Sistemas OperativosVisin general de los sistemas operativos

AgendaIntroduccinComputadoras y softwareComparticin de recursosMquinas abstractasEstrategias de sistemas operativos

IntroduccinSO es como un directorCoordinar los componentes individuales del computadorAsigna los recursos del computador a los diversos programasEficiencia y funcionalidad son claves

Es un administrador de recursoscomo si fuera un gobierno del hardwareprograma de controlojo, no realiza trabajo productivo Es una interfaz con el hardwareaade caractersticas no existentes en el hwoculta caractersticas inconvenientes del hwmquina extendida

Qu es un sistema operativo?

Hardware (lo tangible)Software (programas, lo intangible)software del sistemaaplicaciones Personas (usuarios del sistema)Usuariosprogramadores

Elementos de un sistema informtico

Computadores y SoftwareSoftware se diversifica por su finalidad:Software de aplicacinSoftware del sistemaSistema operativo

corta imprimeenvaguardamalloc() open()fork()inicia-impresoralee-discosigue-ratn

Software del sistema generalInterfaz de programacin de aplicaciones (API)

Es una capa entre el usuario y el hardware. La interfaz ofrece una mquina extendida que es una abstraccin de la realidad.

El SO como interfaz

Abstraccin de recursosEl software del sistema provee un modelo abstracto de cmo funcionan los componentes del hardware.Simplifica la forma como el programador de aplicaciones controla el hardware.Tambin limita la flexibilidad de cierto hardware concreto.Abstracciones de nivel ms bajo estn el en SO, las de nivel alto estn en el sw del sistema exterior al SO.Definir un conjunto de abstracciones que sern generalizadas para varios recursos.

Comparticin de recursosEl SO conmuta el hardware entre los programas a una velocidad muy elevada.Computadores pueden soportar una autntica operacin simultnea en algunos casos.Programas concurrentes y paralelos, deben compartir el mismo computador.

Mquinas abstractas y comparticin transparenteMquina abstracta: es una simulacin de un computador real.Comparticin multiplexada en espacio y en tiempo

Comparticin explcita de recursosPermiten que los procesos usen recursos comunes con su propia estrategiaAislamiento de recursos: obligacin del SO de prevenir el acceso no autorizado a los recursos por una mquina abstracta, cuando estn ya asignados.Comparticin autorizada es deseable cuando los procesos deben cooperar entre s, por tanto, deben de poder acceder al recurso compartido

Resumen

Estrategias de sistemas operativosCaractersticas generales de la mquina abstracta del programador.Criterios de negocio y de ingeniera:Quin usar el computador?Es la interaccin humana ms importante que el ritmo al que se completan las tareas?Habr mas de una persona a la vez en el computador?Ser posible implementar una estrategia sin afectar de aburrimientos las prestaciones del sistema completo?

Estrategias de sistemas operativosEn los inicios:Un solo programa todo el tiempoNo existe el SOAplicaciones para la defensa nacionalAcceso exclusivo a una mquina completa para el programador para desarrollo y depuracinEn los 60s: Usuarios esperaban la ejecucin concurrente Necesaria la comparticin de recursosMquina abstracta y multiprogramacin

Sistemas de procesamiento por lotes o tandas:Sirve trabajos individuales de una coleccin de trabajos predefinidos.El SO especifica cada trabajo por medio de una lista de ordenes predefinidas: especificacin de control de trabajosUsuarios no interactan con un trabajo.Al completar el trabajo, se imprimen los resultados y se devuelve al usuario.Perspectiva del usuario: cada usuario prepara una tarea, y despus las tareas se recolectan en un lote que se remite al computador. Tras el cmputo del lote, se produce un lote de listados de salida.Estrategias de sistemas operativos

Sistemas de procesamiento por lotes o tandas:

Bobinadora de entradaBobina de entradaBobina de salidaEstrategias de sistemas operativosBobinadora de salida

Sistemas por lotes

Sistemas de tiempo compartidoVarios usuarios interactivamente a la vezUsuario establece una sesin interactiva con el computador y proporciona operaciones, programas y datos.SO proporcionara una respuesta adecuada en tiempo a los usuariosGestin de los recursos y mecanismos de proteccinPolticas de implementacin para compartir equitativamente el procesadorSistema multitarea: sistema multiprogramado de tiempo compartido que soporta varios procesos por usuario.Estrategias de sistemas operativos

Computadores personales y las estaciones de trabajo Mquina completa dedicada a un solo usuarioPara el SO es ms importante minimizar el tiempo de espera para el usuario en ves de maximizar la utilizacin del hardware.El computador puede realizar diferentes tareas concurrentemente.Estrategias de sistemas operativos

La E/S era muy lenta en comparacin con la CPU.Esto provocaba que la CPU quedara ociosa mucho tiempo esperando por la terminacin de operaciones de E/S.Algunas tcnicas para tratar el problema:Operacin fuera de lnea (offline)Uso de bferesSpooling

El problema de la E/S

El computador central dialoga directamente slo con dispositivos rpidos (cintas magnticas).Un pequeo computador (satlite o canal) se encarga de las transferencias con dispositivos lentos (tarjetas, impresora).

Operacin fuera de lnea (off-line)

Resultado:mejor aprovechamiento del procesador central ejecucin paralela de clculos y operaciones de E/S

Se puede incrementar la velocidad utilizando varios satlites.

Los trabajos siguen usando los mismos servicios para la E/S. Lo que cambia es su implementacin en el S.O: independencia del dispositivo.

