PDF de programación - Sistemas Operativos II

Sistemas Operativos II

Laura M. Castro Souto

Segundo Cuatrimestre

Curso 2000/2001

2

3o de Ingenier´ıa Inform´atica

´Indice General

1 Procesos en Unix

1.1

Introducci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.1 Historia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Procesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1 Modos de ejecuci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.2 Estados de un proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7
7
7
8
8
9
1.3 Creaci´on y terminaci´on de procesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.1 Contexto de un proceso
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.2 Variables de entorno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.3 Credenciales de los procesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.4
Informaci´on del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.5 Llamadas, interrupciones, excepciones . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3.6 Acceso a los recursos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.4 Planificaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.5 Gesti´on de Procesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.6 Se˜nales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Implementaci´on de las se˜nales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.7 Comunicaci´on entre procesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.7.1 Recursos IPC: Pipes
1.7.2
Sem´aforos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.7.3 Memoria Compartida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.7.4 Colas de Mensajes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.8 Transparencias y ejemplos del tema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

1.6.1
1.6.2 Env´ıo de se˜nales

A Sistemas de Ficheros

31
A.1 Introducci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
A.2 Contabilidad del espacio libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
A.3 M´etodos de asignaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
A.3.1 Asignaci´on contigua
A.3.2 Asignaci´on enlazada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
A.3.3 Asignaci´on mediante ´ındices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
A.4 M´etodos de acceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
A.4.1 Operaciones sobre ficheros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

A.5 Sistema de directorios
A.6 Sistemas de Ficheros al uso

3

4

3o de Ingenier´ıa Inform´atica

Cap´ıtulo 1

Procesos en Unix

1.1 Introducci´on

1.1.1 Historia

En 1965, los laboratorios BELL llegaron a un acuerdo con la General Electric Company
y Project MAC del MIT para desarrollar un nuevo sistema operativo llamado Multics.
Sus objetivos eran, entre otros, proveer de acceso simult´aneo a una gran comunidad de
usuarios, junto con amplia capacidad de computaci´on y almacenamiento de datos, as´ı
como una f´acil compartici´on de los mismos en caso deseado. Mucha de la gente que
m´as tarde tomar´ıa parte en los primeros desarrollos del sistema Unix particip´o en este
proyecto. A pesar de que pronto una primitiva versi´on de Multics se encontr´o corriendo
en un GE 645 (en 1969), estaba lejos de lo que pretend´ıa ser, y no se ve´ıa claro si se
llegar´ıa a alcanzar, de suerte que los laboratorios Bell abandonaron su participaci´on en el
proyecto.

En un intento de desarrollar su propio entorno de programaci´on, miembros del Com-
puter Science Research Center de Bell esbozaron un sistema de ficheros que m´as tarde
evolucionar´ıa a una de las primeras versiones del sistema de ficheros Unix. Eran Ken
Thompson y Dennis Ritchie, entre otros. Implementaron su sistema en un PDP-7, in-
cluyendo dicho sistema de ficheros, el subsistema de proceso y un peque˜no conjunto de
aplicaciones. El nuevo sistema se llam´o Unix en contraste con Multics, apoyado por otro
miembro del mismo departamento, Brian Kernigham.

A pesar de que esta primera versi´on de Unix parec´ıa prometer, no se podr´ıa intuir
su potencial hasta que se probase en un proyecto real. De este modo, proveyendo de
un sistema de procesado de texto, fue instalado en un PDP-11 en 1971, en los propios
laboratorios Bell. El sistema se caracterizaba por su reducido tama˜no: 16 Kb para el
sistema, 8 Kb para programas, un disco de 512 Kb y un l´ımite de 64 Kb por fichero. Tras
su primer ´exito, Thompson decidi´o implementar un compilador Fortran, pero en lugar de
ello cre´o el lenguaje B, influenciado por BCPL.

B era un lenguaje interpretado, as´ı que Ritchie lo desarroll´o hasta crear C, que per-
mit´ıa generaci´on de c´odigo m´aquina, declaraci´on de tipos y estructuras,. . . En 1973, el
sistema operativo fue reescrito en C, algo inaudito en aquel entonces, pero que tendr´ıa
una gran repercusi´on en la aceptaci´on del mismo entre los usuarios. El n´umero de instala-
ciones en Bell creci´o a 25 y se form´o un Unix Systems Group para proveer soporte interno.

