaciones de E/S.
Algunas técnicas para tratar el problema:
Operación fuera de línea (offline)
Uso de búferes
Spooling
28
Operación fuera de línea (off-line)
El computador central dialoga directamente sólo con dispositivos
rápidos (cintas magnéticas).
Un pequeño computador (satélite o canal) se encarga de las
transferencias con dispositivos lentos (tarjetas, impresora).
29
Operación fuera de línea (off-line)
Resultado:
mejor aprovechamiento del procesador central
ejecución paralela de cálculos y operaciones de
E/S
Se puede incrementar la velocidad utilizando
varios satélites.
30
Operación fuera de línea (off-line)
Para trabajar con offline, no hace falta
recompilar los programas antiguos.
Los trabajos siguen usando los mismos
servicios para la E/S. Lo que cambia es su
implementación en el S.O: independencia
del dispositivo.
31
Búferes
Esquema de operación de E/S en el que las transferencias de E/
S se realizan a través de un área intermedia de memoria (búfer)
La operación de E/S se realiza sólo cuando el dispositivo está
preparado.
Dispositivo
de entrada
.
.
.
Búfer de Entrada
.
.
Búfer de Salida
Dispositivo
de salida
.
.
.
MEMORIA PRINCIPAL
CPU
32
Búferes
La CPU sólo espera por E/S cuando el
búfer está vacío (entrada) o lleno (salida)
El uso de búferes permite solapar
operaciones de E/S de una tarea con
instrucciones de CPU de esa misma tarea
33
Búferes
El uso de búferes no resuelve totalmente el problema de
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