Operacin fuera de lnea (off-line)

Esquema de operacin de E/S en el que las transferencias de E/S se realizan a travs de un rea intermedia de memoria (bfer)La operacin de E/S se realiza slo cuando el dispositivo est preparado.

Bferes

La CPU slo espera por E/S cuando el bfer est vaco (entrada) o lleno (salida)

El uso de bferes permite solapar operaciones de E/S de una tarea con instrucciones de CPU de esa misma tarea

Bferes

El uso de bferes no resuelve totalmente el problema de la lentitud de los equipos de E/SLos bferes slo sirven para amortiguar picos de alta actividad de E/S.Su eficacia depende fundamentalmente de la velocidad de los equipos de E/S y del tipo de tareas en ejecucinSi la E/S es muy lenta, los bferes de entrada se vacan y los de salida se congestionan.

Bferes

Este esquema de funcionamiento de operacin de la E/S surge gracias a la aparicin de los discosSe utiliza el disco como un enorme bfer.El proceso lee/escribe sobre el disco, en lugar del dispositivo de E/S.Mientras se ejecuta un trabajo, el S.O.:lee los datos del siguiente trabajo de la cinta/tarjetas al discoimprime la salida del anterior trabajo, del disco a la impresora

Spooling(Simultaneous Peripheral Operation On-Line)

El modo de operacin offline y el spooling aumentan el rendimiento de la CPU pero tienen sus limitacionesEn algn momento la CPU quedar ociosa esperando por alguna operacin de E/SAl existir la posibilidad de tener varios trabajos en un dispositivo de acceso directo, como un disco, es posible la planificacin de trabajosEl SO puede escoger qu trabajo ejecutara a continuacin

Multiprogramacin

Cuando un proceso se bloquea al esperar por la E/S, ejecutamos en la CPU instrucciones de otro proceso.Los procesos entrelazan su ejecucin: concurrencia.La CPU y la E/S trabajan a la misma vez se terminan ms trabajos en menos tiempo

Multiprogramacin

Los sistemas multiprogramados son ms complejos:Cuando la CPU queda libre, a qu proceso elegimos? (planificacin de la CPU)conflictos por acceso simultneo a la E/S (planificacin de dispositivos)varios procesos a la vez en memoria (gestin de memoria)ProteccinSolucin a situaciones de interbloqueo

Multiprogramacin

Multiprogramacin + interactividad = tiempo compartido

Los sistemas por lotes no son interactivos (el usuario no interviene durante la ejecucin)

Idea: la CPU reparte su tiempo entre los distintos procesos.

Cada proceso dispone de una rodaja de tiempo peridica. Si el periodo es lo bastante pequeo, el usuario no lo percibe.

Tiempo compartido (time sharing)

Por tanto con el tc se consigue:tiempos de respuesta cortosLos usuarios tienen la impresin de poseer un ordenador particular

Tiempo compartido (time sharing)

Estrategias de sistemas operativosSistemas embebidos Concebidos con la idea de controlar sistemas autnomos, carecen de usuario humanoFunciona como un componente de otro sistema ms complejoSO debe garantizar tiempos de respuesta para ciertas tareas

Estrategias de sistemas operativosSistemas de tiempo realHay sistemas en los que el tiempo de respuesta es crticoControl industrialControl de guiado de misilesAutmatas (air bag, inyeccin electrnica,)Asistencia mdicaSi ante un evento o suceso el tratamiento adecuado no se realiza dentro del tiempo especificado (muy pequeo) El Sistema Falla!

Estrategias de sistemas operativosSistemas de tiempo real

Un sistema de tiempo real es aquel en el que si el proceso adecuado no se realiza dentro de unos lmites de tiempo muy estrictos y muy pequeos, el sistema fallaDos niveles de exigenciaT.R.MODERADO(soft real time)Mezcla tareas de prioridades muy distintasNo para control industrialUtiles paraMultimedia, Realidad Virtual Ej: VMS, Unix, Windows NT..T.R.RIGUROSO(hard real time)Garantizan que las tareas crticas se realizan a tiempoPoca memoria secundariaRAM, ROMS.O. muy simple

Estrategias de sistemas operativosComputadores pequeos con capacidades de comunicacin (SCC)Incluyen los computadores mviles y los inalmbricosMquinas pequeas, porttiles, diseados para las comunicacionesSO con nuevas polticas de gestin de recursos, estrategias de gestin de energa, capacidad de almacenamiento limitado, etc. Tablet, set-top boxes, PDA.

Estrategias de sistemas operativosTecnologa de redesRedes de alta velocidadComputadores personalesEstaciones de trabajoSistemas de proceso por lotesSistemas de tiempo compartido,Sistemas de tiempo realPequeos computadoresSO que gestiones recursos e informacin entre las mquinas conectadas en red

Estrategias de sistemas operativosSistemas ParalelosPara ciertas situaciones se necesita mucha ms velocidadEste sistema no es 4 veces ms rpido! - Comunicacin y sincronizacin - Conflictos en accesos a recursos comunes - No todo el cdigo es paralelizable.

Sistemas Tolerantes a FallosEs ms fiable, si falla uno, quedan tres.

Estrategias de sistemas operativosSistemas DistribuidosMltiples procesadoresCada uno con su propio reloj y memoriaVentajasSe comparte recursos Impresoras, Ficheros, Dispositivos, CPUs,...Mayor velocidad (en clculo distribuido)Fiabilidad

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