7

8

Laura M. Castro Souto

Al mismo tiempo, AT&T no pod´ıa comercializar productos inform´aticos debido a un
decreto firmado con el gobierno federal en 1956. No obstante, distribuy´o el sistema Unix a
universidades que lo adquirieron por motivos acad´emicos. AT&T nunca lo comercializ´o ni
soport´o, pero aun as´ı su popularidad creci´o r´apidamente. En 1974, Thompson y Ritchie
publicaron un art´ıculo describiendo el sistema Unix en las Communications del ACM,
dando un empuje a´un mayor a su aceptaci´on. En 1977, el n´umero de estaciones con un
sistema Unix ascend´ıa a 500, de las cuales 125 estaban en universidades. Los sistemas
Unix se popularizaron en las compa˜n´ıas telef´onicas, proporcionando un buen entorno para
el desarrollo de programas, servicios de red y en tiempo real. Se proporcionaron licencias
tanto a universidades como a instituciones comerciales. El a˜no 1977 fue tambi´en el a˜no
en que Unix se incorpor´o a un entorno de oficina (en Interactive Systems Corporation) y
fue portado a una m´aquina no PDP, la Interdata 8/32.

Dada la creciente popularidad de los microprocesadores, otras compa˜n´ıas portaron
Unix a nuevas m´aquinas, ya que su simplicidad y claridad invitaban a los desarrolladores
a mejorarlo a su manera, dando lugar a diversas variantes del sistema base. Entre 1977
y 1982, los laboratorios Bell combinaron variantes de AT&T en un ´unico sistema, que
se conocer´ıa comercialmente como UNIX System III. M´as tarde Bell le a˜nadir´ıa algunas
caracter´ısticas nuevas, dando lugar a UNIX System V. AT&T anunci´o soporte oficial para
System V en enero de 1983. Paralelamente, gente de Berckely, en la Universidad de Ca-
lifornia, hab´ıa desarrollado otra variante del sistema Unix, cuya m´as reciente versi´on se
llam´o 4.3 BSD, para m´aquinas VAX.

A principios de 1984, hab´ıa sobre 100.000 instalaciones Unix en el mundo, corriendo
en m´aquinas de un amplio rango de poder computacional, desde microprocesadores hasta
mainframes. Ning´un otro sistema operativo hab´ıa logrado algo as´ı.

1.2 Procesos

1.2.1 Modos de ejecuci´on

En Unix hay 2 modos de ejecuci´on:

Modo usuario Un proceso que se ejecuta en este modo s´olo puede acceder

al c´odigo, datos y pila de usuario (espacio de usuario).

Modo kernel Un proceso ejecut´andose en este modo puede acceder al espacio

de usuario y tambi´en al espacio del kernel o espacio del sistema.

Son muchas las arquitecturas que proporcionan m´as de un modo de ejecuci´on (Intel y

AMD, por ejemplo, proporcionan 4 niveles o anillos).

Todos los procesos ven al kernel en el mismo lugar del espacio de direcciones virtuales.

S´olo hay tres ocasiones o maneras de que un proceso, que se ejecutar´a normalmente

en modo usuario, pase a ejecutarse en modo kernel:

i) Al hacer una llamada al sistema (con una secuencia de pasos bien definida).

ii) Al producirse una excepci´on.

iii) Al ocurrir una interrupci´on.

CAP´ITULO 1. PROCESOS EN UNIX

9

Pregunta de examen.- Un proceso del root se ejecuta en modo
kernel. . .

a) siempre.

b) nunca.

c) depende de la prioridad.

d) no existen procesos del root.

e) ninguna de las anteriores.

Respuesta.- La correcta es la e, ya que es como un proceso de
cualquier otro usuario.

El kernel es la ´unica parte del sistema operativo que interact´ua con el hardware. Los
procesos de usuario interact´uan con el hardware a trav´es del kernel, mediante una interfaz
claramente definida: la interfaz de llamadas al sistema.

El kernel reside permanentemente en memoria, sus p´aginas de c´odigo no se intercam-
bian (las de los procesos de usuario, obviamente, s´ı). Sus funciones son el control de
ejecuci´on de los procesos, la planificaci´on de la CPU, la pol´ıtica de recursos y dispositivos
(asignaci´on, gesti´on, liberaci´on de memoria, espacio en disco, impresora. . . ), etc. Para el-
lo mantiene una serie de estructuras tanto globales (del sistema) como espec´ıficas de cada
proceso. Por ejemplo, mantiene una tabla de ficheros abiertos en el espacio del sistema y
una tabla de ficheros abiertos por el proceso en el espacio de usuario de cada proceso.

En Unix, esta parte del espacio de direcciones del usuario que contiene informaci´on
espec´ıfica del proceso que el kernel necesita, se denomina u area, y m´as adelante seguire-
mos hablando de ella.

Unix tambi´en soporta multithread, esto es, la posibilidad de que un proceso se est´e
ejecutando en varias partes a la vez, o bien que haya varios procesos ejecut´andose en el
mismo espacio de direcciones (diferencia con varios proce